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JP2008511759A - Optimization of steel metallurgy to improve broach tool life - Google Patents

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JP2008511759A
JP2008511759A JP2007530350A JP2007530350A JP2008511759A JP 2008511759 A JP2008511759 A JP 2008511759A JP 2007530350 A JP2007530350 A JP 2007530350A JP 2007530350 A JP2007530350 A JP 2007530350A JP 2008511759 A JP2008511759 A JP 2008511759A
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microstructure
pearlite
broaching
workpiece
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JP2007530350A
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Original Assignee
Timken Co
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Abstract

実質的にパーライトを含まないミクロ構造を有し、ブローチ工具の有効寿命が最大化されたブローチ加工可能な加工物としての使用のための鋼鉄。パーライトの形成は、ミクロ構造および硬度レベルをコントロールする合金改質;オンライン加工;オフライン加工;またはこれらの技法の組合せによって抑制される。加工物は、例えばギアまたはレースなどの動力伝達系構成要素の形にブローチ加工され、それらは、ブローチ加工後に鋼鉄の炭素含有量に依存して浸炭、窒化または高周波焼き入れの1つによって表面硬化される。鋼鉄、ブローチ加工可能な加工物およびブローチ加工され、表面硬化された動力伝達系物品を製造するための鋼鉄組成物および加工方法が開示されている。Steel for use as a broachable workpiece with a microstructure that is substantially free of pearlite and maximized the useful life of broach tools. The formation of pearlite is suppressed by alloy modifications that control microstructure and hardness levels; on-line processing; off-line processing; or a combination of these techniques. Workpieces are broached into the form of power transmission components such as gears or races, which are surface hardened by one of carburizing, nitriding or induction hardening depending on the carbon content of the steel after broaching Is done. Steel compositions and processing methods for producing steel, broachable work pieces and broached, surface hardened power transmission articles are disclosed.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「ブローチ工具寿命を改良するための鋼鉄冶金法の最適化(Optimization of Steel Metallurgy to Improve Broach Tool Life)」という表題の2004年9月2日に出願された米国仮出願第60/606,816号(この出願は、参照によってその全てが本明細書中に組み込まれている)の利益を主張する。
Cross-reference to related applications This application is a US application filed September 2, 2004 entitled "Optimization of Steel Metallurgical to Improve Brochure Tool Life". We claim the benefit of provisional application 60 / 606,816, which is incorporated herein by reference in its entirety.

連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
本題に関する研究の一部は、契約番号DE−FC36−991D13819のもとで、米国エネルギー省によって部分的に資金を提供されている。
Description of federally funded research Part of the research on this subject is partially funded by the US Department of Energy under contract number DE-FC36-991D13819.

本発明は、一般に、鉄の冶金法、より詳しくは、例えばブローチ加工によって形成され、浸炭または高周波焼き入れによって、硬化される例えば動力伝達系ギア、レース、類似する部材などの物品の製造に使用される鋼鉄組成物およびミクロ構造に関する。さらにもっと詳しくは、本発明は、ブローチ工具寿命を著しく改良する鋼鉄加工物材料を供給する最適化された鋼鉄冶金ミクロ構造を得、その結果、部材あたりの製造費を下げる技法に関する。また、本発明はまた、鋼鉄加工物および完成品において所望のミクロ構造および特性を得るための方法に関する。   The present invention is generally used in the manufacture of articles such as power transmission gears, races, and similar components that are formed by iron metallurgy, and more particularly, hardened by carburization or induction hardening, for example by broaching. Related to the steel composition and microstructure. Even more particularly, the present invention relates to a technique for obtaining an optimized steel metallurgy microstructure that provides a steel workpiece material that significantly improves broach tool life, resulting in lower manufacturing costs per member. The present invention also relates to a method for obtaining the desired microstructure and properties in steel workpieces and finished products.

ブローチ加工は、自動車のトランスミッションおよび同様のものなどの動力伝達系部品の大量生産のためのギア歯またはカムプロファイルを切断するのに一般的に使用される機械加工の技法である。部品プロファイルが、最少量の全時間で単一のブローチ加工操作で形成され、ブローチ加工操作はそのような費用に敏感な用途にとって理想的なものになる。しかしながら、単一のステーションでブローチ加工操作を実行するために、ブローチ機械は、加工物から金属を1回の動作で取り除く1個の長い高速の鋼鉄ブローチ工具を使用して、必要な部材プロフィールの全体の荒削り、成形、および仕上げを実行しなければならない。ブローチ工具は、製造するために比較的高価であり、工具がもう使用できないようになる前に、一定の回数だけ整復し、または研ぎ澄ますことしかできない。オリジナルのブローチ工具の費用および整復コストは、完成部品の全製造費の重要な部分である。製造された部品あたりの精密なブローチ加工および治工具コストは、ブローチ工具の整復の間に製造され得る部材の数に非常に依存している。50,000ドル〜80,000ドルの範囲の螺旋状ブローチ加工バーの寿命に至るまでの治工具コストおよび現在10,000〜80,000部品の範囲内の単一ブローチ加工バーで製造される全部品に関して、部品あたりのコストは、典型的に0.60ドル〜5.00ドルの範囲内である。したがって、ブローチ治工具費は、完成部品について、総製造費の約15%〜50%を相当する。したがって、ブローチ加工は、環状鋼鉄部品にプロファイルを切削するための時間およびプラントスペースで効率的な方法に相当するが、この操作を実行する治工具費は、総製造費の重要な部分に相当する。   Broaching is a machining technique commonly used to cut gear teeth or cam profiles for mass production of power transmission components such as automobile transmissions and the like. The part profile is formed in a single broaching operation in a minimum amount of time, making the broaching operation ideal for such cost sensitive applications. However, to perform a broaching operation at a single station, the broaching machine uses a single long high speed steel broaching tool that removes metal from the work piece in a single motion to provide the necessary part profile. The entire roughing, forming and finishing must be carried out. Broach tools are relatively expensive to manufacture and can only be reduced or sharpened a certain number of times before the tool can no longer be used. The cost and reduction cost of the original broach tool is an important part of the total production cost of the finished part. Precise broaching and tooling costs per manufactured part are highly dependent on the number of parts that can be manufactured during broach tool reduction. Tool cost to life of spiral broaching bars in the range of $ 50,000 to $ 80,000 and all manufactured with a single broaching bar currently in the range of 10,000-80,000 parts For goods, the cost per part is typically in the range of $ 0.60 to $ 5.00. Therefore, the broaching tool cost corresponds to about 15% to 50% of the total manufacturing cost for the finished part. Broaching therefore represents a time and plant space efficient method for cutting a profile into an annular steel part, but the tool cost to perform this operation represents a significant part of the total manufacturing cost .

加工物材料の改質によってブローチ工具寿命を改良するこれまでの試みは、交互の材料の選定、機械加工性を高めるための伝統的な熱処理のルートの変更または例えば硫黄やカルシウムなどの合金成分の添加を含む。最適化されたブローチ加工性能を生み出すことは、以前の材料および熱処理の選択の試行が、ブローチ工具寿命に影響を与える要素の完全な知識なしになされたことにおいて妨げられてきた。さらに、限定された量の特定の含有添加物だけがこれらの従来上使用される加工物の鋼鉄グレードの中で許容される。これらの以前の試みは、25%〜100%の改良の範囲に入る工具寿命における増分改良のみを提供したが、それらは最適のブローチ加工のミクロ構造および硬度の組合せを作り出していないという事実のために、本発明によって提供された改良のレベルより下回っている。また、以前のアプローチは、硬度レベルおよび加工物鋼鉄の摩損性を下げるための合金含有量の低下;硬度レベルを下げるための焼き戻し温度の上昇;ならびに炭素レベルの低下またはより低い炭素、より低摩損性鋼鉄の使用を可能にするための熱処理方法の変換を含んでいる。これらのアプローチは、全て上述の増分の改良のみを生み出したに過ぎない。   Previous attempts to improve broach tool life by modifying workpiece materials have included alternative material selection, changes to traditional heat treatment routes to improve machinability, or alloying components such as sulfur and calcium. Including addition. Producing optimized broaching performance has been hampered by previous material and heat treatment selection attempts made without full knowledge of the factors affecting broach tool life. Furthermore, only limited amounts of specific inclusion additives are acceptable in the steel grade of these conventionally used workpieces. These previous attempts have only provided incremental improvements in tool life that fall in the range of 25% to 100% improvement, but due to the fact that they have not created an optimal broaching microstructure and hardness combination And below the level of improvement provided by the present invention. Also, previous approaches have been to reduce the alloy level to reduce the hardness level and work steel friability; increase the tempering temperature to decrease the hardness level; and decrease the carbon level or lower carbon, lower Includes conversion of heat treatment method to allow the use of friable steel. All of these approaches have produced only the incremental improvements described above.

動力伝達系ギアおよびレースのためのプロファイルされた部品を製造するために使用される加工物鋼鉄は、完成部品の負荷座面を硬化するのに使用される方法によって、浸炭/窒化タイプまたは高周波焼き入れタイプのいずれかに大まかに分類することができる。鋼鉄は、部品を製造するための費用を最小にするための努力において、硬化方法、およびその後の炭素レベル、および硬化された表面の熱処理硬化可能な要件に基づいて歴史的に大まかに選択されてきた。そのように選ばれた従来の加工物の鋼鉄は、通常150〜300BHNの総合的なブローチ加工な硬度範囲の中のより狭い目的/範囲に、フェライト/パーライトタイプのミクロ構造を発生するように処理され、かつ/または熱処理されてきた。前記のミクロ構造および硬度を達成するために結果としてなされる加工物鋼鉄の選択、処理および熱処理は、これまで最適であるブローチ工具寿命より短くしてきたが、歴史的なデータに基づいて許容できると考えられてきた。この歴史的なデータは、生産装置の上での加工物鋼鉄の新しいグレードの可能性をテストする法外に高いコストのために、あまり疑問視されることはなく、または体系的なやり方で改良されるというわけではなかった。   Workpiece steel used to produce profiled parts for powertrain gears and races is carburized / nitrided or induction-baked, depending on the method used to harden the load bearing surface of the finished part. It can be roughly categorized as either a container type. Steel has historically been roughly selected based on the hardening method and subsequent carbon levels and heat-treatable requirements of the hardened surface in an effort to minimize the cost of manufacturing the part. It was. Conventional workpiece steels so selected are processed to produce ferrite / pearlite type microstructures for narrower purposes / ranges within the overall broached hardness range of typically 150-300 BHN. And / or have been heat treated. The resulting work piece steel selection, processing and heat treatment to achieve the microstructure and hardness have been shorter than the optimal broach tool life so far, but are acceptable based on historical data. Has been considered. This historical data is seldom questioned or improved in a systematic way due to the prohibitively high cost of testing the possibility of new grades of workpiece steel on production equipment It wasn't done.

例えばギアなどの動力伝達系構成要素においては、強度のためにギアのコアにおいて低い硬度レベルを維持しながら、摩耗抵抗についてブローチ加工された歯の表面を硬化することが望ましい。上で暗示されるように、局所化された表面硬化を得るための主な技法は、部品を作るのに使用される鋼鉄のタイプによって、浸炭、窒化および高周波焼き入れがある。一般に、C約0.32重量%未満を有する鋼鉄グレードは、熱的な硬化を与えるために表面に不十分な炭素しか有していない。したがって、この鋼鉄のタイプは、その後の熱的/熱間の硬化を可能にするために、部品の負荷座面において炭素(または窒素)を多く含む層を拡散させるように通常炭化される(または窒化される)。他方では、例えばC約0.35〜0.80重量%を有するグレードなどのC0.32重量%超えて有している鋼鉄は、高周波加熱技法を使用して表面硬化することができる。誘導質の高周波磁場は、ブローチ加工された部品の表面層を、言わば、1700〜1800°Fの所望のオーステナイト化温度までわずか数秒のうちに加熱し、次いで加熱された表面は、直ぐに水またはその他の焼き入れ剤中で直ぐに焼き入れされる。浸炭(および窒化)は、制御雰囲気炉の中で通常5〜10時間に行われるので、浸炭および窒化は、高周波焼き入れの技法よりかなり時間がかかり、高価である。これまで、高周波焼き入れに適したより高い炭素タイプの加工物鋼鉄は、より低い炭素の浸炭タイプより短いブローチ工具寿命をもたらし、加工物鋼鉄の炭素含有量の増加に従ってブローチ工具寿命は減少するという傾向を伴う。したがって、速い高周波焼き入れによって享受されていた経済的利益は、これまで、1部品あたりの増加するブローチ工具費用によって相殺された。   For power transmission components such as gears, it is desirable to harden the broached tooth surface for wear resistance while maintaining a low hardness level in the gear core for strength. As implied above, the main techniques for obtaining localized surface hardening are carburizing, nitriding and induction hardening, depending on the type of steel used to make the part. In general, steel grades having less than about 0.32 wt% C have insufficient carbon on the surface to provide thermal hardening. Thus, this steel type is usually carbonized (or carbon diffused) to diffuse a carbon (or nitrogen) rich layer in the load bearing surface of the part to allow subsequent thermal / hot hardening. Nitrided). On the other hand, steel having greater than 0.32 wt% C, such as grades having about 0.35 to 0.80 wt% C, can be surface hardened using radio frequency heating techniques. An inductive high frequency magnetic field heats the surface layer of the broached part in a matter of seconds to the desired austenitizing temperature of 1700-1800 ° F., and then the heated surface immediately becomes water or other Immediately hardened in a quenching agent. Since carburizing (and nitriding) is typically performed in a controlled atmosphere furnace for 5-10 hours, carburizing and nitriding is considerably more time consuming and expensive than induction hardening techniques. To date, higher carbon type work steels suitable for induction hardening tend to have shorter broach tool life than lower carbon carburization types, and broach tool life tends to decrease as the carbon content of the work steel increases. Accompanied by. Thus, the economic benefits enjoyed by fast induction hardening have been offset by increasing broach tool costs per part so far.

本出願人は、この産業において、約150〜240BHNの所望のブローチ加工硬度範囲内のブローチ加工可能な鋼鉄を供給することが行われていた従来の仕事を知っている。この鋼鉄は、表面硬化処理反応を最適化する手段として実行され、ブローチ工具寿命を最適化する手段として実行されたものではないオフライン熱処理で得られた非パーライトのミクロ構造を有する。しかしながら、この鋼鉄は、0.25〜0.31重量%の炭素範囲を有し、伝達系ギアのための表面硬化を達成するためにブローチ加工後に窒化熱処理にかけられる。   Applicants are aware of conventional work in this industry where it has been attempted to provide broachable steel within the desired broaching hardness range of about 150-240 BHN. This steel has a non-pearlite microstructure obtained by off-line heat treatment that is implemented as a means of optimizing the surface hardening treatment reaction and not as a means of optimizing broach tool life. However, this steel has a carbon range of 0.25 to 0.31% by weight and is subjected to a nitriding heat treatment after broaching to achieve surface hardening for transmission gears.

本出願人は、さらに部品に所望の機械的特性を発現させるためにブローチ加工前に高いコア硬度を必要とするブローチ加工された動力伝達系部品を含む従来の仕事を知っている。これら部品についての硬度範囲は、典型的には250〜300BHNまたはそれより高い。ほとんどの鋼鉄は、パーライトのミクロ構造を維持しながら、この硬度範囲を達成することができない。その結果、この範囲の中のレベルに硬度を増加させる最も一般的な方法は、非パーライトのベイナイト/マルテンサイトの焼き戻し構造を発生するように、オフライン熱処理(焼き入れおよび焼き戻し)を実行することである。この非パーライト構造を得る理由は、コア硬度範囲を発展させることであって、ブローチ加工を最適化することではない。まさに、250〜300BHNまたはそれより高い硬度レベルにおいて、ブローチ工具寿命は、高い硬度のために犠牲にされる。   Applicants are further aware of conventional work involving broached power transmission components that require high core hardness prior to broaching in order to develop the desired mechanical properties of the component. The hardness range for these parts is typically 250-300 BHN or higher. Most steels cannot achieve this hardness range while maintaining the pearlite microstructure. As a result, the most common way to increase hardness to a level within this range is to perform off-line heat treatment (quenching and tempering) to produce a non-perlite bainite / martensite tempered structure. That is. The reason for obtaining this non-pearlite structure is to develop the core hardness range, not to optimize broaching. Indeed, at hardness levels of 250-300 BHN or higher, broach tool life is sacrificed for high hardness.

本発明は、ブローチ加工による物品の製造のために、加工物に最適化された鋼鉄ミクロ構造を与えることによって先行技術の問題を解決し、格段に改良されたブローチ工具寿命をもたらす。この物品は、自動車、トラック、トラクタならびに例えば伝達系ギアおよびレースなどの動力伝達系部品などとして有用である。さらにまた、本発明は、これらの鋼鉄のタイプのためのブローチ工具寿命を顕著に増加させる、浸炭、窒化、および高周波焼き入れタイプを含む加工物のための鋼鉄を提供する。   The present invention solves the problems of the prior art by providing the workpiece with an optimized steel microstructure for the production of articles by broaching, resulting in a significantly improved broach tool life. This article is useful as an automobile, a truck, a tractor, and a power transmission system component such as a transmission system gear and a race. Furthermore, the present invention provides steels for workpieces including carburizing, nitriding, and induction hardening types that significantly increase the broach tool life for these steel types.

簡潔に述べると、本発明は、ブローチ加工されるための加工物のために最適化された鋼鉄冶金法を企図しており、そのミクロ構造は、ベイナイト、マルテンサイト、および/またはフェライトが選ばれて、実質的にパーライトの存在を排除する。本発明は、次の処理技法:(a)パーライト形成を抑制するための鋼鉄合金組成の変更;(b)パーライト形成を抑制するためのオンライン熱加工;(c)パーライト相の形成を抑制するためのオフライン熱処理;ならびに/あるいは(d)前記の技法の1つもしくは複数の組合せまたは他の技法の使用;の中の少なくとも1つまたは複数によって、実質的にパーライト相がなく、ベイナイトおよび/または焼き戻しマルテンサイトからなる所望のミクロ構造を達成するための、ブローチ加工されるための加工物におけるこの最適化された鋼鉄冶金法を提供する。本発明のさらなる態様は、ブローチ加工後の、浸炭、窒化または高周波焼き入れによる表面硬化に好適な鋼鉄加工物であり、ここで鋼鉄のミクロ構造は、オンラインまたはオフラインの熱処理の1つまたは両方と組み合わせられた鋼鉄合金組成の変更によってパーライトを実質的に含まない鋼鉄加工物を提供する。加工物材料についての好ましい硬度の範囲は、約160〜250BHN、さらに好ましくは、約170〜245BHN、さらにもっと好ましくは、約180〜240BHNである。加工物鋼鉄は、約0.15〜0.80重量%、さらに好ましくは、約0.18〜0.70重量%の炭素含有量Cを有し、したがって、浸炭、窒化および高周波焼き入れタイプの鋼鉄を含む。本発明の1つの態様は、ブローチ加工された加工物を浸炭することができるように約0.15〜0.35重量%、好ましくは、約0.20〜0.32重量%の炭素含有量Cを企図している。本発明のさらなる態様は、ブローチ加工された加工物を高周波硬化することができるように約0.32〜0.80重量%のC、さらに好ましくは、約0.33〜0.70重量%のC、さらにもっと好ましくは、約0.35〜0.65重量%のCを有するブローチ加工のための加工物鋼鉄を含む。本発明は、ブローチ加工される加工物を作る鋼鉄材料、ブローチ加工される鋼鉄加工物、鋼鉄加工物から製造された完成品、およびこれらを製造する方法を含む。   Briefly stated, the present invention contemplates a steel metallurgy method optimized for the workpiece to be broached, the microstructure of which is selected from bainite, martensite, and / or ferrite. Substantially eliminating the presence of perlite. The present invention provides the following processing techniques: (a) change of steel alloy composition to suppress pearlite formation; (b) online thermal processing to suppress pearlite formation; (c) to suppress pearlite phase formation. And / or (d) one or more combinations of the above techniques or use of other techniques; at least one or more of: bainite and / or baking substantially free of pearlite phase. This optimized steel metallurgy method in a work piece to be broached to achieve the desired microstructure of return martensite is provided. A further aspect of the invention is a steel workpiece suitable for surface hardening by carburizing, nitriding or induction hardening after broaching, wherein the steel microstructure is one or both of on-line or off-line heat treatment. A steel workpiece substantially free of pearlite is provided by changing the combined steel alloy composition. A preferred hardness range for the workpiece material is about 160-250 BHN, more preferably about 170-245 BHN, and even more preferably about 180-240 BHN. The workpiece steel has a carbon content C of about 0.15 to 0.80% by weight, more preferably about 0.18 to 0.70% by weight and is therefore of the carburizing, nitriding and induction hardening type. Including steel. One aspect of the present invention is a carbon content of about 0.15 to 0.35 wt%, preferably about 0.20 to 0.32 wt% so that the broached workpiece can be carburized. Contemplates C. A further aspect of the present invention is about 0.32 to 0.80 wt% C, more preferably about 0.33 to 0.70 wt% so that the broached workpiece can be induction cured. C, and even more preferably, includes work steel for broaching having about 0.35 to 0.65 weight percent C. The present invention includes steel materials that make broached workpieces, broached steel workpieces, finished products made from steel workpieces, and methods of making them.

実験室ブローチ試験機が、ブローチ工具寿命への冶金変数の効果の経済的かつ効率的な
試験および比較を可能にするために考案され、造られた。実験室試験は、M4工具鋼鉄から作られた往復する3つの歯の高速度鋼鉄ブローチ工具を利用した。このブローチ工具は、製造ブローチバーに含まれた典型的なブローチ工具が、多くの部品に切断する同等な鋼鉄容積を急速かつ効率的に切断した。実験室試験機および手順は、ブローチ工具材料およびその熱処理、工具歯のデザイン、1歯あたりの切断深さ、切断速度、切断用潤滑剤のタイプおよび潤滑剤デリバリ系ならびに工具摩耗評価基準限界を含む全ての可能な局面で生産ブローチ加工環境に厳密に似せるように設計された。ブローチ工具は、各切断で適切に輪状の試験用鋼鉄加工物を置くためのインデックステーブルを利用し、それぞれのリストされた変数に確立された特定のパラメータ類を使用して、リング形状の輪状の試験用鋼鉄加工物の内側の直径を通して繰り返して引かれる。ブローチ工具は摩耗について定期的に測定され、以前に確立した摩耗評価基準が満たされたとき、実験室試験が完全であると考えられ、それぞれの加工物材料状態についてブローチ工具欠損までの切断の数を割り当てた。
A laboratory broach tester has been devised and built to allow an economical and efficient test and comparison of the effect of metallurgical variables on broach tool life. The laboratory test utilized a reciprocating three-tooth high speed steel broach tool made from M4 tool steel. This broach tool quickly and efficiently cut the equivalent steel volume that a typical broach tool contained in a production broach bar would cut into many parts. Laboratory testing machines and procedures include broach tool material and its heat treatment, tool tooth design, cutting depth per tooth, cutting speed, cutting lubricant type and lubricant delivery system and tool wear criteria limits Designed to closely resemble the production broaching environment in all possible aspects. The broach tool utilizes an index table to place an appropriately circular test steel workpiece at each cut, and uses specific parameters established for each listed variable to create a ring-shaped annulus. It is drawn repeatedly through the inner diameter of the test steel workpiece. Broach tools are regularly measured for wear and, when previously established wear criteria are met, laboratory tests are considered complete and the number of cuts to broach tool defects for each workpiece material condition. Assigned.

この実験室ブローチ試験は、特定の摩耗評価基準限界に対する切断の数に基づいた互いに対する各鋼鉄/状態に関して、様々な鋼鉄タイプと条件に実行された。表Iに示されるこの大規模な試験から発生するデータベースは、最適の加工物鋼鉄のブローチ加工条件またはミクロ構造/硬度がすべての鋼鉄について存在していて、ほとんどの鋼鉄が現在この条件でブローチ加工されていないことを示している。また、この試験は、ブローチ加工に関して非最適化加工物鋼鉄状態を明らかにし、驚くべきことに、ほとんどの鋼鉄が現在その非最適状態またはその状態がわずかに変更されたバージョンでブローチ加工されていることを明らかにした。さらに、表IIに報告されている鋼鉄合金組成、表IIに報告されている鋼鉄処理および熱処理スキームは、総合的なパラメータの広い範囲にわたってブローチ加工の最適化された加工物鋼鉄状態の開発を考慮する本発明によって開発された。   This laboratory broach test was performed on various steel types and conditions for each steel / condition relative to each other based on the number of cuts against a specific wear criteria limit. The database generated from this large scale test shown in Table I shows that optimal work steel broaching conditions or microstructure / hardness exist for all steels, and most steels are now broached in this condition. It has not been shown. This test also reveals the non-optimized workpiece steel state for broaching, and surprisingly most steels are now broached in its non-optimal state or a slightly modified version It revealed that. In addition, the steel alloy composition reported in Table II and the steel processing and heat treatment scheme reported in Table II allow for the development of optimized workpiece steel conditions for broaching over a wide range of overall parameters. Developed by the present invention.

試験された鋼鉄は、重量%で次の組成範囲を含んでいた。
C− 0.18%〜0.62%
Mn− 0.55%〜1.60%
Si− 0.15%〜0.70%
S− 0.010%〜0.060%
Cr− 0.10%〜1.0%
Ni− 0.05%〜0.55%
Mo− 0.02%〜0.30%
V− 0.01%〜0.12%
Al− 0.002%〜0.035%
Fe− 残量に加えて、それぞれ0.05%以下の痕跡不純物または添加物
試験された鋼鉄状態は、:熱加工され、空冷された;熱加工され、ゆっくりと空冷された;微粒子および粗粒子が焼きならしされた;微粒子および粗粒子が焼きならしされ、焼き戻しされた;焼き入れされ、焼き戻しされた;割り込みで焼き入れされ、焼き戻しされた;および焼き鈍しされた状態を含んでいた。これらの状態のための典型的なパラメータは、以下の通りである。
The steels tested included the following compositional ranges in weight percent.
C- 0.18% to 0.62%
Mn- 0.55% to 1.60%
Si- 0.15% to 0.70%
S-0.010% -0.060%
Cr-0.10% -1.0%
Ni-0.05% -0.55%
Mo- 0.02% to 0.30%
V- 0.01% to 0.12%
Al- 0.002% to 0.035%
Fe- remaining amount, plus 0.05% trace impurities or additives, respectively. Steel conditions tested are: heat-processed, air-cooled; heat-processed, slowly air-cooled; fine and coarse particles Fines and coarse particles were tempered and tempered; tempered and tempered; quenched and tempered with interrupt; and including annealed states It was. Typical parameters for these states are as follows:

表I〜IIIに報告された鋼鉄のサンプル(番号1〜15、30〜33および40〜44)は、製造電気炉操作において溶融され、表IIに詳しく説明された組成に従ってレードル精錬された。鋼鉄試料は、ブルーム中に連続的に鋳造され、次いで2250°Fに加熱され、丸い鋼片に熱間圧延され、次いで2250°Fに再加熱され、貫通され、圧延されたままの管状形状を与えた。この管状物は、次いで試験または試験ブローチ加工する前に表IIIに従ってさらなる熱処理のためのリング形状の環状鋼鉄加工物に切断される。表Iに報告されている様々な鋼鉄の試料についての結果として得られたミクロ構造は、焼き戻しされたバージョン、および焼き戻しされなかったバージョンの両方において、炭化物の球状化の程度を変えながら、フェライト、パーライト、ベイナイトおよび/またはマルテンサイトの混合物を含んでいた。試験された様々な鋼鉄の硬度レベルは、150BHN〜330BHNの範囲であり、硬度レベルのほとんどは、160BHN〜260BHNのブローチ加工可能な範囲内であった。表Iに示されるように、ここで、好ましいブローチ加工可能な硬度範囲は、約150〜250BHN、さらに好ましくは175〜240BHNである。表IIに示される鋼鉄組成の広い範囲、処理スキーム(表III)、ミクロ構造および硬度レベル(表I)の分析は、本発明に従ってブローチ工具寿命を最適化するための重要な冶金の変数の同定を可能にした。   The steel samples reported in Tables I-III (numbers 1-15, 30-33, and 40-44) were melted in a production electric furnace operation and ladle refined according to the composition detailed in Table II. Steel specimens are continuously cast in bloom, then heated to 2250 ° F., hot rolled to round slabs, then reheated to 2250 ° F., penetrated, and rolled into a tubular shape. Gave. This tube is then cut into a ring-shaped annular steel workpiece for further heat treatment according to Table III prior to testing or test broaching. The resulting microstructures for the various steel samples reported in Table I show that while varying the degree of carbide spheroidization in both the tempered and non-tempered versions, It contained a mixture of ferrite, pearlite, bainite and / or martensite. The hardness levels of the various steels tested ranged from 150 BHN to 330 BHN, and most of the hardness levels were within the broachable range of 160 BHN to 260 BHN. As shown in Table I, the preferred broachable hardness range here is about 150-250 BHN, more preferably 175-240 BHN. Analysis of a wide range of steel compositions shown in Table II, processing scheme (Table III), microstructure and hardness level (Table I) identifies key metallurgical variables for optimizing broach tool life in accordance with the present invention. Made possible.

歴史的なブローチ加工の知識と専門的技術は、これまで、より高い炭素含有量および硬度レベルが、伝統的な処理法と共にブローチ工具寿命にマイナスの影響を与えることを示した。これらの結果は、生み出されたブローチ加工試験データ(表I)(ここでは、多数の従来の「基準線」の加工物鋼鉄グレード(試料番号1〜15)のブローチ加工結果が、0.20重量%〜0.60重量%(図1)の範囲の炭素レベルおよび硬度レベル(図2)の関数として示されている)において支持される。   Historical broaching knowledge and expertise has so far shown that higher carbon content and hardness levels, together with traditional processing methods, negatively impact broach tool life. These results are the results of the broaching test data produced (Table I), where a number of conventional “baseline” workpiece steel grades (sample numbers 1-15) were 0.20 weight. Supported at carbon and hardness levels (shown as a function of FIG. 2) ranging from% to 0.60 wt% (FIG. 1).

より詳細には、図1および表Iにおいて、0.20重量%の炭素含有量および210BHNのブリネル硬度を有する基準線加工物鋼鉄(試料番号1)が6,200(限界までの切断数)のブローチ工具寿命をもたらしたことが理解されるだろう。基準線鋼鉄の炭素含有量が0.6重量%(試料番号15)に増加するにつれて、ブリネル硬度は252BHNに上昇し、ブローチ工具寿命は、80(限界までの切断数)に減少した。これらの従来の基準線の加工物鋼鉄グレードのミクロ構造は、図6および図7に示されるように主としてフェライトおよびパーライトであった。図6および図7の顕微鏡写真において、フェライトは、明るい領域として現れ、パーライトは、より暗い領域として現れる。図6は、圧延されたままの状態のフェライトおよびパーライトを含む基準線5130グレード鋼鉄(試料番号2)のミクロ構造を示し、図7は、焼きならしされ、焼き戻しされた状態のフェラ
イトおよびパーライトを含む基準線5150グレード(試料番号10)のミクロ構造を描写している。これらのフェライトおよびパーライトのミクロ構造は、最も多い従来のブローチ加工用途に許容可能なブローチ加工のミクロ構造として典型的に特定される。
More particularly, in FIG. 1 and Table I, a baseline work steel (sample number 1) having a carbon content of 0.20 wt% and a Brinell hardness of 210 BHN is 6,200 (number of cuts to the limit). It will be appreciated that it has resulted in a broach tool life. As the carbon content of the baseline steel increased to 0.6 wt% (Sample No. 15), the Brinell hardness increased to 252 BHN and the broach tool life decreased to 80 (number of cuts to the limit). The microstructure of these conventional baseline work steel grades was primarily ferrite and pearlite as shown in FIGS. In the micrographs of FIGS. 6 and 7, ferrite appears as bright areas and pearlite appears as darker areas. FIG. 6 shows the microstructure of baseline 5130 grade steel (Sample No. 2) with ferrite and pearlite in the as-rolled state, and FIG. 7 shows the ferrite and pearlite in the normalized and tempered state. The microstructure of the reference line 5150 grade (Sample No. 10) is depicted. These ferrite and pearlite microstructures are typically identified as broaching microstructures that are acceptable for most conventional broaching applications.

対照的に、本発明は、表Iの基準線鋼鉄において示される同じ炭素および硬度レベルにおいて、パーライトのミクロ構造の形成を抑制し、または最少にするために冶金処理のある段階を変更し、その変更において、好ましくは球状化に進む傾向があるさらに細かな針状炭化物のミクロ構造を形成することによってブローチ工具寿命が、2〜10倍増加され得るという発見を包含する。本発明の好ましいミクロ構造は、実質的にパーライトを含まないで、主としてベイナイトおよび/またはマルテンサイトおよびフェライトからなり、より高い炭素レベルで160〜260BHNの所望の硬度範囲内に焼き戻しされ得る。いくらかのパーライト相、最大で約20容量%までの層状パーライト、好ましくは最大で10容量%未満の層状パーライト、さらにもっと好ましくは5容量%未満の層状パーライトが存在し得る。理想的には、実質的にいかなる層状パーライトもミクロ構造で存在しない。本明細書で使用される用語「実質的にパーライトを含まない」または「最少量のパーライト」は、他に限定がなければ、約20容量%まで、さらに好ましくは0%の層状パーライトを含むミクロ構造を意味する。   In contrast, the present invention modifies certain stages of the metallurgical process to suppress or minimize the formation of pearlite microstructure at the same carbon and hardness levels shown in the baseline steels of Table I. Modifications include the discovery that broach tool life can be increased by 2-10 fold by forming a finer needle-like carbide microstructure, which preferably tends to spheronize. The preferred microstructure of the present invention is essentially free of pearlite and consists primarily of bainite and / or martensite and ferrite and can be tempered at higher carbon levels within the desired hardness range of 160-260 BHN. There may be some pearlite phase, up to about 20% by volume layered pearlite, preferably up to less than 10% by volume layered pearlite, and even more preferably less than 5% by volume layered pearlite. Ideally, virtually no layered pearlite is present in the microstructure. As used herein, the term “substantially free of pearlite” or “minimum amount of pearlite” unless otherwise specified, is a micro comprising up to about 20% by volume, more preferably 0% layered pearlite. Means structure.

所望の針状ベイナイトのミクロ構造は、図8に示され、所望の球状化されたベイナイトのミクロ構造は、図9に示され、所望の球状化されたマルテンサイトおよびフェライトのミクロ構造は、図10に示されている。図8は、圧延された状態のままの合金改質された4030グレード(試料番号20)であり、図9は、オンライン焼き入れされ、焼き戻しされた5130グレード(試料番号30)であり、図10は、オンライン焼き入れされ、および焼き戻しされたグレード5150鋼鉄(試料番号33)であり、全て本発明によって製造されている。   The desired acicular bainite microstructure is shown in FIG. 8, the desired spheroidized bainite microstructure is shown in FIG. 9, and the desired spheroidized martensite and ferrite microstructure is shown in FIG. 10. FIG. 8 is an alloy-modified 4030 grade (Sample No. 20) as it is rolled, and FIG. 9 is an online-quenched and tempered 5130 Grade (Sample No. 30). 10 is grade 5150 steel (sample number 33) that has been online hardened and tempered, all made according to the present invention.

ゼロまたは最少量のパーライトと共に1つまたは複数のベイナイト、マルテンサイトおよびフェライトを含む本発明の実質的にパーライトを含まないミクロ構造は、次のものに必ずしも限定されないが、(1)熱加工され、空冷された状態において、パーライト形成を抑制するための合金組成の変更(試料番号20〜23)、および/または(2)熱加工温度から焼き入れ時のパーライト形成を抑制するオンライン熱処理(試料番号30〜33)、および/または(3)パーライト形成を抑制するためのオフライン熱処理(試料番号40〜44)、またはこれらの技法の何らかの組合せ、またはパーライト形成温度より下での等温変態などの他の技法を含む様々な技法によって形成される。最終的なベイナイト/マルテンサイト/フェライトの実質的にパーライトを含まないミクロ構造は、もちろん、所望ならば、次いで所望のブローチ加工硬度範囲内に焼き戻しされる。   The substantially pearlite-free microstructure of the present invention comprising one or more bainite, martensite and ferrite with zero or minimal amount of pearlite is not necessarily limited to: (1) heat-processed, Change of alloy composition to suppress pearlite formation in air-cooled state (Sample Nos. 20 to 23) and / or (2) Online heat treatment to suppress pearlite formation during quenching from thermal processing temperature (Sample No. 30) ~ 33), and / or (3) off-line heat treatment to inhibit pearlite formation (sample numbers 40-44), or some combination of these techniques, or other techniques such as isothermal transformations below the pearlite formation temperature Formed by various techniques. The final bainite / martensite / ferrite substantially pearlite free microstructure is, of course, tempered to the desired broaching hardness range if desired.

ミクロ構造の改質で生じる効果は、主としてパーライトのミクロ構造を有する様々な炭素および硬度のレベルについての前に記載されたブローチ工具寿命傾向を、同じ炭素レベル(図1)および硬度範囲(図2)内の実質的にパーライトを含まない類似の鋼鉄についての最適化されたブローチ工具寿命結果と比較することによって観察され得る。容易に気付かれるように、ブローチ工具寿命における改良は、同じまたは類似の初期の炭素含有量およびブローチ工具寿命を全て類似の硬度範囲内で比較すると、200%〜1000%のオーダーである。例えば、フェライト/パーライトミクロ構造と共にC0.20%を有する従来技術の基準線の5120グレード加工物鋼鉄(試料番号1)のブローチ加工寿命は、6200(限界までの切断数)のブローチ加工寿命をもたらした。これは、またC含有量0.20%を有するオフライン焼きならしされた8620グレード(試料番号40)と比較することができるが、12,000(限界までの切断数)のブローチ工具寿命を与える本発明のベイナイト/フェライトのミクロ構造に関しては、従来の加工物鋼鉄のブローチ加工寿命の約2倍を与えた。増加する炭素含有量で実現されたブローチ工具寿命における同様の改良は、図1においてグラフで見られる。この有意レベルのブローチ工具寿命改良は、1部品あたりのブローチ工具費における大幅削減に直接換算される。さらに詳細には、本発明は、1部品あたりの工具費用において40%〜80%の削減を与え、その結果、部品メーカーに、部品製造費における著しい全体的な削減を実現させる。上で暗示されるように、このコスト節約は、高容積精密自動車部材の製造において最大に重要である。   The effect resulting from the modification of the microstructure is similar to the previously described broach tool life trends for various carbon and hardness levels having a pearlite microstructure, with the same carbon level (FIG. 1) and hardness range (FIG. 2). ) In an optimized broach tool life result for a similar steel substantially free of pearlite. As is readily noticed, improvements in broach tool life are on the order of 200% to 1000% when comparing the same or similar initial carbon content and broach tool life, all within similar hardness ranges. For example, the broaching life of prior art baseline 5120 grade workpiece steel (Sample No. 1) with C0.20% with ferrite / pearlite microstructure results in a broaching life of 6200 (number of cuts to the limit) It was. This can also be compared to an off-line normalized 8620 grade (sample no. 40) with a C content of 0.20% but gives a broach tool life of 12,000 (number of cuts to the limit) The bainite / ferrite microstructure of the present invention gave approximately twice the broaching life of conventional workpiece steel. A similar improvement in broach tool life achieved with increasing carbon content can be seen graphically in FIG. This significant level of broach tool life improvement translates directly into a significant reduction in broach tool cost per part. More particularly, the present invention provides a 40% to 80% reduction in tool cost per part, resulting in a parts manufacturer realizing a significant overall reduction in part manufacturing costs. As implied above, this cost saving is of greatest importance in the manufacture of high volume precision automotive components.

ブローチ加工について最適な鋼鉄加工物の状態を得ることは、次のものに必ずしも限定されないが、(1)熱加工され、空冷された状態におけるパーライト形成を抑制または最少化するための合金組成の変更、(2)熱間加工温度からの焼き入れ時のパーライト形成を抑制するためのオンライン熱処理の設計、および/または(3)パーライト形成を抑制するためのオフライン熱処理、必要な場合に、それに続いて行う焼き戻し操作を含む3つの前述の技法のいずれか、またはこれらの組合せによって本発明によって実現することができる。   Obtaining the optimal steel workpiece state for broaching is not necessarily limited to the following, but (1) changing the alloy composition to suppress or minimize pearlite formation in the thermally processed and air-cooled state (2) on-line heat treatment design to suppress pearlite formation during quenching from hot working temperature and / or (3) off-line heat treatment to suppress pearlite formation, if necessary, followed by Any of the three previously described techniques including a tempering operation to be performed, or a combination thereof, can be realized by the present invention.

パーライトのミクロ構造の望ましくない形成の抑制のための他の技法が、当業者の頭に浮かび得るが、これらの技法は、本発明の精神および範囲の中に入るだろう。本発明の好ましい技法の実施例が、以下に論じられる。   Although other techniques for controlling the undesirable formation of pearlite microstructure may occur to those skilled in the art, these techniques will fall within the spirit and scope of the present invention. Examples of preferred techniques of the present invention are discussed below.

1.合金改質
合金組成は、ベース鋼鉄組成物に応じて、いくつかの可能な化学元素の個別または組合せの添加および添加レベルによってパーライト形成を抑制するように設計され得る。合金改質のアプローチの実施例は、パーライト形成を抑制するためにベースの炭素およびマンガンの組成物にMo約0.25重量%を加えた4つの炭素レベル(C0.3%、C0.41%、C0.51%およびC0.62%)で、一連の実験用の真空誘導溶融加熱物を溶融することによって実証された。他に注記がなければ、全てのパーセントは、重量%であることが理解されるであろう。さらに詳細には、これらの試料番号20〜23についての合金組成、示されたグレード4030、4040、4050および4060は、それぞれ0.30〜0.62重量%の範囲の炭素レベルと共に表IIに示される組成を有している。表IIIに見られるように、インゴットが熱間圧延され、空冷され、試験リングに成形され、約180〜240BHNの所望のブローチ加工の硬度範囲(表I)を達成するために必要に応じて焼き戻しされる。これらの鋼鉄のミクロ構造は、主として微細なベイナイト/フェライトから構成されていた。試料番号21〜23のように鋼鉄が焼き戻しされた場合、ミクロ構造は、球状化されたの傾向があった。球状化されたベイナイトのミクロ構造の例は、図9に示される。
1. Alloy Modification Depending on the base steel composition, the alloy composition can be designed to inhibit pearlite formation by adding and adding individual or combinations of several possible chemical elements. An example of an alloy modification approach is the four carbon levels (C0.3%, C0.41%) with approximately 0.25 wt% Mo added to the base carbon and manganese composition to suppress pearlite formation. C0.51% and C0.62%) by demonstrating by melting a series of experimental vacuum induction melts. It will be understood that all percentages are by weight unless otherwise noted. More specifically, the alloy compositions for these sample numbers 20-23, grades 4030, 4040, 4050 and 4060 shown are shown in Table II with carbon levels ranging from 0.30 to 0.62% by weight, respectively. Have a composition. As seen in Table III, the ingot is hot rolled, air cooled, formed into test rings, and baked as necessary to achieve the desired broaching hardness range of about 180-240 BHN (Table I). Returned. The microstructure of these steels was mainly composed of fine bainite / ferrite. When the steel was tempered as in sample numbers 21-23, the microstructure tended to be spheroidized. An example of a spheroidized bainite microstructure is shown in FIG.

図3は、合金改質された本発明の鋼鉄(試料番号20〜23)についてのブローチ加工試験結果を、C0.3〜0.60%の類似の炭素範囲をカバーする従来の基準線のフェライト/パーライト含有鋼鉄(試料3、5、7、11および14)と比較してグラフで表す。基準線の鋼鉄は、炭素レベルが増加するに伴って、C0.30%における4600(限界までの切断数)(試料番号3)から、C0.60%におけるわずか200(限界までの切断数)(試料番号14)へのブローチ工具寿命における着実な減少を示す。しかしながら、本発明の合金改質された鋼鉄は、C0.41%において限界までの切断数9500(試料番号21)および次いでC0.62%における限界までの切断数約4000(試料番号23)を示す。本発明の改質された鋼鉄組成物は、同等の炭素レベルの従来の基準線鋼鉄を超えてブローチ上のブローチ工具寿命における桁を超える改良を示す。したがって、様々な炭素レベルを有するグレードのミクロ構造およびブローチ工具寿命を最適化するための本発明の合金改質アプローチは、試験データによって証明されるように、好結果であり、効果的であることが裏付けられた。   FIG. 3 shows broaching test results for alloy modified steels of the present invention (Sample Nos. 20-23) and conventional baseline ferrites covering a similar carbon range of C 0.3-0.60%. / Graphically compared to pearlite-containing steel (samples 3, 5, 7, 11 and 14). Baseline steels range from 4600 at C0.30% (number of cuts to the limit) (sample number 3) to only 200 (number of cuts to the limit) at C0.60% as the carbon level increases ( A steady decrease in broach tool life on sample number 14) is shown. However, the alloy-modified steel of the present invention shows 9500 cut to the limit at C0.41% (Sample No. 21) and then about 4000 cuts to the limit at C0.62% (Sample No. 23). . The modified steel composition of the present invention exhibits an order of magnitude improvement in broach tool life on the broach over conventional baseline steel of comparable carbon levels. Therefore, the alloy modification approach of the present invention to optimize the microstructure and broach tool life of grades with different carbon levels should be successful and effective as evidenced by test data. Was supported.

熱間圧延され、空冷された(場合により、焼き戻しされた)状態においてパーライトを
含むミクロ構造の形成を抑制または最少化した、本発明の現在の好ましい改質された鋼鉄組成は、表IVにおいて重量%で以下に掲載される。
The presently preferred modified steel composition of the present invention that inhibits or minimizes the formation of pearlite-containing microstructures in the hot-rolled and air-cooled (optionally tempered) state is shown in Table IV Listed below in weight percent.

さらに詳しくは、また、本発明の所望の特性を達成するための現在の好ましい合金改質された組成物は、表IIにおいて試料番号20〜23(「合金最適化された」という見出しで出ている)について詳しく説明される。   More particularly, and presently preferred alloy modified compositions to achieve the desired properties of the present invention are listed in Table II under sample numbers 20-23 (heading “Alloy Optimized”). Is explained in detail.

2.オンライン処理
本発明によるブローチ工具寿命を改良するための第2の技法は、所望のミクロ構造を達成するためのオンライン処理を含む。オンライン熱処理は、鋼鉄組成を全てまたはある程度改質する必要なしに、望ましくないパーライト相が例えば熱間圧延などの熱加工からの焼き入れ時に抑制される工夫可能な熱機械的な処理スキームを使用する熱加工および焼き入れを含む。本明細書において使用される用語「オンライン」最適化または処理は、パーライト相が避けられ、または最少化され、ベイナイト/マルテンサイト/フェライト相が促進される、最終的な熱間加工操作(圧延、鍛造等)と直接的に結びつけられた熱機械的鋼鉄処理スキームを意味する。
2. Online Processing A second technique for improving broach tool life according to the present invention involves online processing to achieve the desired microstructure. Online heat treatment uses a devised thermomechanical treatment scheme in which unwanted pearlite phases are suppressed during quenching from thermal processing such as hot rolling, without the need to modify the steel composition all or to some extent Includes thermal processing and quenching. As used herein, the term “on-line” optimization or processing refers to a final hot working operation (rolling, in which the pearlite phase is avoided or minimized and the bainite / martensite / ferrite phase is promoted. A thermomechanical steel processing scheme directly associated with forging, etc.).

このオンライン技法の例は、グレード5130および5046の鋼鉄管状物(それぞれ、試料番号30および32)の1600°Fでの、様々なオーステナイト粒状構造へのオーステナイト化(最終の熱加工されたままのミクロ構造領域をシミュレートする)、その後のパーライト形成を避けるための水中での割り込みの焼き入れの遂行、次いで鋼鉄を所望の硬度範囲(約180〜240BHN)に持って行くための1225°Fで2時間の焼き戻し(試料番号30)および1325°Fで2時間の焼き戻し(試料番号32)によって実証された。両方のグレードのミクロ構造および硬度レベルは、200〜235BHNの範囲の硬度を有する球状化する傾向がある焼き戻しされたベイナイトで構成された。図4は、本発明のオンライン処理されたグレードについて行われたブローチ加工試験の結果を、試験済の図3(試料番号3、5、7、11および14)において先に示された様々な従来の基準線のフェライト/パーライトのグレードと比較して示す。オンライン最適化されたグレード5130および5046(試料番号30および32)についてのブローチ工具寿命試験結果は、報告された基準線レベルより2〜6倍大きく、それは、浸炭された鋼鉄グレードおよび高周波焼き入れされた鋼鉄グレードの両方についてブローチ工具寿命を最適化するためのこのアプローチの成功を例証する。グレード5130(試料番号30)は、C0.29重量%含み、鋼鉄の浸炭タイプであるが、グレード5046(試料番号32)は、C0.47重量%含み、鋼鉄の高周波焼き入れタイプであることに留意されたい。   An example of this online technique is the austenitization (final as-processed microfabrication) of grade 5130 and 5046 steel tubes (sample numbers 30 and 32, respectively) at 1600 ° F. to various austenitic granular structures. Simulate the structural area), perform subsequent quenching in water to avoid pearlite formation, then 2 at 1225 ° F. to bring the steel to the desired hardness range (approximately 180-240 BHN) This was demonstrated by time tempering (sample number 30) and tempering at 1325 ° F. for 2 hours (sample number 32). Both grades of microstructure and hardness level consisted of tempered bainite that has a tendency to spheronize with a hardness in the range of 200-235 BHN. FIG. 4 shows the results of the broaching test performed on the on-line processed grade of the present invention for the various prior art shown previously in FIG. 3 (sample numbers 3, 5, 7, 11 and 14). It is shown in comparison with the ferrite / pearlite grade of the reference line. Broach tool life test results for online optimized grades 5130 and 5046 (sample numbers 30 and 32) are 2-6 times greater than the reported baseline level, which is carburized steel grade and induction hardened Illustrates the success of this approach to optimize broach tool life for both steel grades. Grade 5130 (Sample No. 30) contains 0.29 wt% C and is a steel carburized type, but Grade 5046 (Sample No. 32) contains C 0.47 wt% and is an induction hardening type of steel. Please keep in mind.

オンライン最適化されたグレード5130(試料番号30および31)およびグレード5046(試料番号32)との基準線グレード5130(試料番号2および3)およびグレード5046(試料番号6および7)に関するほとんど同じ組成の直接比較を通して、注意は表I、IIおよびIIIに向けられる。限界までの切断数1300(試料番号2、圧延されたまま)だけの寿命および限界までの切断数4600(試料番号3、焼きならしされた)(両方共にC0.30重量%を含む)を有する基準線グレード5130と比較して、オンライン最適化された試料番号30グレード5130(C0.29重量%)鋼鉄は、限界までの切断数9600のブローチ工具寿命を有し、試料番号31は、限界までの切断数8800のブローチ工具寿命を有していた。また、C0.46重量%を含み、焼きならしされた状態のより高い炭素レベルの従来のグレード5046(試料番号6)は、限界までの切断数600のブローチ工具寿命を有していたことに比較して、C0.46重量%を含み、オンライン処理され、焼き戻しされ、オンライン最適化されたグレード5046(試料番号32)が限界までの切断数7600のブローチ工具寿命を有していた。これは、ブローチ工具寿命における12倍を越す増加を表している。   Almost the same composition for baseline grade 5130 (sample numbers 2 and 3) and grade 5046 (sample numbers 6 and 7) with on-line optimized grade 5130 (sample numbers 30 and 31) and grade 5046 (sample number 32) Through direct comparison, attention is directed to Tables I, II and III. Has a lifetime of only 1300 cuts to the limit (sample number 2, as-rolled) and 4600 cuts to the limit (sample number 3, normalized) (both including 0.30 wt% C) Compared to baseline grade 5130, online optimized sample number 30 grade 5130 (C 0.29 wt%) steel has a broach tool life of 9600 cuts to the limit, sample number 31 to the limit Broach tool life of 8800 cuts. Also, the conventional grade 5046 (sample no. 6) with higher carbon levels in the normalized state, containing C 0.46% by weight, had a broach tool life of 600 cuts to the limit. In comparison, grade 5046 (sample no. 32) containing 0.46 wt% C, online processed, tempered and online optimized had a broach tool life of 7600 cuts to the limit. This represents an increase of more than 12 times in broach tool life.

3.オフライン処理
ブローチ加工可能な加工物において所望のミクロ構造を得るためのさらなる本発明の技法は、オフライン処理を含む。本明細書において使用される「オフライン」処理または最適化という用語は、熱加工後に時々遂行され、パーライト相を実質的に避け、ベイナイト/マルテンサイト/フェライト相を促進する熱的処理方法を意味する。パーライト形成を完全に抑制するか、またはそうでなければ、最少にするために様々な鋼鉄タイプおよび切断面寸法にオフライン最適化スキームを実行することができる。そのような熱処理の後は、非常にたびたび適当なブローチ加工硬度範囲(典型的に180〜240BHNである)に焼き戻しが行われる。通常、本発明によるオフライン熱処理は、次の工程:試験鋼鉄部分の1500°F〜1750°Fでのオーステナイト化;古典的な鋼鉄硬化性計算に基づく、パーライト形成を避けるための例えば水のような適当な焼き入れ剤中での鋼鉄部分の完全なまたは割り込みの焼き入れを含む。焼き入れ後に、所望のミクロ構造(実質的にパーライト相を含まない)を形成し、約180〜240BHNのブローチ加工に所望の硬度を与えるために通常1100°F〜1350°Fで1〜4時間(鋼鉄タイプおよび温度に依存する)焼き戻しを行う。
3. Off-line processing A further inventive technique for obtaining the desired microstructure in broachable workpieces includes off-line processing. As used herein, the term “off-line” processing or optimization means a thermal processing method that is sometimes performed after thermal processing to substantially avoid the pearlite phase and promote the bainite / martensite / ferrite phase. . Off-line optimization schemes can be implemented for various steel types and cut surface dimensions to completely suppress or otherwise minimize pearlite formation. Such heat treatment is very often tempered to a suitable broaching hardness range (typically 180-240 BHN). Typically, the offline heat treatment according to the present invention comprises the following steps: austenitizing the test steel part at 1500 ° F. to 1750 ° F .; based on classical steel hardening calculations, for example water to avoid pearlite formation Includes complete or interrupted quenching of the steel part in a suitable quenching agent. After quenching, the desired microstructure (substantially free of pearlite phase) is formed and typically 1100 ° F to 1350 ° F for 1 to 4 hours to provide the desired hardness for broaching of about 180-240 BHN. Tempering (depending on steel type and temperature).

表Iは、C0.20重量%含むオフライン最適化された試料番号40(グレード8620)およびC0.27重量%含む試料番号41(グレード4027)は、焼きならしされた状態であり、試験された試料の中で最も高いブローチ工具寿命、すなわち、それぞれ限界までの切断数12,000および限界までの切断数11,000を与えたこと示している。焼きならしは、鋼鉄を転移領域の上の温度まで加熱して、次に、静止の空気で室温に焼き入れすることを含む。試料番号40および41について生成したミクロ構造は、ミクロ構造にパーライトを含まないベイナイト/フェライトであった。   Table I shows that off-line optimized sample number 40 (grade 8620) containing 0.20 wt% C and sample number 41 (grade 4027) containing 0.27 wt% C were normalized and tested. It shows the highest broach tool life of the samples, i.e. 12,000 cuts to the limit and 11,000 cuts to the limit, respectively. Normalizing involves heating the steel to a temperature above the transition zone and then quenching to room temperature with static air. The microstructure produced for sample numbers 40 and 41 was bainite / ferrite with no pearlite in the microstructure.

C0.50重量%のさらに高い炭素を含む試料番号43(グレード4150)もまた、焼きならし処理にかけられ、その後1340°Fで3時間焼き戻しされ、同様にパーライトを含まないベイナイト/フェライトのミクロ構造を示した。試料番号43からの加工物は、ブローチ加工試験において、試料番号43と同等の炭素含有量および硬度(表I)の試料番号10(従来のグレード5150鋼鉄)の限界までの切断数460と比較して、限界までの切断数5,800のブローチ工具寿命をもたらした。   Sample No. 43 (Grade 4150) containing higher carbon at 0.50 wt% C was also subjected to a normalization treatment, followed by tempering at 1340 ° F. for 3 hours, as well as a bainite / ferrite micro that did not contain pearlite. The structure is shown. The workpiece from sample number 43 is compared in a broaching test with a cut number 460 up to the limit of sample number 10 (conventional grade 5150 steel) with carbon content and hardness (Table I) equivalent to sample number 43. This resulted in a broach tool life of 5,800 cuts to the limit.

C0.47重量%含むオフライン最適化された試料番号42(グレード5046)およびC0.53重量%含む試料番号44(グレード1552)は、オーストナイト化され、
水で焼き入れされ、次いで試料42については1325°Fで2時間、試料番号44については1300°Fで4時間焼き戻しされた。焼き入れおよび焼き戻しは、本発明によるパーライトを含まない焼き戻しされたマルテンサイトのミクロ構造を生成した。ブローチ加工寿命は、試料番号42について限界までの切断数8,700および試料番号44について限界までの切断数6,200であった。(これは、これらの高い炭素の高周波焼き入れ鋼鉄タイプにおける顕著な改良である。)
図5は、基準線のフェライト/パーライトのグレードに対するこれらのそれぞれの鋼鉄についてのブローチ工具寿命を示し、これは、他の技法と比較して、炭素レベルと同じ傾向および基準線グレードを越す類似またはより大きなレベルの改良を例証している。したがって、オフライン処理最適化アプローチが、本発明に従ってブローチ工具寿命を最適化するための別の技法を表していることが理解されるだろう。
Offline optimized sample number 42 (grade 5046) containing C 0.47 wt% and sample number 44 (grade 1552) containing C 0.53% wt were austenitized,
Quenched with water, then tempered for 13 hours at 1325 ° F. for sample 42 and 4 hours at 1300 ° F. for sample number 44. Quenching and tempering produced a perlite-free tempered martensite microstructure according to the invention. The broaching life was 8,700 to the limit for sample number 42 and 6,200 to the limit for sample number 44. (This is a significant improvement in these high carbon induction hardened steel types.)
FIG. 5 shows the broach tool life for these respective steels relative to the baseline ferrite / pearlite grade, which is similar to the same trend as the carbon level and over the baseline grade compared to other techniques or Illustrates a greater level of improvement. Thus, it will be appreciated that the offline processing optimization approach represents another technique for optimizing broach tool life in accordance with the present invention.

4.最適化技法の組合せ
本発明によってブローチ加工可能な加工物に所望されるミクロ構造および特性を与えるために、前に論じた最適化技法1〜3の中の2つまたは複数を組み合わせることができる。
4). Combinations of optimization techniques Two or more of the optimization techniques 1-3 discussed above can be combined to provide the desired microstructure and properties to the broachable workpiece according to the present invention.

例えば、試料番号40および41は、前に論じられた、オフライン処理されたグレード8620および4027であり、また、モリブデン添加:Mo0.21重量%(試料番号40)およびMo0.27重量%(試料番号41)による合金最適化にもかけられた(表IIを参照)。これらのオフライン焼きならしされ、合金改質された鋼鉄は、試験された全ての試料の中で最高のブローチ工具寿命を与え、このことは本発明の組み合わせられた合金および熱処理最適化技法の効果を証明している。
表面硬化処理
本明細書において上で論じられたように、ブローチ加工されたギア歯の改良された摩耗耐性のために硬化された外部表面および部材に対して内部強度を与えるために低減された硬度のコアを提供することは動力伝達系構成要素において有益である。ブローチ加工された動力伝達系構成要素の表面硬化の知られた技法は、浸炭、窒化および高周波焼き入れを含み、使用される特定の技法は、鋼鉄の炭素含有量に依存する。一般に、C約0.32重量%未満を含む鋼鉄は、高周波焼き入れで提供される熱で誘発された表面硬化処理ためには不十分な炭素レベルしか有していない。したがって、これらの鋼鉄は、表面硬化処理を可能にするために追加の炭素または他の成分を必要とする。約0.32重量%未満の炭素含有量を有する鋼鉄は、高められた表面硬化処理を得るために一般に、浸炭され、または窒化される。
For example, sample numbers 40 and 41 are off-line treated grades 8620 and 4027, discussed previously, and molybdenum additions: Mo 0.21 wt% (sample number 40) and Mo 0.27 wt% (sample number 41) was also subjected to alloy optimization (see Table II). These off-line normalized and alloy modified steels provide the best broach tool life of all the samples tested, which is the effect of the combined alloy and heat treatment optimization techniques of the present invention. Prove that.
Surface Hardening Treatment As discussed hereinabove, reduced hardness to provide internal strength to hardened outer surfaces and members for improved wear resistance of broached gear teeth Providing a core of this is beneficial in powertrain components. Known techniques for surface hardening of broached power transmission system components include carburizing, nitriding and induction hardening, the particular technique used depends on the carbon content of the steel. In general, steel containing less than about 0.32 wt% C has insufficient carbon levels for the heat-induced surface hardening treatment provided by induction hardening. Thus, these steels require additional carbon or other components to allow surface hardening treatments. Steel having a carbon content of less than about 0.32% by weight is typically carburized or nitrided to obtain an enhanced surface hardening treatment.

前に論じられた試験結果は、本発明が、様々な加工物鋼鉄をブローチ加工するためのブローチ工具寿命に著しい改良を与えることを明確に裏付け、これらの改良が実現される合金改質および材料処理スキームのいくつかの態様が、本明細書に記載されてきた。ターゲットのブローチ加工する加工物のミクロ構造は、非パーライトの理想的には球状化の傾向がある微細なカーバイドベイナイト/マルテンサイトのミクロ構造であることを示してきた。加工物鋼鉄中に目標のミクロ構造/硬度の組合せを発展させるための合金および処理のスキームが、前記の試料鋼鉄との関係で示され、記載されてきた。最終的目標の冶金特性が達成されるとして、データは、本発明が、広範囲の鋼鉄組成物および代替される処理に適用できることを示している。前に詳しく説明された特定の例に加えて、目標の非パーライトの微細なカーバイドのミクロ構造、好ましくは球状化の傾向のあるものを得るために使用され得る、交互の合金改質および/または鋼鉄処理スキームが存在することが、当業者の頭に浮かぶだろう。もちろん、これらの交互のおよび/または追加の方法もまた、本明細書に詳しく説明された有益なブローチ工具寿命結果を達成することも期待されるなら、そのような追加の変更は、本発明の精神および範囲内に入ると考えられると解釈される。   The test results discussed previously clearly support that the present invention provides significant improvements in broach tool life for broaching various workpiece steels, and alloy modifications and materials in which these improvements are realized. Several aspects of the processing scheme have been described herein. The microstructure of the target broached workpiece has been shown to be a fine carbide bainite / martensite microstructure that is non-perlite, ideally prone to spheroidization. Alloys and processing schemes for developing target microstructure / hardness combinations in workpiece steel have been shown and described in relation to the sample steel. The data indicates that the present invention is applicable to a wide range of steel compositions and alternative processes, as the ultimate target metallurgical properties are achieved. In addition to the specific examples detailed above, alternating alloy modifications and / or that can be used to obtain a target non-perlite fine carbide microstructure, preferably one that is prone to spheroidization The existence of a steel processing scheme will occur to those skilled in the art. Of course, if these alternate and / or additional methods are also expected to achieve the beneficial broach tool life results detailed herein, such additional modifications will be It is construed to be within the spirit and scope.

基準線および本発明の最適化された鋼鉄加工物材料についてのブローチ工具寿命対炭素含有量のグラフである。Figure 3 is a graph of broach tool life versus carbon content for a baseline and an optimized steel workpiece material of the present invention. 図1で試験された鋼鉄加工物についてのブローチ工具寿命対硬度のグラフである。2 is a graph of broach tool life versus hardness for the steel workpiece tested in FIG. 主として微細なベイナイトからなる改質された合金およびフェライト/パーライトミクロ構造を有する基準線の合金加工物のブローチ工具寿命対炭素含有量のグラフある。Figure 7 is a graph of broach tool life versus carbon content for a modified alloy consisting primarily of fine bainite and a baseline alloy workpiece having a ferrite / pearlite microstructure. 焼き戻しされたベイナイトで構成されたオンライン熱処理加工物およびフェライト/パーライトミクロ構造を有する基準線の合金加工物についてのブローチ工具寿命対炭素含有量のグラフである。FIG. 6 is a graph of broach tool life versus carbon content for an on-line heat-treated workpiece composed of tempered bainite and a baseline alloy workpiece with a ferrite / pearlite microstructure. 本発明のミクロ構造で構成されたオフライン熱処理された加工物およびフェライト/パーライトミクロ構造を有する基準線の合金加工物についてのブローチ工具寿命対炭素含有量のグラフである。FIG. 4 is a graph of broach tool life versus carbon content for off-line heat treated workpieces composed of the microstructure of the present invention and baseline alloy workpieces having a ferrite / pearlite microstructure. 圧延されたままの基準線グレード5130(試料番号2)の従来の鋼鉄のパーライトおよびフェライトを含む典型的なミクロ構造を示す顕微鏡写真である。FIG. 5 is a photomicrograph showing a typical microstructure comprising as-rolled baseline grade 5130 (Sample No. 2) conventional steel pearlite and ferrite. 焼きならしされ、焼き戻しされた基準線グレード5150(試料番号10)の従来の鋼鉄のパーライトおよびフェライトを含む典型的なミクロ構造を示す顕微鏡写真である。FIG. 5 is a photomicrograph showing a typical microstructure comprising tempered and tempered baseline grade 5150 (Sample No. 10) conventional steel perlite and ferrite. 本発明によって処理され、合金が最適化され、針状ベイナイトのミクロ構造を示している圧延された条件のままの鋼鉄(試料番号20)の顕微鏡写真である。FIG. 2 is a photomicrograph of steel in the as-rolled condition (Sample No. 20), processed according to the present invention, with the alloy optimized and showing the microstructure of acicular bainite. 本発明によってオンライン処理された、割り込みで焼き戻しされた条件下の鋼鉄(試料番号30)の球状化されたベイナイトおよびフェライトを含むミクロ構造を示す顕微鏡写真である。FIG. 4 is a photomicrograph showing a microstructure comprising steel spheroidized bainite and ferrite under interrupted tempered conditions processed online according to the present invention. 本発明によってオンライン処理された、焼き入れされ、焼き戻しされた条件下の鋼鉄(試料番号33)の球状化されたマルテンサイトを含むミクロ構造を示す顕微鏡写真である。FIG. 4 is a photomicrograph showing a microstructure comprising spheroidized martensite of steel (sample no. 33) under tempered and tempered conditions processed online according to the present invention.

Claims (40)

ブローチ加工およびその後の浸炭または高周波焼き入れの1つによる表面硬化の前に、実質的にパーライトを含まないミクロ構造および150〜250BHNの硬度を有する、ブローチ加工可能な加工物の作製に好適な鋼鉄。   Steel suitable for making broachable workpieces having a substantially pearlite-free microstructure and a hardness of 150-250 BHN prior to broaching and subsequent surface hardening by one of carburizing or induction hardening . ミクロ構造が、ベイナイト、マルテンサイトおよびフェライト相の1つまたは複数を含み、160〜240BHNの硬度を有する、請求項1に記載の鋼鉄。   The steel of claim 1, wherein the microstructure comprises one or more of bainite, martensite and ferrite phases and has a hardness of 160-240 BHN. 0.15〜0.35重量%の炭素含有量を有し、ブローチ加工後の浸炭に好適である、請求項1に記載の鋼鉄。   Steel according to claim 1, having a carbon content of 0.15 to 0.35% by weight and suitable for carburization after broaching. 0.32〜0.80重量%の炭素含有量を有し、ブローチ加工後の高周波焼き入れに好適である、請求項1に記載の鋼鉄。   The steel according to claim 1, having a carbon content of 0.32 to 0.80% by weight and suitable for induction hardening after broaching. 実質的にパーライトを含まないミクロ構造および150〜250BHNの硬度を有するブローチ加工のための鋼鉄加工物であって、ブローチ加工後の浸炭または高周波焼き入れの1つによる表面硬化に好適である加工物。   A steel workpiece for broaching having a microstructure substantially free of pearlite and a hardness of 150 to 250 BHN, which is suitable for surface hardening by one of carburizing or induction hardening after broaching . ミクロ構造がベイナイト、マルテンサイトおよびフェライト相の1つまたは複数を含み、約160〜240BHNの硬度を有する、請求項5に記載の鋼鉄加工物。   The steel workpiece of claim 5, wherein the microstructure comprises one or more of bainite, martensite and ferrite phases and has a hardness of about 160-240 BHN. 前記鋼鉄が0.15〜0.35重量%の炭素含有量を有する浸炭タイプの1つである、請求項5に記載の鋼鉄加工物。   6. A steel workpiece according to claim 5, wherein the steel is one of the carburized types having a carbon content of 0.15 to 0.35% by weight. 前記鋼鉄が約0.35〜0.80重量%の炭素含有量を有する高周波焼き入れタイプである、請求項5に記載の鋼鉄加工物。   The steel workpiece according to claim 5, wherein the steel is of an induction hardening type having a carbon content of about 0.35 to 0.80 wt%. 動力伝達系構成要素としての使用に好適であるブローチ加工された鋼鉄物品であって、実質的にパーライトを含まないミクロ構造およびブローチ加工された表面プロファイルを有し、前記表面プロファイルは、浸炭または高周波焼き入れの1つによって適用された硬化された表面を有する物品。   A broached steel article suitable for use as a power transmission system component, having a microstructure that is substantially free of pearlite and a broached surface profile, said surface profile being carburized or high frequency Article having a hardened surface applied by one of quenching. ギアまたはレースの1つの形である、請求項9に記載の物品。   The article of claim 9, which is in the form of a gear or race. ミクロ構造がベイナイト、マルテンサイトおよびフェライト相の1つまたは複数を含む、請求項9に記載の物品。   The article of claim 9, wherein the microstructure comprises one or more of bainite, martensite and ferrite phases. ギアまたはレースの1つの形である、請求項11に記載の物品。   The article of claim 11, which is in the form of a gear or race. 前記鋼鉄が0.20〜0.32重量%の炭素含有量を有し、浸炭によって表面硬化されている、請求項9に記載の物品。   The article of claim 9, wherein the steel has a carbon content of 0.20 to 0.32 wt% and is surface hardened by carburization. ギアまたはレースの1つの形である、請求項13に記載の物品。   14. The article of claim 13, which is in the form of a gear or race. 前記鋼鉄が約0.33〜0.70重量%の炭素含有量を有し、高周波焼き入れによって表面硬化されている、請求項9に記載の物品。   The article of claim 9, wherein the steel has a carbon content of about 0.33 to 0.70 wt% and is surface hardened by induction hardening. ギアまたはレースの1つの形である、請求項15に記載の物品。   The article of claim 15 which is in the form of a gear or race. 重量%において、C0.15〜0.65%;Mn0.5〜1.75%;S0.010〜0.10% ;Si0.10〜0.70%;Cr0.1〜0.50%;Ni0.01〜1.0%;Mo0.10〜0.50%;Al0.001〜0.07%;V0.001〜0.20%;B0.005〜0.03%;ならびにFe残量に加えて、それぞれ0.05%未満の付随的な添加物および不純物を含むブローチ加工に好適である鋼鉄組成物。   In weight%, C0.15-0.65%; Mn0.5-1.75%; S0.010-0.10%; Si0.10-0.70%; Cr0.1-0.50%; Ni0 0.01-1.0%; Mo0.10-0.50%; Al0.001-0.07%; V0.001-0.20%; B0.005-0.03%; Steel compositions that are suitable for broaching, each containing less than 0.05% of incidental additives and impurities. C0.20〜0.65%;Mn0.7〜1.5%;S0.015〜0.07%;Si0.15〜0.35%;Cr0.03〜0.35%;Ni0.03〜0.25%;Mo0.15〜0.40%;Al0.01〜0.05%;V0.01〜0.10%;およびB0.007〜0.025%を含む、請求項17に記載の鋼鉄。   C0.20 to 0.65%; Mn 0.7 to 1.5%; S 0.015 to 0.07%; Si 0.15 to 0.35%; Cr 0.03 to 0.35%; Ni 0.03 to 0 18. Steel according to claim 17, comprising 0.15 to 0.40% Mo; 0.01 to 0.05% Al; 0.01 to 0.10% V; and 0.007 to 0.025% B. . C0.3〜0.6%;Mn0.80〜1.30%;S0.018〜0.030%;Si0.20〜0.30%;Cr0.05〜0.25%;Ni0.05〜0.20%;Mo0.20〜0.30%;Al0.015〜0.04%;V0.01〜0.03%;およびB0.010〜0.02%を含む、請求項17に記載の鋼鉄。   C 0.3 to 0.6%; Mn 0.80 to 1.30%; S 0.018 to 0.030%; Si 0.20 to 0.30%; Cr 0.05 to 0.25%; Ni 0.05 to 0 18. Steel according to claim 17 comprising 20%; Mo 0.20-0.30%; Al 0.015-0.04%; V 0.01-0.03%; and B0.010-0.02%. . C0.3〜0.6%および通常:Mn1.0%;S0.025% ;Si0.25%;Cr0.1%;Ni0.1%;Mo0.25%;Al0.03%;V0.001%;およびB0.015を含む、請求項17に記載の鋼鉄。   C 0.3-0.6% and normal: Mn 1.0%; S 0.025%; Si 0.25%; Cr 0.1%; Ni 0.1%; Mo 0.25%; Al 0.03%; V 0.001% 18. The steel of claim 17 comprising B0.015. ベイナイト、マルテンサイトおよび/またはフェライトを含み、実質的にパーライトを含まないミクロ構造を有し、浸炭または高周波焼き入れの1つによる表面硬化に好適である熱加工された、または焼きならしされた状態の1つである、請求項17に記載の鋼鉄。   Thermally processed or normalized, including bainite, martensite and / or ferrite, having a microstructure that is substantially free of pearlite and suitable for surface hardening by one of carburizing or induction hardening 18. Steel according to claim 17, which is one of the states. ブローチ加工およびその後の浸炭または高周波焼き入れの1つによる表面硬化にかけられる加工物材料の製造方法であって、
(a)鋼鉄を供給する工程と;
(b)前記鋼鉄を合金改質、オンライン熱処理およびオフライン熱処理を含む1つまたは複数の処理にかけて、それによりブローチ加工前に実質的にパーライトを含まないミクロ構造および150〜250BHNの硬度を有する鋼鉄を与える工程と
を含む方法。
A process for producing a workpiece material that is subjected to surface hardening by one of broaching and subsequent carburizing or induction hardening,
(A) supplying steel;
(B) subjecting the steel to one or more treatments including alloy modification, on-line heat treatment and off-line heat treatment, thereby providing a steel having a microstructure substantially free of pearlite and a hardness of 150-250 BHN prior to broaching; Providing.
合金改質処理が、鋼鉄におけるパーライトの形成を抑制するために1つまたは複数の合金元素を鋼鉄に加えることを含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the alloy modification treatment includes adding one or more alloying elements to the steel to inhibit pearlite formation in the steel. パーライトの形成を抑制するためにMoが鋼鉄に0.15〜0.40重量%の量で添加される、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein Mo is added to the steel in an amount of 0.15-0.40% by weight to suppress pearlite formation. オンライン熱処理が、ベイナイト、マルテンサイトおよび/またはフェライトを含む、ミクロ構造を生成するためにオーステナイト化の工程および割り込みの焼き入れ工程を含む請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the on-line heat treatment comprises an austenitizing step and an interrupted quenching step to produce a microstructure comprising bainite, martensite and / or ferrite. 焼き入れ工程後に焼き戻し工程を含む、請求項25に記載の方法。   26. The method of claim 25, comprising a tempering step after the quenching step. 焼き戻し工程が、1100°F〜1340°F(593℃〜727℃)の温度で1〜4時間行われる、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein the tempering step is performed at a temperature of 1100 <0> F to 1340 <0> F (593 [deg.] C to 727 [deg.] C) for 1 to 4 hours. オフライン熱処理が、焼きならし、焼きならしおよび焼き戻し、ならびにオーステナイト化、焼き入れおよび焼き戻しの1つを含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the off-line heat treatment comprises one of normalizing, normalizing and tempering, and austenitizing, quenching and tempering. 鋼鉄が、ベイナイトおよびフェライトを含むミクロ構造を生成させるために焼きならしされるか、または、焼きならしおよび焼き戻しされるかの1つである、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein the steel is one of being normalized to produce a microstructure comprising bainite and ferrite, or normalized and tempered. 鋼鉄が、焼き戻しされたマルテンサイトを含むミクロ構造を生成させるためにオーステナイト化され、焼き入れされ、かつ焼き戻しされる、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein the steel is austenitized, quenched and tempered to produce a microstructure comprising tempered martensite. オフライン熱処理における焼き戻しが、1200°F〜1340°F(649℃〜727℃)で1〜4時間行われる、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein the tempering in the off-line heat treatment is performed at 1200 [deg.] F to 1340 [deg.] F (649 [deg.] C to 727 [deg.] C) for 1 to 4 hours. 鋼鉄を、動力伝達系ギアおよびレースをブローチ加工するための加工物を与えるために熱間圧延された管状形状に形成する工程を含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, comprising forming the steel into a tubular shape that is hot rolled to provide a workpiece for broaching the power transmission system gear and race. 前記鋼鉄が、前記処理の少なくとも2つにかけられる、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the steel is subjected to at least two of the treatments. (a)C約0.15〜0.80重量%の炭素含有量を有する溶融された鋼鉄を供給し、溶融された鋼鉄をパーライト相の形成を抑制するために合金改質処理に場合によりかける工程と;
(b)前記鋼鉄をパーライト相の形成を抑制するためのオンライン熱処理およびオフライン熱処理を含む1つまたは複数の処理にかける工程と;
(c)実質的にパーライトを含まないミクロ構造および150〜250BHNの硬度を有するブローチ加工のための鋼鉄加工物を与える工程と;
(d)前記鋼鉄加工物をブローチ加工して、ブローチ加工された動力伝達系構成要素を形成する工程と;
(e)浸炭または高周波焼き入れの1つを選択することによってブローチ加工された動力伝達系構成要素を表面硬化する工程と
を含む動力伝達系構成要素の製造方法。
(A) supplying molten steel having a carbon content of about 0.15 to 0.80 wt% C and optionally subjecting the molten steel to an alloy modification treatment to inhibit the formation of a pearlite phase; Process and;
(B) subjecting the steel to one or more treatments including on-line heat treatment and off-line heat treatment to inhibit the formation of pearlite phase;
(C) providing a steel workpiece for broaching having a microstructure substantially free of pearlite and a hardness of 150-250 BHN;
(D) broaching the steel workpiece to form a broached power transmission component;
(E) A method of manufacturing a power transmission system component including a step of surface hardening a power transmission system component that has been broached by selecting one of carburization or induction hardening.
鋼鉄が、C0.2〜約0.32重量%を含み、選択された表面硬化工程が浸炭である、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the steel comprises from 0.2 to about 0.32 wt% C and the selected surface hardening step is carburization. 鋼鉄が、C0.32重量%を超えてC0.65重量%までを含み、選択された表面硬化工程が高周波焼き入れである、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the steel comprises greater than C0.32 wt% to C0.65 wt%, and the selected surface hardening step is induction hardening. 工程(a)における任意の合金改質処理が、溶融された鋼鉄へMo0.10〜0.50重量%を加えることを含む、請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein the optional alloy modification treatment in step (a) comprises adding 0.10 to 0.50 wt% Mo to the molten steel. (a)C約0.15〜0.80重量%の炭素含有量を有する溶融された鋼鉄を供給する工程と;
(b)溶融された鋼鉄をパーライト相の形成を抑制するために合金改質処理にかける工程と;
(c)鋼鉄をパーライト相の形成を抑制するためにオンライン熱処理およびオフライン熱処理の1つまたは複数にかけ、実質的にパーライトを含まないミクロ構造を有するブローチ加工のための加工物を与える工程と;
(d)前記加工物をブローチ加工して、ブローチ加工された動力伝達系構成要素を形成する工程と;
(e)ブローチ加工された動力伝達系構成要素を浸炭、窒化または高周波焼き入れの1つによって表面硬化する工程と
を含む動力伝達系構成要素の製造方法。
(A) supplying molten steel having a carbon content of about 0.15 to 0.80 wt% C;
(B) subjecting the molten steel to an alloy modification treatment to inhibit the formation of a pearlite phase;
(C) subjecting the steel to one or more of an on-line heat treatment and an off-line heat treatment to inhibit the formation of a pearlite phase to provide a workpiece for broaching having a microstructure that is substantially free of pearlite;
(D) broaching the workpiece to form a broached power transmission component;
(E) A method of manufacturing a power transmission system component including a step of surface hardening the broached power transmission system component by one of carburizing, nitriding, or induction hardening.
鋼鉄がC0.2〜約0.32重量%を含み、表面硬化工程が浸炭または窒化の1つである、請求項38に記載の方法。   40. The method of claim 38, wherein the steel comprises 0.2 to about 0.32 wt% C and the surface hardening step is one of carburizing or nitriding. 鋼鉄がC0.35〜0.65重量%を含み、選択された表面硬化工程が高周波焼き入れである、請求項38に記載の方法。   39. The method of claim 38, wherein the steel comprises C0.35-0.65% by weight and the selected surface hardening step is induction hardening.
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