JP2001131688A - 熱処理改善のための空気焼入れ低ないし中炭素鋼 - Google Patents

熱処理改善のための空気焼入れ低ないし中炭素鋼

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    • C23C8/32Carbo-nitriding of ferrous surfaces

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気焼入れおよび焼戻しを行って、原価効率
のより高いやり方で所望の特性を得ることができ、か
つ、浸炭などの表面修正処理に必要な時間を減らすため
の機会を与える低ないし中炭素鋼を提供することを目的
とする。 【解決手段】 焼入れ・焼戻し、誘導加熱焼入れ、浸
炭、浸炭窒化または窒化等の熱処理の一部として空気焼
入れを施されるべき鋼において、下記の成分を重量%で
含有する鋼。 C 0.10〜0.55 Si 0.97〜2.03 Mn 1.14〜1.83 Cr 0〜1.65 Mo 0.36〜0.58 Feおよび不純物 残余

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼製部品生産にお
ける浸炭、焼入れ・焼戻し、浸炭窒化(carbonitridin
g)、浸炭窒化(nitrocarburisation)、窒化あるいは
誘導加熱焼入れ等の熱処理工程での使用に適する低ない
し中炭素空気焼入れ鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】要求が厳しい用途における使用を目的に
した非常に多くの部品が、同じ製造方法で作られてい
る。最初に、管材、棒材あるいはリングが、熱間圧延に
よって作り出され、あるいは、部品素材が、熱間鍛造に
より作り出される。これらの処理は、その後に、部品に
至る軟質状態(焼入れ前状態)での成形(soft formin
g)が続くか、あるいは、浸炭あるいは焼入れ・焼戻し
作業等の表面特性修正処理が続く。また、場合によって
は、部品素材の焼入れ・焼戻しを行い、かつ、部品の付
形を焼入れ段階で行う。
【0003】浸炭等の表面特性修正処理は、複雑、高価
で、時間が掛かるが、基材の炭素含有量を増大させる
と、浸炭時間を相当に減らすことができることが知られ
ている。表面修正処理と焼入れ・焼戻しに共通している
のは、硬化作業を行って、部品に良好な強さ、高い耐摩
耗性、使用時の良好な熱安定性および高い耐疲労性を付
与することである。
【0004】今日の硬化作業は、素材または部品を流体
媒体(油または塩である場合が最も多い)中で、高い冷
却エネルギーにより急冷して行い、所望の硬さおよび特
性を得る。しかし、高い急冷速度は、歪みの点で大きな
問題を生じ、その解決のため、部品の生産コストが相当
に増大することになる。
【0005】また、使用される急冷媒体は、環境的に有
害であり、正しく使用するには、大規模な保守が必要で
あり、衛生上危険であり、火災の危険が有り、かつ、高
価である。これに取って替わるものとしては、高圧のガ
ス冷却による標準の急冷処理が、成功であったが、その
成功は、油浴または塩浴に及ばず、それは、急冷エネル
ギーの点で、ガスと油浴または塩浴との間に大きな差が
あるからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、空気
焼入れおよび焼戻しを行って、原価効率のより高いやり
方で所望の特性を得ることができ、かつ、浸炭などの表
面修正処理に必要な時間を減らすための機会を与える低
ないし中炭素鋼を提供することである。本発明を用いれ
ば、環境問題および焼入れ歪み等についての他の幾つか
の利点も得られる。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】この目的
および他の目的は、下記の成分(単位は重量%)を含む
本発明の鋼により、成し遂げられる。
【0008】 C 0.10〜0.55 Si 0.97〜2.03 Mn 1.14〜1.83 Cr 0〜1.65 Mo 0.36〜0.58 Feおよび不純物 残余 このような組成を有する鋼は、今日、構造用部材として
使用されているマイクロ合金化鋼および同様の鋼に比べ
て、特性が向上し、かつ、コストが同様である構造用鋼
としても使用可能である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、今日の普通の処理経路およ
び製品の特性と、本発明の処理経路および得られる特性
を、各種の応用例について比較することにより、本発明
を説明する。
【0010】肌焼き 今日、炭素含有量が約 0.2% の鋼(SAE 8620 が代表
的)が選ばれ、ホットフォーミングによって素材(棒
材、鍛造材、管材等)を製造した後、軟質状態での成形
(soft forming)により、部品を製作する。これら部品
は、次いで、浸炭して、約 0.8% の炭素を有する表面層
を得る。浸炭後、部品は、オーステナイト化温度まで加
熱して焼入れし、次いで、油浴または塩浴で急冷する。
【0011】本発明では、部品は、上例のように浸炭さ
れるが、浸炭の時間は、基材の炭素含有量を増大した鋼
を選択することによって、短縮できる。これは、必要な
浸炭時間を相当に短縮することになる。
【0012】本発明による鋼は、炭素含有量とは無関係
に、空気中で徐冷あるいは、必要なら、強制空気または
冷却ガス流で補助して、浸炭温度から直接焼入れ可能で
ある。
【0013】図1は、従来の処理経路と本発明による鋼
を用いる場合を、代表的な実施例で比較したものであ
る。図2は、本発明による鋼の浸炭において達成可能な
時間短縮を、選択した基材の炭素含有量を横軸に取って
示すものである。
【0014】焼入れ・焼戻し 今日、焼入れ・焼戻しは、部品の素材(棒材、鍛造材、
管材等)あるいは軟質状態(焼入れ前状態)で機械加工
した(soft machined)部品のいずれかに対して行われ
る。焼入れ・焼戻し作業は、一般に、オーステナイト化
温度までの加熱、油浴または塩浴での急冷、およびその
後の、所望の部品特性が得られるよう調整された温度で
の焼戻しを含む。
【0015】本発明では、焼入れ・焼戻しは、鋼をホッ
トフォーミング(鍛造あるいは圧延)温度から直接空気
焼入れすることによって、あるいは、機械加工された部
品の場合は、オーステナイト化作業の後で空気焼入れす
ることによって、成し遂げることができる。この両方の
場合とも、空気焼入れに続いて、所望の特性を得るのに
必要な温度で、焼戻しを行う。
【0016】空気焼入れを成形(鍛造あるいは圧延)温
度から行う場合は、高価で時間を喰うオーステナイト化
処理は、完全に回避できる。空気焼入れには、上記のコ
スト、環境および衛生面での利点があり、加えて、焼戻
し処理につきものの歪みの問題は、避けることができ
る。
【0017】機械加工された部品を焼入れ・焼戻しする
場合も、利点はやはり、コスト、環境、衛生上のそれで
あり、また、歪みの問題が相当に減ることである。
【0018】図3は、鍛造材、棒材、管材等の部品素材
についての従来の焼入れ・焼戻しの処理経路および本発
明による鋼についての対応する経路を示す。
【0019】例:下掲の表の組成を持つ鋼を評価した。 ディラトメータ評価および実際の試験によって、800℃
と500℃の間(t800/500)の温度範囲内の冷却速度と、結
果として生ずる硬さの間の関係を求めた(図4)。評価
は、直径が60 mm までの中実棒材は、静止空気中で冷却
した場合、フルマルテンサイト硬さまで無心焼入れされ
ることを示している。
【0020】このような空気焼入れされた試料(1100℃
の鍛造温度から静止空気冷却によって空気焼入れされた
試料)について、異なる温度で焼戻しされた場合に達成
される硬さの関数としての、常温衝撃強さを求めた(図
5)。
【0021】この例は、空気焼入れは、大きな強さと相
当な靱性を組み合わせることができることを示してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鋼の処理経路を従来の鋼と比較しつつ
示す図である。
【図2】本発明の鋼の浸炭における時間短縮を示す図で
ある。
【図3】本発明の鋼による部品素材の焼入れ・焼戻しの
処理経路を従来の鋼と比較しつつ示す図である。
【図4】本発明の鋼についての冷却速度と硬さとの関係
を示す図である。
【図5】本発明の鋼についての焼入れ温度と常温衝撃強
さとの関係を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼入れ・焼戻し、誘導加熱焼入れ、浸
    炭、浸炭窒化または窒化等の熱処理の一部として空気焼
    入れを施されるべき鋼において、下記の成分を重量%で
    含有する鋼。 C 0.10〜0.55 Si 0.97〜2.03 Mn 1.14〜1.83 Cr 0〜1.65 Mo 0.36〜0.58 Feおよび不純物 残余
  2. 【請求項2】 浸炭、浸炭窒化または窒化等の熱処理の
    一部として空気焼入れを施されるべき鋼において、下記
    の成分を重量%で含有する鋼。 C 0.10〜0.30 Si 0.97〜2.03 Mn 1.14〜1.83 Cr 0〜1.65 Mo 0.36〜0.58 Feおよび不純物 残余
  3. 【請求項3】 焼入れ・焼戻し、誘導加熱焼入れ、浸
    炭、浸炭窒化または窒化等の熱処理の一部として空気焼
    入れを施されるべき鋼において、下記の成分を重量%で
    含有する鋼。 C 0.31〜0.55 Si 0.97〜2.03 Mn 1.14〜1.83 Cr 0〜1.65 Mo 0.36〜0.58 Feおよび不純物 残余
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