JP2002194482A - 高周波焼入れ用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた高周波焼
入れ用鋼を提供する。 【解決手段】 合金元素の含有量が、質量％でＣ：０．
３０〜０．５０％、Ｓｉ：０．３０〜１．５０％、Ｍ
ｎ：０．３０〜１．５０％、残部がＦｅおよび不可避不
純物からなり、耐摩耗性および図４に示す耐ピッチング
寿命に優れた部品に適用される高周波焼入れ用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、耐ピッ
チング性に優れた高硬度部品を得る高周波焼入れ用鋼に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで自動車のステアリング部品やシ
ャフト等には、ＪＩＳ ＳＣＭ４４０、Ｓ４５Ｃに代表
される中炭鋼が用いられていた。ところが近年、ステア
リングなどにかかる荷重が大きくなってきているため、
耐摩耗性、耐ピッチング性への要求はますます高まりつ
つある。特に使用中に高温環境となる場合には、焼戻し
により表面の硬度が減少するため、高温での耐摩耗性、
耐ピッチング性が必要となってきているが、その要求は
達成されていないのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情を背景としてなされたもので、本発明の目的とす
るところは、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた高周波
焼入れ用鋼を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】耐摩耗性、耐ピッチング
性を向上させるには、焼戻し軟化抵抗を向上させること
が効果的である。そのために、焼戻し軟化抵抗を向上さ
せると言われているＳｉをＪＩＳ ＳＣＭ４４０、Ｓ４
５Ｃよりも増量添加することにより、ＪＩＳ鋼と同一の
高周波焼入れ条件で処理した場合に、焼戻し軟化抵抗を
ＪＩＳ鋼よりも向上させることが可能で、耐摩耗性、耐
ピッチング性が大きく改善されることを見出して本願の
発明を得た。

【０００５】すなわち、上記の課題を解決するための本
発明の手段は、請求項１の発明では、合金元素の含有量
が、質量％でＣ：０．３０〜０．５０％、Ｓｉ：０．３
０〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、残部が
Ｆｅおよび不可避不純物からなり、耐摩耗性、耐ピッチ
ング性に優れた部品に適用される高周波焼入れ用鋼であ
る。

【０００６】請求項２の発明では、請求項１の手段の合
金元素に加えて、質量％で、Ｎｉ：０．０３〜３．００
％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ｍｏ：０．０１〜
１．５０％の中から選択した１種または２種以上を含有
する、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた部品に適用さ
れる高周波焼入れ用鋼である。

【０００７】請求項３の発明では、請求項１または２の
手段の合金元素に加えて、質量％で、Ｖ：０．０５〜
０．５０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ｔ
ｉ：０．０２〜０．０５％、Ｎｂ：０．００５〜０．２
００％の中から選択した１種または２種以上を含有す
る、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた部品に適用され
る高周波焼入れ用鋼である。

【０００８】請求項４の発明では、請求項１〜３のいず
れか１項の手段の合金元素に加えて、質量％で、Ａｌ：
０．００５〜０．０５０％、Ｎ：≦０．０１５％を含有
する、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた部品に適用さ
れる高周波焼入れ用鋼である。

【０００９】請求項５の発明では、請求項〜４のいずれ
か１項の手段の合金元素に加えて、質量%で、Ｓ：０．
００３〜０．０２０％、Ｐｂ：０．０３〜０．２０％、
Ｂｉ：０．０３〜０．１５％、Ｃａ：０．０００３〜
０．００５０％の中から選択した１種または２種以上を
含有する、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた部品に適
用される高周波焼入れ用鋼である。

【００１０】請求項６の発明では、高周波焼入れ処理
後、３００℃で焼戻しをした際のビッカース硬さが５０
０ＨＶ以上である請求項１〜５のいずれか１項の手段に
おける、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた部品に適用
される高周波焼入れ用鋼を提供するものである。

【００１１】以下に本発明における合金元素の限定理由
を説明する。なお、％は質量％で示す。

【００１２】Ｃ:０．３０〜０．５０％ Ｃは鋼の強度を確保する上で必須の元素であり、その含
有量が高周波焼入れ後の硬さを決定する。そこで本発明
では、Ｃ含有量の下限を０．３０％とし、硬さを確保し
ている。しかし、その含有量が多すぎると靭性の劣化や
被削性を低下させるなどの弊害をもたらすので、上限を
０．５０％とする。

【００１３】Ｓｉ:０．３０〜１．５０％ Ｓｉは本発明において重要な役割を持つ元素であって、
マトリックス中に固溶し、パーライト変態を抑制するこ
とにより焼戻し軟化特性を向上させる。その含有量が
０．３０％未満の場合はその効果が十分には得られず、
多すぎると靭性や被削性を低下させるので上限を１．５
０％とする。

【００１４】Ｍｎ:０．３０〜１．５０％ Ｍｎは鋼の熱間加工性を高め、焼入性を確保する。その
含有量が０．３０％未満の場合はその効果が十分には得
られず、多すぎると被削性や冷鍛性を劣化させるので上
限を１．５０％とする。

【００１５】Ｎｉ:０．０３〜３．００％ Ｎｉは焼入性を向上させて結晶粒内の強度を増加させ
る。その含有量が０．０３％未満の場合はその効果が十
分には得られず、多すぎるとＰの粒界偏析を助長するの
で上限を３．００％とする。

【００１６】Ｃｒ:０．０５〜０．３０％ Ｃｒは焼入性の向上に寄与する。その含有量が０．０５
％未満の場合はその効果が十分には得られず、多すぎる
と球状化焼鈍時に炭化物中への濃縮が起こり、高周波焼
入れ時に炭化物が残留し、均一な焼入れ硬さが得られな
いので上限を０．３０％とする。

【００１７】Ｍｏ:０．０１〜１．５０％ Ｍｏは焼入性の向上に寄与する。その含有量が０．０１
％未満の場合はその効果が十分には得られず、多すぎる
と加工性を劣化させるので上限を１．５０％とする。

【００１８】Ｖ:０．０５〜０．５０％ Ｖは結晶粒微細化に寄与して靭性を向上させる。その含
有量が０．０５％未満の場合はその効果が十分には得ら
れず、多すぎると機械的性質を劣化させるので上限を
０．５０％とする。

【００１９】Ｂ:０．０００５〜０．００５０％ Ｂは粒界強度を強くし、靭性を向上させ、かつ焼入性を
向上させる元素である。その含有量が０．０００５％未
満の場合はその効果が十分には得られず、多すぎると逆
に焼入性を低下させるので上限を０．００５０％とす
る。

【００２０】Ｔｉ:０．０２〜０．０５％ Ｔｉは鋼中のｆｒｅｅ−Ｎを固定してＢの焼入性への効
果を上げ、かつ靭性を向上させる元素である。その含有
量が０．０２％未満の場合はその効果が十分には得られ
ず、０．０５％を超えても鋼中のＮ量が０．０１５％以
下と規定するために、その効果は飽和するので上限を
０．０５％とする。

【００２１】Ｎｂ:０．００５〜０．２００％ Ｎｂは結晶粒粗大化を抑制し、靭性を向上させる元素で
ある。その含有量が０．００５％未満の場合はその効果
が十分には得られず、多すぎるとフェライト地を炭窒化
物生成により析出硬化するため、変形抵抗を増加させる
ので上限を０．２００％とする。

【００２２】Ａｌ:０．００５〜０．０５０％ Ａｌは脱酸材として必要な元素であり、またＮと結合し
てＡｌＮとなり結晶粒の粗大化を抑制する元素である。
その含有量が０．００５％未満の場合はその効果が十分
には得られず、多すぎるとアルミナ系酸化物が増加して
疲労特性、加工性を低下させるので上限を０．０５０％
とする。

【００２３】Ｎ:≦０．０１５％ Ｎは０．０１５％を超えて含有するとＴｉＮが増加し、
疲労特性に悪影響を及ぼすので上限を０．０１５％とす
る。

【００２４】Ｓ:０．００３〜０．０２０％、Ｐｂ:０．
０３〜０．２０％、Ｂｉ:０．０３〜０．１５％、Ｃａ:
０．０００３％〜０．００５０％ Ｓ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａはいずれも被削性を向上させる元
素である。その含有量が少なすぎる場合にはその効果が
十分には得られず、多すぎると特性に悪影響を及ぼすの
でその範囲を決定する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の鋼につい
て、表１および表２、図１〜４、並びに実施例を通じて
示す。表１において、発明鋼１は請求項１の実施の形
態、発明鋼２は請求項２の実施の形態、発明鋼３は請求
項３の実施の形態、発明鋼４は請求項４の実施の形態、
発明鋼５〜１５は請求項５の実施の形態の鋼を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を１００ｋｇ真空溶
解炉にて溶製した後、１１５０℃で熱間鍛造して直径３
２ｍｍの素材を製造した。次いで、前記各素材に対して
焼ならしを施した後、図１に示すローラーピッチング試
験片１を作成した、このローラーピッチング試験片１
は、中央の大径部の直径が２６ｍｍ、長さが２８ｍｍで
あり、両側の小径部の直径が２２ｍｍ、長さが５１ｍｍ
の寸法を有するものである。そして、各ローラーピッチ
ング試験片１に対して後記する高周波焼入れ処理を施し
た後、ローラーピッチング試験を行った。

【００２８】高周波焼入れ処理は、出力４０ｋＷ、周波
数２００ｋＨｚ、電圧９．５ｋＶ、電流３．２Ａ、コイ
ル移動速度７ｍｍ／ｓｅｃの条件で実施し、１８０℃で
焼戻し処理を行った。

【００２９】ここで、ローラーピッチング試験の原理を
図２に示す。すなわち、ローラーピッチング試験片１
（小ローラー：材質は表１の鋼）と相手材２（大ローラ
ー：ＪＩＳ ＳＣＭ４２０相当）とを３４０ｋｇｆ／ｍ
ｍ²すなわち、３３３４Ｎ／ｍｍ²の面圧下で高速回転さ
せ、ピッチングが発生するまでの寿命である回転数を求
めて耐ピッチング性を評価した。なおこの場合、ローラ
ーピッチング試験片１（小ローラー）と相手材２（大ロ
ーラー）との周速の差、すなわちすべり率は４０％であ
る。そして、各条件についてそれぞれ５本のローラーピ
ッチング試験片１を対象として試験を行った後、ワイブ
ルプロットを行い、５０％破損確率寿命（Ｂ₅₀寿命）を
求めて耐ピッチング性を評価した。さらに表面硬化層断
面の表面から１００μｍ位置における硬さを３００℃の
高温条件下にて測定した。高周波焼入れ材の結果を表２
ならびに図３、４に示す。図３によると、Ｓｉの含有量
を多くするにつれて３００℃での硬さが上がっており、
０．３％以上の添加で５００ＨＶを超えている。なお、
Ｓｉの含有量を１．５％以上にしてもその効果は飽和し
ている。また、図４によると、Ｓｉの含有量を多くする
につれてピッチング寿命Ｂ₅₀は向上しており、含有量を
１．５％以上にするとその効果は飽和している。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明鋼はＳｉを
多量に添加することで、焼戻し軟化抵抗を増加させるこ
とができ、その結果、高温で硬く、さらに耐ピッチング
性に優れた特性を有する部品に適用できる高周波焼入れ
用鋼である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ローラーピッチング試験片１の概略を示す側面
図である。

【図２】ローラーピッチング試験の原理を示す斜視図で
ある。

【図３】Ｓｉ量と３００℃での硬さとの関係を示すグラ
フである。

【図４】Ｓｉ量とピッチング寿命との関係で、高周波焼
入れ材のローラーピッチング試験結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ ローラーピッチング試験片 ２ 相手材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合金元素の含有量が、質量％で、Ｃ：
   ０．３０〜０．５０％、Ｓｉ：０．３０〜１．５０％、
   Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、残部がＦｅおよび不可避
   不純物からなり、耐摩耗性、耐ピッチング性に優れた部
   品に適用される高周波焼入れ用鋼。
2. 【請求項２】 請求項１記載の合金元素に加えて、質量
   ％で、Ｎｉ：０．０３〜３．００％、Ｃｒ：０．０５〜
   ０．３０％、Ｍｏ：０．０１〜１．５０％の中から選択
   した１種若しくは２種以上を含有する、耐摩耗性、耐ピ
   ッチング性に優れた部品に適用される高周波焼入れ用
   鋼。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の合金元素に加
   えて、質量％で、Ｖ：０．０５〜０．５０％、Ｂ：０．
   ０００５〜０．００５０％、Ｔｉ：０．０２〜０．０５
   ％、Ｎｂ：０．００５〜０．２００％の中から選択した
   １種若しくは２種以上を含有する、耐摩耗性、耐ピッチ
   ング性に優れた部品に適用される高周波焼入れ用鋼。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の合
   金元素に加えて、質量％で、Ａｌ：０．００５〜０．０
   ５０％、Ｎ：≦０．０１５％を含有する、耐摩耗性、耐
   ピッチング性に優れた部品に適用される高周波焼入れ用
   鋼。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の合
   金元素に加えて、質量％で、Ｓ：０．００３〜０．０２
   ０％、Ｐｂ：０．０３〜０．２０％、Ｂｉ：０．０３〜
   ０．１５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％の中
   から選択した１種若しくは２種以上を含有する、耐摩耗
   性、耐ピッチング性に優れた部品に適用される高周波焼
   入れ用鋼。
6. 【請求項６】 高周波焼入れ処理後、３００℃で焼戻し
   をした際のビッカース硬さが５００ＨＶ以上である請求
   項１〜５のいずれか１項に記載の耐摩耗性、耐ピッチン
   グ性に優れた部品に適用される高周波焼入れ用鋼。