JP2003321711A - 結晶粒度特性に優れた浸炭用鋼を素材としたギアの製造方法 - Google Patents

結晶粒度特性に優れた浸炭用鋼を素材としたギアの製造方法

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JP2003321711A
JP2003321711A JP2002127815A JP2002127815A JP2003321711A JP 2003321711 A JP2003321711 A JP 2003321711A JP 2002127815 A JP2002127815 A JP 2002127815A JP 2002127815 A JP2002127815 A JP 2002127815A JP 2003321711 A JP2003321711 A JP 2003321711A
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steel
gear
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carburization
heating
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Misaki Nagao
実佐樹 長尾
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 肌焼きボロン鋼の特性を最も発揮させるギア
の製造方法であって、ギア加工後の浸炭時において混粒
を発生することのない肌焼きボロン鋼素材のギアの製造
方法を提供することである。 【解決手段】 質量%で、C:0.10〜0.25%、
Si:0.03〜0.35%、Mn:2.0%以下、C
r:0.15〜2.00%、B:0.0005〜0.0
05%、Ti:0.08〜0.2%、N:0.015%
以下、Al:0.005〜0.05%を含有し、残部が
Fe及び不可避不純物からなるブルーム又は鋼塊を、1
200℃望ましくは1250℃以上に加熱し、鋼片圧延
して空冷後、800〜1050℃に加熱後に棒鋼線材圧
延し、さらに熱間鍛造を含めた一連のギアへの加工工程
の熱履歴において800〜1050℃の温度域に再熱す
ることを特徴とする浸炭時のオーステナイト結晶粒度特
性に優れたギアの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、肌焼きボロン鋼を
素材とし、浸炭時のオーステナイト結晶粒度特性に優れ
たギアの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開平10−130777号公報に開示
されるようにSi、Mnを低減し、冷間加工性を上げ、
Si、Mn低減による焼入れ性の低下を補うため、Bを
添加し、さらに結晶粒度特性を上げるため、Tiを添加
した冷間加工用肌焼き鋼が発明されている。しかし、そ
の鋼種を冷間鍛造後に焼ならしの入らない熱間鍛造−冷
間鍛造(歯出し)という工程で製造するギアに適用する
と、熱間鍛造時にTi炭化物、Tiを含有する複合炭化
物、Ti窒化物が成長し、浸炭時のオーステナイト結晶
粒度の粗大化を抑制できなくなり、冷間鍛造が行われ歪
みが生じた部分に混粒が発生し、熱処理歪みが生じる。
この工程においても良好な結晶粒度特性を保つには、熱
間鍛造時にTi炭化物、Tiを含有する複合炭化物、T
i窒化物の成長を押さえる必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱間鍛造−
冷間鍛造という工程において、肌焼きボロン鋼の特性を
最も発揮させるためのギア製造方法を提供することであ
る。すなわちギア加工後の浸炭時において、結晶粒度特
性に優れた肌焼きボロン鋼素材のギア製造方法を提供す
ることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めのこの発明の手段は、請求項1の発明では、質量%
で、C:0.10〜0.25%、Si:0.03〜0.
35%、Mn:2.0%以下、Cr:0.15〜2.0
0%、B:0.0005〜0.005%、Ti:0.0
8〜0.2%、N:0.015%以下、Al:0.00
5〜0.05%を含有し、残部がFe及び不可避不純物
からなるブルーム又は鋼塊を、1200℃望ましくは1
250℃以上に加熱し、鋼片圧延して空冷後、800〜
1050℃に加熱後に棒鋼線材圧延し、さらに熱間鍛造
を含めた一連のギアへの加工工程の熱履歴において80
0〜1050℃の温度域に再熱することを特徴とする浸
炭時のオーステナイト結晶粒度特性に優れたギアの製造
方法である。
【0005】請求項2の発明では、質量%で、C:0.
10〜0.25%、Si:0.03〜0.35%、M
n:2.0%以下、Cr:0.15〜2.00%、B:
0.0005〜0.005%、Ti:0.08〜0.2
%、N:0.015%以下、Al:0.005〜0.0
5%、及びMo:0.03〜1.0%を含有し、残部が
Fe及び不可避不純物からなるブルーム又は鋼塊を、1
200℃望ましくは1250℃以上に加熱し、鋼片圧延
して空冷後、800〜1050℃に加熱後に棒鋼線材圧
延し、さらに熱間鍛造を含めた一連のギアへの加工工程
の熱履歴において、800〜1050℃の温度域に再熱
することを特徴とする浸炭時のオーステナイト結晶粒度
特性に優れたギアの製造方法である。
【0006】本発明は、上記のように肌焼きボロン鋼を
素材とし、Ti炭化物、Tiを含有する複合炭化物、T
i窒化物を微細に析出させることによって浸炭時のオー
ステナイト結晶粒度の粗大化が抑制され、混粒の発生し
ないギアの製造方法に関するものであり、1200℃望
ましくは1250℃以上に加熱し、鋼片圧延〜空冷後、
800〜1050℃に加熱後棒鋼線材圧延し、さらに熱
間鍛造を含めた一連のギアへの加工工程の熱履歴におい
て、800〜1050℃の温度域に再熱するものであ
る。
【0007】本発明における鋼の組成割合の限定理由を
述べる。以下は質量%を示す。
【0008】C:Cは機械構造用部品として浸炭処理後
の芯部強度を確保するために必要な元素であり、0.1
0%未満ではその効果が十分に得られず、反対に0.2
5%を超えると芯部の靭性を低下させる。そのため含有
量を0.10〜0.25%とした。
【0009】Si:Siは0.03%未満では脱酸効果
が十分に得られず過剰に含有させると加工性を低下させ
るとともに浸炭時の粒界酸化層の形成を助長し疲労特性
についても低下させるため上限を0.35%とした。
【0010】Mn:Mnは焼入れ性を確保するのに必要
な元素であるが、2.0%を超えると加工性を低下させ
る。そのため含有量を2.0%以下とした。
【0011】B:Bは極微量な添加によって鋼の焼入れ
性を著しく向上させる元素であるが、0.0005%未
満ではその効果は十分ではなく、0.005%を超える
と逆に焼入れ性を低下させる。そのため含有量を0.0
005〜0.005%とした。
【0012】Ti:Tiは鋼中のFree−Nを固定
し、Bの焼入れ性への効果を向上させるとともにTi炭
化物、Tiを含有する複合炭化物、Ti窒化物を微細に
析出させることによって浸炭時のオーステナイト結晶粒
度の粗大化が抑制するために必要な元素であり、0.0
8%未満ではその効果は十分ではなく、0.2%を超え
ると析出物の量が過剰となり加工性を低下させる。その
ため含有量を0.08〜0.2%とした。
【0013】N: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。そのため
含有量を0.015%以下とした。
【0014】Cr:Crは焼入れ性、靭性、疲労寿命の
向上に効果のある元素で、少なすぎると効果がなく、多
すぎると効果は飽和する。そのため含有量をCr:0.
15〜2.0%とする。。
【0015】Al:Alは脱酸材として使用される元素
であり、0.005%未満ではその効果が十分ではな
く、0.05%を超えるとアルミナ系酸化物が増加し疲
労特性、加工性を低下させる。そのため含有量を0.0
05〜0.05%とした
【0016】本発明による製造方法は、上記の化学成分
を含有する請求項1または2に係る鋼あるいはさらにそ
れらの化学成分に任意添加元素を加えた鋼を対象とし、
混粒の発生しないギアを製造するために、ブルーム又は
鋼塊を1200℃望ましくは1250℃以上に加熱し、
鋼片圧延〜空冷後、800〜1050℃に加熱後棒鋼線
材圧延し、さらに熱間鍛造を含めた一連のギアへの加工
工程の熱履歴において、800〜1050℃の温度域に
再熱するものである。
【0017】1200℃望ましくは1250℃以上に加
熱して、鋼片圧延して空冷する理由は、棒鋼線材圧延時
の加熱前段階でTi炭化物、Tiを含有する複合炭化
物、Ti窒化物を固溶させておくためである。1200
℃未満の加熱ではTi炭化物、Tiを含有する複合炭化
物、Ti窒化物の固溶が不十分である。Ti炭化物、T
iを含有する複合炭化物、Ti窒化物が微細に析出して
いる状態から800〜1050℃に加熱後棒鋼線材圧延
し、さらに熱間鍛造を含めた一連のギアへの加工工程の
熱履歴において800〜1050℃に加熱して熱間鍛造
し、その後冷間鍛造することで、浸炭時に混粒の発生し
ないギアを製造するものである。
【0018】棒鋼線材圧延時あるいは熱間鍛造時の加熱
温度は、1050℃を超えると、微細析出物の成長がお
こり、浸炭時のオーステナイト結晶粒度特性を低下させ
る。また、1200℃以上では粒度特性は回復するが、
棒鋼線材圧延、鍛造後にベイナイト組織になりやすくな
り加工性を低下させる。そのため、棒鋼線材圧延時、熱
間鍛造時の加熱温度を800〜1050℃とした。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下の実施
例を通じて説明する。先ず、実施の形態における鋼組成
および比較例における鋼組成を表1のNo.1〜No.
6に示す。
【0020】
【表1】
【0021】No.1、No.2、No.3は本発明に
おける鋼、No.4、No.5、No.6は比較例にお
けるSCM鋼(Ti:不可避不純物量、B:無し)であ
る。No.1、No.2、No.3におけるMoは不可
避不純物として含有されるものである。これらのブルー
ム又は鋼塊を用い、1250℃の温度で鋼片圧延して空
冷し、これを加熱炉で1050℃で抽出し、950℃で
圧延終止する条件で棒鋼線材に圧延した後、実際に再熱
して熱間鍛造でギアに加工を行い、混粒発生の有無を調
査した。ギア加工時の熱間鍛造加熱温度は実施例の表2
に示す。
【0022】
【実施例】表1に示す化学成分の肌焼き鋼を電気溶解炉
で溶製し、それぞれ1250℃に加熱し鋼片圧延〜空冷
を行い、加熱炉で1050℃で抽出し、圧延終止温度を
950℃にして圧延した。
【0023】
【表2】
【0024】それを表2に示す温度に加熱後熱間鍛造を
行い、歯出し冷鍛後、950℃で浸炭し、オーステナイ
ト結晶粒度特性を調べた。JIS G0551により混
粒発生有無を判定した結果を表3に示す。
【0025】
【表3】
【0026】表3のNo.4、No.5、No.6に示
すように、比較例のSCM鋼(Ti:不可避不純物量、
B:無し)は、熱間加熱時の加熱温度に関わらず、混粒
が発生している。これに対し、本発明の成分範囲の鋼
は、表3のNo.3に示すように、熱間鍛造時の加熱温
度が1150℃の時は混粒が発生しているが、No.1
に示すように熱間鍛造時の加熱温度が900℃の時およ
びNo.2に示すように熱間鍛造時の加熱温度が105
0℃の時は、混粒が発生せず優れた結晶粒度特性が得ら
れている。以上のように、本発明の成分範囲を満たして
いる鋼は、熱間鍛造時の加熱温度を制限することで、結
晶粒度特性に優れたギアを製造することが可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、Tiを添加しBを
含有する肌焼きボロン鋼を素材として、本発明方法によ
り製造したギアは、鋼中に微細に析出した化合物が、浸
炭時のオーステナイト結晶粒度の成長を抑制し、混粒が
発生せず、熱処理歪みが少なく、破損しにくいなど、優
れた特性が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/38 C22C 38/38 Fターム(参考) 3J030 BC02 BC03 BC06 4E087 AA01 BA02 BA17 CB01 DB15 HA01 4K032 AA01 AA02 AA05 AA11 AA12 AA16 AA19 AA21 AA31 AA35 BA02 CA03 CF03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C:0.10〜0.25%、
    Si:0.03〜0.35%、Mn:2.0%以下、C
    r:0.15〜2.00%、B:0.0005〜0.0
    05%、Ti:0.08〜0.2%、N:0.015%
    以下、Al:0.005〜0.05%を含有し、残部が
    Fe及び不可避不純物からなるブルーム又は鋼塊を、1
    200℃以上に加熱し、鋼片圧延して空冷後、800〜
    1050℃に加熱後に棒鋼線材圧延し、さらに熱間鍛造
    を含めた一連のギアへの加工工程の熱履歴において80
    0〜1050℃の温度域に再熱することを特徴とする浸
    炭時のオーステナイト結晶粒度特性に優れたギアの製造
    方法。
  2. 【請求項2】 質量%で、C:0.10〜0.25%、
    Si:0.03〜0.35%、Mn:2.0%以下、C
    r:0.15〜2.00%、B:0.0005〜0.0
    05%、Ti:0.08〜0.2%、N:0.015%
    以下、Al:0.005〜0.05%、及びMo:0.
    03〜1.0%を含有し、残部がFe及び不可避不純物
    からなるブルーム又は鋼塊を、1200℃以上に加熱
    し、鋼片圧延して空冷後、800〜1050℃に加熱後
    に棒鋼線材圧延し、さらに熱間鍛造を含めた一連のギア
    への加工工程の熱履歴において、800〜1050℃の
    温度域に再熱することを特徴とする浸炭時のオーステナ
    イト結晶粒度特性に優れたギアの製造方法。
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