JP2007009251A - 窒化処理に適したマトリックスハイス鋼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 C:0.4〜0.7%、Mn:0.1〜0.6%、Cr:3.3〜5.0%、Mo:3.0〜4.6%、Al:0.01〜0.10%、N:0.030%以下、O:0.0030%以下、Si/Mo:0.005〜0.100、V/Mo:0.05〜1.00、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、1080℃以上で焼入れ、500℃以上で焼戻し後、400〜600℃で窒化した時の母材硬さが55HRC以上、かつ結晶粒度番号3以上であることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。
【選択図】 なし
Description
(1)質量%で、C:0.4〜0.7%、Mn:0.1〜0.6%、Cr:3.3〜5.0%、Mo:3.0〜4.6%、Al:0.01〜0.10%、N:0.030%以下、O:0.0030%以下、Si/Mo:0.005〜0.100、V/Mo:0.05〜1.00、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、1080℃以上で焼入れ、500℃以上で焼戻し後、400〜600℃で窒化した時の母材硬さが55HRC以上、かつ結晶粒度番号3以上であることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。
(3)前記(1)または(2)に記載の鋼に加えて、質量%で、Nb:0.1〜0.5%、Co:0.5〜2.0%、のいずれか1種または2種からなることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。
(4)前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の鋼において、窒化層による硬化深さが50〜400μmであることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼にある。
C:0.4〜0.7%
Cは、母材硬さを得るために必要な元素であるが、0.4%未満ではその効果が十分に得られず、0.7%を超えると、窒化時にC濃縮相を形成し、窒化層の靱性低下を引き起こすために、その上限を0.7%とした。好ましくは、0.5〜0.6%とする。
Mnは、母材の焼入れ性を得るために必要な元素である。しかし、0.1%未満ではその効果が十分に得られず、0.6%を超えると焼鈍硬さが高くなり、切削加工性が悪くなることから、その上限を0.6%とした。
Cr:3.3〜5.0%
Crは、母材の焼入れ性を得るために必要な元素である。しかし、3.3%未満ではその効果が十分に得られず、5.0%を超えると窒化時にCrNを過剰に形成し、窒化層の靱性低下を引き起こすために、その上限を5.0%とした。好ましくは、3.8〜4.5%とする。
Moは、窒化時にMo−N原子対を形成し、硬化層の耐割れ感受性およびき裂進展速度を高める化合物(Fe2`3 N,Fe4 N,CrN)、C濃縮相の生成を極力抑える役目をする元素である。しかし、3.0%未満ではその効果が十分に得られず、4.6%を超えると製造上の熱間加工性を著しく低下させる。従って、その範囲を3.0〜4.6%とした。好ましくは、3.5〜4.2%とする。
Si/Moは、窒化時にNの拡散、Mo−N原子対形成を促進する働きをする。しかし、0.005未満ではその効果が十分に得られず、0.100を超えると窒化時にC濃縮相が形成され易くなることから、その範囲を0.005〜0.100とした。好ましくは、0.010〜0.050とする。
V/Moは、窒化時に微細なVNを形成し、窒化層の硬さを得るため必要である。しかし、0.05未満ではその効果が十分に得られず、1.00を超えると窒化時にVNを過剰に形成し、窒化層の靱性を低下を引き起こす。従って、その範囲を0.05〜1.00とする。好ましくは、0.10〜0.50とする。
Alは、製造時に脱酸剤として使用する。また、AlNを生成し、MoがMo窒化物として消費されることを抑制する。しかし、0.01%未満ではその効果が十分に得られず、0.10%を超えると粗大なAl酸化物を生成し、靱性を低下させる。従って、その範囲を0.01〜0.10%とする。
Nは、製造時に不可避的に固溶し、本発明で最も重要な元素である鋼中のMoがMo窒化物として消費されることから、その生成を抑制する働きをする元素である。その上限として、0.030%を設けた。好ましくは、0.025%以下とする。
O:0.0030%以下
Oは、Al、Siなどが酸化物として消費させることを抑制する。従って、その上限を0.0030%とした。好ましくは、0.0025%以下とする。
Nbは、窒化層の硬さに寄与する元素である。しかし、0.1%未満ではその効果が十分に得られず、また、0.5%を超えると窒化層の靱性を低下させる。従って、その範囲を0.1〜0.5%とする。
Co:0.5〜2.0%
Coは、窒化層の靱性向上に寄与する元素である。しかし、0.5%未満ではその効果が十分に得られず、また、2.0%を超えるとその効果が飽和することから、その範囲を0.5〜2.0%とする。
窒化層におけるC濃縮相のC濃度(C1 %)と母材のC濃度(C0 %)の比(C1 /C0 )が1.4以下としたのは、窒化層の靱性低下を防ぐためである。なお、望ましくは1.2以下とした。
表1に示す合金成分組成の本発明鋼および比較鋼とを100kg真空溶解炉で溶解し、インゴットに鋳造し、1200℃に加熱後φ60mmに鍛伸した材料を試験片とした。その試験片を表1に示す焼入れ温度、焼戻し温度、窒化処理温度にて処理した結果を表2に示す。表2に示す耐割れ性評価としては、厚さ7mm、幅10mm、長さ55mmの抗折試験片を作製し、2000N負荷した時の窒化相の割れ発生状況で評価した。また、耐熱衝撃評価としては、一辺が20mmの立方体の抗折試験片を作製し、700℃加熱し、水冷した時の窒化層の割れ発生状況で評価した。その他、硬さ(HRC)、結晶粒度、窒化深さ(μm)および窒化表面硬さ(HV)を示す。
これに対し、本発明例であるNo.1〜12のいずれの特性も比較例に比べて優れていることが分かる。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
Claims (4)
- 質量%で、
C:0.4〜0.7%、
Mn:0.1〜0.6%、
Cr:3.3〜5.0%、
Mo:3.0〜4.6%、
Al:0.01〜0.10%、
N:0.030%以下、
O:0.0030%以下、
Si/Mo:0.005〜0.100、
V/Mo:0.05〜1.00、
残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、1080℃以上で焼入れ、500℃以上で焼戻し後、400〜600℃で窒化した時の母材硬さが55HRC以上、かつ結晶粒度番号3以上であることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。 - 請求項1に記載の鋼において、窒化層におけるC濃縮相のC濃度(C1 %)と母材のC濃度(C0 %)の比(C1 /C0 )が1.4以下であることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。
- 請求項1または2に記載の鋼に加えて、質量%で、
Nb:0.1〜0.5%、
Co:0.5〜2.0%、
のいずれか1種または2種からなることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼において、窒化層による硬化深さが50〜400μmであることを特徴とする窒化処理に適したマトリックスハイス鋼。
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