JP2010043320A - 水素環境下で長寿命である転動部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.10〜0.35%、Si:0.35〜1%、Mn:0.2〜1.6%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:1.5〜3%、N:0.004〜0.025%を含み、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼材から製造の転動部品であり、浸炭もしくは浸炭窒化処理と、該処理に続く少なくとも2回の焼入れ工程後の旧オーステナイト結晶粒度番号が12番以上であり、Crを含有する0.03〜1μmの炭化物あるいは炭窒化物が少なくとも15個/100μm2以上存在することからなる水素環境下での寿命に優れる転動部品。
【選択図】 図2
Description
Cは、強度を付与するために必要な元素であるが、0.10%未満であると、浸炭後の芯部強度を確保することができず、0.35%を超えると靱性が低下するとともに素材の硬度が上昇して加工性が劣化する。そこで、Cは0.10〜0.35%とし、望ましくは0.14〜0.27%とする。
Siは、鋼の脱酸に有効な元素であるとともに、鋼に必要な焼入性を付与し強度を高めるために有効な元素である。また、焼戻し軟化抵抗を向上するために潤滑不良状態での転動寿命にも有効な元素であるが、0.35%未満では、強度向上効果確保ができず、1%を超えると靱性が低下し、さらに素材硬度が上昇して加工性が劣化する。そこで、Siは0.35〜1%とし、望ましくは、0.40〜0.80%とする。
Mnは、鋼の焼入性を向上させる元素であるが、0.2%未満では焼入性の向上を確保することができず、また製造性を悪化し、1.6%を超えると素材の硬度が上昇して加工性が劣化する。そこで、Mnは0.2〜1.6%とする。
Pは、粒界に偏析して靱性および疲労強度を低下させて部品強度を低下させる元素であるため、Pは、0.03%以下とする。
Sは添加すると被削性に有効なMnSを形成するが、MnSは冷間加工性および靱性を劣化させる元素である。そこで、Sは、0.03%以下とする。
Crは、鋼に焼入性や強度向上を与え、さらに繰返し焼入れ時にCrを含有した微細な炭化物あるいは炭窒化物が生成するため、旧オーステナイト結晶粒を微細化するために有効な元素であり、さらにこの微細な炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとして極めて有効である。Crが1.5%未満ではこれらの効果は十分に得られず、3%を超えると硬さの上昇を招き加工性を劣化する。そこで、Crは、1.5〜3%とし、望ましくは、1.8〜2.5%とする。なお、1.5%以上のCrを添加することで、2回目の焼入時に微細なCr炭化物あるいは炭窒化物を析出させることが可能となる。これに対して1.5%未満のCr量では、繰返し焼入れを実施しても、微細な炭化物あるいは炭窒化物が析出しない。さらに、Cr炭化物あるいは炭窒化物の個数については、旧オーステナイト結晶粒微細化効果や水素トラップ効果を得るためには15個/100μm2以上は必要である。また、Cr炭化物あるいは炭窒化物の大きさについては、0.03〜1μmとする。この理由は、0.03μm未満の大きさでは上述の効果が十分に得られず、1μmを超えるとCr炭化物あるいは炭窒化物の個数が確保できないためである。
Nは、Nbと炭窒化物を生成し、結晶粒微細化および拡散性水素の無害化するために有効な元素であるが、0.004%未満ではその効果が得られず、0.025%を超えると効果が飽和する。そこで、Nは、0.004〜0.025%とする。ただし、後述のBを添加する場合は、Nが存在するとBNが生成してB添加の効果が無くなるため、Nの上限は0.015%とする。
Nbは、微細なNbの炭化物および炭窒化物を形成して浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制し、さらに繰返し焼入後の旧オーステナイト結晶粒微細化に寄与する。さらに、Nbの炭化物および炭窒化物は拡散性水素をトラップして水素の無害化にも有効な元素であるが、Nbが0.01%未満ではそれらの効果は十分でなく、Nbが0.2%を超えると、Nbの炭化物や炭窒化物が粗大化して結晶粒粗大化抑制効果が低下し、かつ、コストアップとなる。そこで、Nbは0.01〜0.2%とする。
Bは、強度および焼入性の向上効果を確保するために有効な元素であるが、Bが0.0001%未満ではその効果は十分でなく、0.005%を超えてもその効果は飽和する。そこで、Bは0.0001〜0.005%とする。
Tiは、微細なTiの炭化物および炭窒化物を形成して浸炭時の結晶粒粗大化を抑制し、焼入後の結晶粒微細化に寄与する。また、Tiの炭化物および炭窒化物は拡散性水素をトラップして水素の無害化に有効である。さらに、Tiは、鋼中のフリーNと窒化物を生成するため、Bを添加する場合、BN生成防止によるBの強度および焼入性の向上効果を確保するために有効な元素である。これらの効果を確保するためには、Tiを0.01%以上必要とするが、0.05%を超えるとTi硫化物を生成して被削性に有効なMnSが減少し、さらに大型のTiの炭化物および炭窒化物を生成して被削性や鍛造性などの加工性の劣化を招く。そこで、Tiは0.01〜0.05%とする。
Vは、微細なVの炭化物および炭窒化物を形成して拡散性水素をトラップし、水素の無害化にも有効な元素であるが、Vが、0.01%未満ではそれらの効果は十分でなく、0.5%を超えると効果が飽和し、かつ、コストアップとなる。そこで、Vは0.01〜0.5%とする。
Niは、鋼の焼入性および靭性の向上に有効な元素で、Niが、0.2%未満ではこれらの効果は十分でなく、2%を超えると素材の硬度が上昇しすぎて加工性を劣化し、さらにコストアップとなる。そこで、Niは0.2〜2%とする。
Moは、鋼の焼入性および靭性の向上に有効な元素で、Moが、0.05%未満ではこれらの効果は十分でなく、0.30%を超えると素材の硬度が上昇しすぎて加工性を劣化し、さらにコストアップとなる。そこで、Moは0.05〜0.30%とする。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.10〜0.35%、Si:0.35〜1%、Mn:0.2〜1.6%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:1.5〜3%、N:0.004〜0.025%を含み、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼材から製造の転動部品であり、浸炭もしくは浸炭窒化処理と、該処理に続く少なくとも2回の焼入れ工程後の旧オーステナイト結晶粒度番号が12番以上であり、Crを含有する0.03〜1μmの炭化物あるいは炭窒化物が少なくとも15個/100μm2以上存在することを特徴とする水素環境下での寿命に優れる転動部品。
- 質量%で、C:0.10〜0.35%、Si:0.35〜1%、Mn:0.2〜1.6%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、Cr:1.5〜3%、N:0.004〜0.025%を含み、さらにNb:0.01〜0.2%、B:0.0001〜0.005%、Ti:0.01〜0.05%、V:0.01〜0.5%、Ni:0.2〜2%、Mo:0.05〜0.3%のうち1種又は2種以上を含み、残部はFeおよび不可避不純物からなる鋼材から製造の転動部品であり、浸炭もしくは浸炭窒化処理と、該処理に続く少なくとも2回の焼入れ工程後の旧オーステナイト結晶粒度番号が12番以上であり、Crを含有する0.03〜1μmの炭化物あるいは炭窒化物が少なくとも15個/100μm2以上存在することを特徴とする水素環境下での寿命に優れる転動部品。
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