JP2010235990A

JP2010235990A - すべり軸受用高強度鋼板

Info

Publication number: JP2010235990A
Application number: JP2009083719A
Authority: JP
Inventors: Nobukazu Fujimoto; 延和藤本; Susumu Fujiwara; 進藤原
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP5464572B2

Abstract

【課題】銅系合金を台金の鋼材に焼結して製造する軸受では、鋼材のＣ量が多いと、焼結後に軸受層が鋼材からはく離しやすいという問題があった。本発明は、高強度化と、台金である鋼材と銅系焼結層の密着性の課題を同時に解決するものである。
【解決手段】
Ｃ≦０．２％に制御することで、銅系焼結層のはく離が抑えられ、密着性が良好となる。またＴｉ、Ｎｂを添加することにより、従来よりも低Ｃ量の鋼板でありながら、高強度の材料とする。
【選択図】図１

Description

すべり軸受は、台金上に摺動性のよい軸受層を設けたバイメタルの構成を有する。本発明は、この台金の素材として好適な高強度鋼板に関する。

自動車などのエンジンに用いられているすべり軸受は、台金上に摺動性のよい軸受層を設けている。軸受層としては、Ｃｕ−Ｐｂ合金や、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ合金などの銅合金やアルミ合金などが用いられ、焼結や圧接などの方法により台金上に接合して製造される。このうち、銅系合金の軸受層はこれまで銅−鉛系合金が主流であったが、環境問題の観点から近年、鉛無添加の銅系合金への置換えが進みつつある。また、台金にはおもに鋼材（炭素鋼）が用いられる。台金の鋼材としては、Ｃ量：０．１〜０．２％程度の炭素鋼が用いられるが、近年、エンジンの高出力化や軸受装置の小型軽量化の要求により、さらにＣ量を高めて高強度とした鋼材も用いられるようになってきた。

特開平６−１９２７７４号公報

しかし、銅系合金を焼結して製造する軸受において、鋼板のＣ量が多いと、焼結後に軸受層が鋼材からはく離しやすいという問題があった。このメカニズムは明らかになっていない。鋼板と軸受層の密着性を強化するため、Ｃｕのプレめっきを施した鋼板を使用する、あるいは焼結工程の前に台金の表面を粗面化する等の対策が採られているが、工程増による製造コストの上昇などの課題も多い。
本発明は、台金の高強度化と、台金である鋼材と銅系焼結層の密着性の課題を同時に解決するものである。

本発明者らは、鋼板のＣ量を適宜変化させて実験を行った結果、Ｃ≦０．２％に制御することで、Ｃｕプレめっきを施さなくとも、銅系焼結層との密着性が良好となることを新規に見出した。すなわち、台金の鋼板と銅系焼結層との密着性を改善するために、鋼板のＣ量は０．０３〜０．２％に制限する。またＴｉ、Ｎｂを添加することにより、従来よりも低Ｃ量の鋼板でありながら、高強度の材料とする。

本発明に従う高強度鋼板を用いることにより、めっきや粗面化を施さなくても台金と焼結合金層との密着性に優れ、かつ高強度なすべり軸受の台金用鋼板が得られる。

本発明における冷延鋼板の化学成分、その効果、及び含有量を規定する理由について説明する。なお、本発明では、％は重量％を意味する。

Ｃ：０．０３〜０．２０％
Ｃは、材料強度を確保するために有効な元素である。また、鋼板と軸受層の密着性を種々検討した結果、焼結後の密着性と鋼板成分のＣ量が密接に関係していることがわかった。Ｃが鋼板と軸受層の密着性を阻害する要因は必ずしも明らかではないが、良好な密着性を得るためには、Ｃ量を０．２０％以下にする必要がある。Ｃ添加量を制限したことによる強度不足は、後述のようにＴｉ、ＮｂなどＣ以外の合金元素の添加によって補う。
下限は、０．０３％とする。これ以上のＣを含有していないと、Ｔｉ、Ｎｂを添加しても台金としての強度が不足する。

Ｓｉ：１．５％以下
フェライト相に固溶し強度向上に有効な元素である。しかし、過剰に添加すると、延性が低下するので、１．５％を上限とする。

Ｍｎ：１．０〜２．０％
強度の向上に有効な成分である。過剰添加は、成形加工性や溶接性を劣化させるので、上限を２．０％とする。Ｃ量を０．２％以下に制限しつつ台金としての強度を発現させるためには、１．０％以上の添加が必要なので、下限を１．０％とする。

Ｐ：０．０５％以下
延性に悪影響を及ぼすので、高加工性が要求される用途では、Ｐの添加量は低い方がよい。しかし、強度を上昇させるので、高強度化用途には、加工性に悪影響を及ぼさない範囲で添加できる。そのため、上限を０．０５％とした。

Ｎ：０．００５％以下
Ｎは不純物であり、加工性を阻害するので０．００５％以下に制限する。また、後述するＢに関し、有効Ｂ量を確保するためにも、鋼中のＮは低減しておくことが好ましい。

Ｔｉ：０．０５〜０．２％、Ｎｂ：０．０２〜０．２％
本発明では、前述のとおり、高強度を確保するために添加される重要な元素である。いずれも、微細な炭窒化物として析出して、強度の向上および金属組織の微細化に有効な成分である。また、Ｃを炭化物として固定するため、軸受層焼結時の熱処理における脱炭現象を防止し、表面硬さの低下を抑制する働きもある。そのため、添加量の下限値を０．０５％とした。
過剰に添加すると効果が飽和するだけでなく、鋼材の加工性の劣化ならびに製造コストの上昇につながるので、それぞれ上限値を０．２％と規定する。

Ｃｕ：０．０１〜０．３％
Ｃｒ：０．０１〜０．３％
Ｍｏ：０．０１〜０．３％
Ｖ：０．０１〜０．３％
いずれも、本発明では選択元素であり、必要に応じて添加できる。どの元素も、強度の向上に有効な成分である。ただし、添加量が０．０１％未満では、その効果が認められない。また、多量に添加すると効果が飽和するとともに、靭性が劣化する。また、コストアップの要因にもなるので、上限を０．３％に制限する。

Ｂ：０．０００１〜０．０１％
Ｂは、結晶粒界に偏析して界面結合力を高め、鋼の高強度化に有効である。０．０００１％以上の添加においてその効果が現れる。しかし、過剰の添加は、硼化物の生成、結晶粒の成長阻害、加工性の劣化の原因となるので、上限を０．０１％とする。
Ｂは、鋼中のＣやＮと反応してＢＮを形成すると、結晶粒界に偏析して鋼の高強度化に作用する有効Ｂ量が低減する。そのため、下地鋼としては、Ｃ、Ｎを低減する、あるいはＴｉ、ＮｂでＣ、Ｎを固定することにより、有効Ｂ量の低減を抑えることができる。

表１に示す化学成分の鋼を真空溶解にて溶製してインゴットを作製し、鍛造、熱間圧延を経て、熱延板を得た。熱延板のスケールを酸洗により除去した後、冷間圧延によって板厚１．５ｍｍの冷延板を得た。冷延板を７５％Ｈ_２−２５％Ｎ_２混合ガス雰囲気中８００℃で焼鈍を行い、冷延焼鈍板とした。
冷延焼鈍板上に鉛無添加系合金（Ｃｕ−１０％Ｓｎ）の粉末を塗布し、還元雰囲気中、８００〜９００℃で１０分間の焼結処理を行った。得られた複合板から幅３０×長さ１００ｍｍの曲げ試験片を採取し、押込み角３０°、押込み先端Ｒ＝３ｍｍの条件でＶ曲げ試験を実施した。Ｖ曲げ試験後の試験片の曲げ部長手方向の断面を光学顕微鏡にて観察し、軸受層と鋼板のはく離長さを測定し、はく離長さが３．０ｍｍ以下の場合を合格とした。なお、はく離長さとは軸受層が欠落した鋼板表面の長さである。
図１に試験結果を示す。図１から、鋼板のＣ量の減少により、はく離長さは減少し、Ｃ量≦０．２０％の領域で合格となることがわかった。

表２に示す化学成分の鋼を実施例１と同様の工程および条件で作製し、ＪＩＳ５号引張試験片を採取して、引張試験を実施した。また、実施例１と同様の曲げ試験を実施し、はく離長さを測定した。
引張強さおよびはく離長さの結果を表２に併せて示す。なお、引張強さは４００ＭＰａ以上、はく離長さは３．０ｍｍ以下を合格とした。本発明鋼は、引張強さおよびはく離長さともに合格範囲にある。これに対し、Ｂ１およびＢ２は、Ｃ量が０．２０％を超えており、はく離長さが非常に大きい。また、Ｂ３はＴｉ量およびＮｂ量が規定の範囲になく、引張強さが４００ＭＰａに達していない。

C含有量とはくり長さの関係を示す図

Claims

質量％で、Ｃ：０．０３〜０．２０％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．０〜３．０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０５〜０．２％、さらにＮｂ：０．０２〜０．２％、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるすべり軸受用高強度鋼板。
さらに、Ｃｕ：０．０１〜０．３０％、Ｃｒ：０．０１〜０．３０％、Ｍｏ：０．０１〜０．３０％、Ｖ：０．０１〜０．３０％の１種または２種以上を含有する請求項１に記載のすべり軸受用高強度鋼板。
さらに、Ｂ：０．０００１〜０．０１％を含む請求項１または２に記載のすべり軸受用高強度鋼板。