JP2011208281A - 鉄鋼部材の焼入れ方法、焼入れ鉄鋼部材及び焼入れ表面保護剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄鋼部材の表面に硬質窒化物層が形成され、さらにその上層として、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体層を形成し、焼き入れ処理を施すことにより、金属酸化物を含む無機化合物層が形成されたことを特徴とする焼入れ鉄鋼部材。
【選択図】なし
Description
具体的には、本発明は下記態様に関する。
(1)鉄鋼材料の表面に硬質窒化物層が形成され、さらにその上層として、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の金属酸化物を含む無機化合物層が形成されたことを特徴とする焼入れ鉄鋼部材。
(2)前記金属酸化物を含む無機化合物層が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種を含むものである、(1)に記載の焼入れ鉄鋼部材。
(3)前記硬質窒化物層が、Fe、Ti、Zr、Mo、W、Cr、B及びSiの中から選ばれる少なくとも1種の窒化物である、(1)又は(2)の焼入れ鉄鋼部材。
(4)前記無機化合物層が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の金属を、該金属換算の合計で1〜2000mg/m2の範囲で含有するものである、(1)〜(3)のいずれかの焼入れ鉄鋼部材。
(5)前記鉄鋼部材が、高面圧領域で使用される機械構造部品である、(1)〜(4)の焼入れ鉄鋼部材。
(6)表面に硬質窒化物層を有する鉄鋼材料を、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を含む液に接触させたのち、焼入れ処理を行うことを特徴とする鉄鋼部材の焼入れ方法。
(7)前記セラミック前駆体を含む液が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、(6)の鉄鋼部材の焼入れ方法。
(8)前記焼入れ処理が高周波焼入れである、(6)又は(7)の鉄鋼部材の焼入れ方法。
(9)表面に硬質窒化物層を有する鉄鋼材料を、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を含む液に接触させたのち、焼入れ処理を行うことを特徴とする焼入れ鉄鋼部材の製造方法。
(10)前記セラミック前駆体を含む液が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、(9)の焼入れ鉄鋼部材の製造方法。
(11)前記焼入れ処理が高周波焼入れである、(9)又は(10)の焼入れ鉄鋼部材の製造方法。
(12)Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を含む液であることを特徴とする焼入れ表面保護剤。
(13)前記セラミック前駆体を含む液が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、(12)の焼入れ表面保護剤。
特に、本発明は下記態様に関する。
(A1)焼入れ処理する前の鉄鋼部材であって、当該鉄鋼部材の表面には、窒素拡散処理により硬質窒化物層が形成され、さらに硬質窒化物層上には、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を適用することによりセラミック前駆体層が形成されていることを特徴とする鉄鋼部材。
(A2)セラミック前駆体層が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種を含むものである、(A1)の鉄鋼部材。
(A3)セラミック前駆体層が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の金属を、該金属換算の合計で1〜2000mg/m2の範囲で含有するものである、(A1)又は(A2)の鉄鋼部材。
(A4)硬質窒化層が、塩浴窒化処理、ガス軟窒化処理、イオン窒化処理及びプラズマ窒化処理から選択される処理により形成されたたものである、(A1)〜(A3)のいずれかの鉄鋼部材。
(A5)(i)硬質窒化物層を表面に有する鉄鋼材料に対し、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を含む液を適用する工程と、(ii)当該セラミック前駆体を含有する液の溶媒を除去する工程と、を含む方法により製造された、(A1)〜(A4)のいずれかの鉄鋼部材。
(A6)セラミック前駆体を含有する液が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種を含む、(A5)の鉄鋼部材。
(A7)セラミック前駆体を含有する液の溶媒が、中性からアルカリ性である、(A5)又は(A6)の鉄鋼部材。
(A8)(A1)〜(A7)のいずれかの鉄鋼部材を焼入れ処理することで得られる焼入れ処理された鉄鋼部材であって、当該鉄鋼部材の表面に、窒素拡散処理により形成された硬質窒化物層が存在する鉄鋼部材。
(A9)高面圧領域で使用される機械構造部品である、(A8)の鉄鋼部材。
(A10)軸、歯車、ピストン、シャフト又はカムである、(A9)の鉄鋼部材。
(A11)焼入れ処理が800〜850℃で実行された、(A8)〜(A10)のいずれかの鉄鋼部材。
(A12)焼入れ処理が高周波焼入れである、(A8)〜(A11)の鉄鋼部材。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間塩浴軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して油冷し、鋼材表面に厚さ12μmの窒化鉄からなる化合物層を形成した。
基材として直径20mm、長さ40mmの調質材(SCM440)を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼材表面に厚さ10μmの窒化鉄からなる化合物層を形成した。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼材表面に厚さ12μmの窒化鉄層を形成した。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼材表面に厚さ12μmの窒化鉄層を形成した。
基材として直径20mm、長さ40mmの調質材(SCM440)を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼材表面に厚さ10μmの窒化鉄層を形成した。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼材表面に厚さ12μmの窒化鉄層を形成した。
基材として直径20mm、長さ40mmの調質材(SCM440)を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、イオンプレーティング装置により1時間処理し、鋼材表面に厚さ3μmの窒化チタンからなる硬質窒化物層を形成した。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、イオンプレーティング装置で2時間処理し、鋼材表面に厚さ5μmの窒化クロムからなる硬質窒化物層を形成した。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、プラズマCVD装置で3時間処理し、鋼材表面に厚さ3μmの窒化ホウ素からなる硬質窒化物層を形成した。
基材として直径20mm、長さ40mmの調質材(SCM440)を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、イオンプレーティング装置により2時間処理して鋼材表面に厚さ3μmの窒化ジルコニウム層を形成した。
基材として直径8mm、長さ12mmのSCM440調質材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で2時間軟室化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼材表面に厚さ12μmの窒化鉄層を形成した。
基材として実施例1と同じ炭素鋼材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で1時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼板表面に厚さ12μmの窒化鉄層を形成したのち、そのまま実施例1と同じ高周波焼入れ装置を使用して850℃×3秒間の高周波を加えて、直ちに水冷して焼入れを行った。
基材として実施例1と同じ炭素鋼材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、溶融塩浴中で570℃で1時間軟窒化処理(タフトライド処理:日本パーカライジング(株)製)して鋼板表面に厚さ約5μmの窒化鉄層を形成した。
基材として実施例1と同じ炭素鋼材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、イオンプレーティング装置により1時間処理し、鋼材表面に厚さ3μmの窒化チタンからなる硬質窒化物層を形成した。さらに、実施例1と同じ高周波焼入れ装置を使用して850℃×3秒間の高周波を加えて、直ちに水冷して焼入れを行った。
基材として実施例1と同じ炭素鋼材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、イオンプレーティング装置により1時間処理し、鋼材表面に鋼材表面に厚さ5μmの窒化クロムからなる硬質窒化物層を形成した。さらに、実施例1と同じ高周波焼入れ装置を使用して850℃×3秒間の高周波を加えて、直ちに水冷して焼入れを行った。
基材として実施例1と同じ炭素鋼材を使用し、この表面を脱脂洗浄したのち、プラズマCVD装置で3時間処理し、鋼材表面に厚さ3μmの窒化ホウ素からなる硬質窒化物層を形成した。さらに実施例1と同じ高周波焼入れ装置を使用して850℃×3秒間の高周波を加えて、直ちに水冷して焼入れを行った。
これらの処理を行った鋼材は、マイクロカッターで切断し、窒化物層の残存状態を金属顕微鏡で確認するとともに、最表面及び表面から0.1mmの断面の硬度をマイクロビッカース硬度計で測定した。表1に評価試験結果の一覧を示す。また、図1〜図3に、実施例1、比較例1及び比較例2における、断面の金属顕微鏡写真を示す。尚、図1〜図3の中央の白色部が窒化鉄を含む無機化合物層であり、その下部が鉄鋼基材部である。
Claims (12)
- 焼入れ処理する前の鉄鋼部材であって、当該鉄鋼部材の表面には、窒素拡散処理により硬質窒化物層が形成され、さらに硬質窒化物層上には、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を適用することによりセラミック前駆体層が形成されていることを特徴とする鉄鋼部材。
- セラミック前駆体層が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種を含むものである、請求項1に記載の鉄鋼部材。
- セラミック前駆体層が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の金属を、該金属換算の合計で1〜2000mg/m2の範囲で含有するものである、請求項1又は2に記載の鉄鋼部材。
- 硬質窒化層が、塩浴窒化処理、ガス軟窒化処理、イオン窒化処理及びプラズマ窒化処理から選択される処理により形成されたたものである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の鉄鋼部材。
- (i)硬質窒化物層を表面に有する鉄鋼材料に対し、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo及びAlからなる群の中から選択される少なくとも1種の元素を含有するセラミック前駆体を含む液を適用する工程と、(ii)当該セラミック前駆体を含有する液の溶媒を除去する工程と、を含む方法により製造された、請求項1〜4のいずれか一項に記載の鉄鋼部材。
- セラミック前駆体を含有する液が、さらにCa、Mg、Y、Sc及びBaの中から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項5に記載の鉄鋼部材。
- セラミック前駆体を含有する液の溶媒が、中性からアルカリ性である、請求項5又は6記載の鉄鋼部材。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載された鉄鋼部材を焼入れ処理することで得られる焼入れ処理された鉄鋼部材であって、当該鉄鋼部材の表面に、窒素拡散処理により形成された硬質窒化物層が存在する鉄鋼部材。
- 高面圧領域で使用される機械構造部品である、請求項8に記載の鉄鋼部材。
- 軸、歯車、ピストン、シャフト又はカムである、請求項9に記載の鉄鋼部材。
- 焼入れ処理が800〜850℃で実行された、請求項8〜10のいずれか一項に記載の鉄鋼部材。
- 焼入れ処理が高周波焼入れである、請求項8〜11のいずれか一項に記載の鉄鋼部材。
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