JP2013028860A - ねじり疲労特性に優れた浸炭用鋼からなる鋼材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.15〜0.35%、Si:0.30〜0.95%、Mn:0.10〜1.00%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.20〜2.30%、Cu:0.30%以下、Al:0.008〜0.100%、O:0.0030%以下、N:0.0020〜0.0300%を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、下記の(1)式を満足する鋼であり、図2に示す浸炭焼入焼戻しを行ない、被削性を低下させることなくねじり疲労強度に優れた機械構造用鋼からなる鋼材。
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1)
【選択図】 図2
Description
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1)
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1)
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1)
C:0.15〜0.35 %
Cは、強度を付与するために必要な元素である。Cが0.15%未満では、強度を確保することができない。一方、Cが0.35%を超えると靭性が低下すると共に鋼素材の硬さが上昇して加工性が低下する。そこで、Cは0.15〜0.35 %とし、望ましくは0.45〜0.65%とする。
Siは、鋼の脱酸に有効な元素であり、鋼に必要な焼入性および強度を付与する。またSiは、一定量以上の添加で浸炭異常層深さを浅くする効果がある。しかし、Siが0.30%未満では、焼戻し軟化抵抗特性が低く、ガス浸炭時の浸炭異常層深さは深くなる。一方、Siが0.95%を超えると素材の硬度が高くなり、加工性が劣化する。そこで、Siは0.30〜0.95%とし、望ましくは0.45〜0.65%とする。
Mnは、鋼の脱酸に有効な元素であり、鋼に必要な焼入性を付与するが、0.10%未満では効果が十分得られない。一方、Mnが1.00%を超えると機械加工性を低下させる。そこで、Mnは0.10〜1.00%とし、望ましくは0.25〜0.40%とする。
Pは、粒界に偏析して衝撃強度や疲労特性を低下させる。そこで、Pは0.030%以下とする。
Sは、MnSの形成により横方向の靭性や疲労強度を低下させる。そこで、Sは0.030%以下とする。
Crは、鋼に必要な焼入性を付与するが、1.20%未満ではその効果が十分得られない。一方、Crが2.30%を超えると、浸炭を阻害し、また素材硬度を上昇させて機械加工性を低下する。そこで、Crは1.20〜2.30%とし、望ましくは1.50〜2.20%とする。
Cuは、スクラップから含有される不可避な元素であるが、時効性を有し、強度を向上させる効果がある。しかし、Cuが0.30%を超えると、熱間加工性が低下する。そこで、Cuは0.30%以下とする。
Alは、鋼の脱酸に有効な元素であり、Nと結合してAlNとして結晶粒粗大化抑制効果をもたらすが、0.008%未満ではその効果が得られない。一方、Alが0.100%を超えると大型アルミナ系介在物を形成し、疲労特性および加工性が低下する。そこで、Alは0.008〜0.100%とし、望ましくは0.010〜0.050%とする。
Oは、鋼中に不可避に含有される元素であり、0.0030%を超えると酸化物の増加により加工性や疲労強度が低下する。そこで、Oは0.0030%以下とし、望ましくは0.0020%以下とする。
Nは、AlNやNb窒化物として微細析出し、結晶粒粗大化を防止する効果があるが、0.0020%未満ではその効果が得られない。一方、Nが0.0300%を超えると窒化物が増加し、疲労強度や加工性が低下する。そこで、Nは0.0020〜0.0300%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ある。しかし、Niが2.0%を超えると、素材の硬度が上昇し過ぎて加工性を低下させ、かつ、鋼材のコストが上昇する。そこで、Niは2.0%以下とする。
Moは、鋼の焼入性、靭性および焼戻し軟化抵抗特性の向上に必要な元素である。しかし、Moが1.0%より多すぎると加工性を低下させ、かつ、鋼材コストが上昇する。そこで、Moは1.0%以下とする。
Tiは、鋼中のCと結びついて炭化物を微細に形成し、結晶粒粗大化を防止する効果をもたらすが、その効果を得る場合には、0.020%以上添加する必要がある。一方、Tiが0.200%を超えて添加すると、機械加工性が低下する。そこでTiは0.020〜0.200%とする。
Nbは、炭窒化物あるいは窒化物を形成し、結晶粒粗大化抑制効果をもたらすが、0.02%未満ではその効果が得られない。一方、Nbが0.20%を超えると析出物の量が過剰となり、加工性が低下する。そこで、Nbは0.02〜0.20%とし、望ましくは0.03〜0.07%とする。
Bは、極少量の含有によって鋼の焼入性が著しく向上する元素である。そこで、Bは0.0003〜0.0050%とする。
ねじり疲労強度を高める場合、合金元素の添加により芯部硬度を上げることが有効である。しかしながら、むやみに合金元素を添加した場合、被削性の低下が懸念される。
(1)式におけるC、Si、Cr、Mnの4元素は全て焼入性を上昇させる元素であり、これらの元素の添加によりねじり疲労強度の向上が見込まれる。ただし、Mnは加工性改善のために行われる焼鈍処理などの熱処理時にミクロ組織の偏析を助長し、鋼のミクロ組織を不均一にする。従って、2C+5Si+Cr−3Mnで表すパラメータを2.0%以上から6.0%以下と制御しておくことで、不均一な鋼組織を抑制し、被削性を確保すると共にねじり疲労強度の向上が図れる。なお、2.0%より低いとねじり疲労強度向上の効果が見られない。また、6.0%より高くなると被削性が低下してしまう。
一方、比較鋼No.16、No.17、No.20〜22およびNo.29は比較鋼No.14に比べてねじり疲労強度は向上している。しかし、それらはいずれも被削性が低下しており、本願の発明鋼とは異なる。さらに、比較鋼No.15、No.18、No.19およびNo.23〜28は、比較鋼No.14に比べて被削性の低下は見られない。しかし、それらは、いずれもねじり疲労強度が向上しておらず本願の発明鋼とは異なる。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.15〜0.35%、Si:0.30〜0.95%、Mn:0.10〜1.00%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:1.20〜2.30%、Cu:0.30%以下、Al:0.008〜0.100%、O:0.0030%以下、N:0.0020〜0.0300%を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、下記の(1)式を満足することを特徴とする被削性を低下させることなくねじり疲労強度に優れた機械構造用鋼からなる鋼材。
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1) - 請求項1の化学成分に加え、Ni:2.0%以下、Mo:1.0%以下の1種または2種を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、下記の(1)式を満足することを特徴とする被削性を低下させることなくねじり疲労強度に優れた機械構造用鋼からなる鋼材。
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1) - 請求項1の化学成分に加え、Ti:0.020〜0.200%、Nb:0.02〜0.20、B:0.0003〜0.0050%のうち少なくとも1種以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、下記の(1)式を満足することを特徴とする被削性を低下させることなくねじり疲労強度に優れた機械構造用鋼からなる鋼材。
6.0%≧2C+5Si+Cr−3Mn≧2.0%・・・(1)
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