JP2615126B2

JP2615126B2 - 歯車用鋼

Info

Publication number: JP2615126B2
Application number: JP63074199A
Authority: JP
Inventors: 篤良木村; 邦夫並木; 祐久丹羽; 敏彦松原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: US4946645A; JPH01246344A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は改善された歯車用鋼に係り、特に強度、靭性
を向上せしめつつ、被削性を改善した歯車用鋼に関する
ものである。

（背景技術）従来から、各種の機械装置類には、動力伝達乃至は運
動伝達のために多くの歯車が用いられてきており、例え
ば、輸送用機械の一つである自動車では、ステアリング
部品、ミッション部品、ディファレンシャル部品等に数
多くの歯車が使用されているが、近年におけるそれら機
械装置類に対する高性能化、高品質化の要求に伴って、
そのような歯車に対する特性の向上が強く望まれてい
る。例えば、上記の自動車の場合において、その高性能
化、高出力化及び軽量化の動向の下に、これに用いられ
る歯車、治具類等の動力伝達部品用、機械構造用鋼につ
いても、高強度化が要求されているのである。

このため、そのような動きに対して、高強度鋼の開発
が行なわれ、本出願人においても、先に、特願昭58−12
8787号（特開昭60−21359号）や特願昭59−96600号（特
開昭60−243252号）として、強度が高く、強靭で、信頼
性の高い歯車を与える歯車用鋼を提案した。この先に提
案された歯車用鋼は、何れも、所定量のC,Mn,S,Cr,Al,
N,Si,Pを含み、更に、これにNi,Moを所定量含むもので
あって、従来からのSCr420,SCM420,SNCM420の如き鋼材
料に対する優位性が確認されている。而して、これら先
に提案された高強度鋼は、何れも、Ｓの上限を0.030
％、0.020％としており、被削性を考慮して快削性元素
としてのＳの活用を意図したものであった。

一方、通常の歯車製造工程に従って得られる歯車にあ
っては、その歯元応力の負荷方向が、素材の圧延方向に
対して直角となるが、上記の如き快削性元素としてのＳ
を或る程度含有せしめた材料においては、そのようなＳ
の存在によって生じる硫化物の如き介在物が圧延方向に
伸び、そしてそのような圧延方向に伸びた介在物は、容
易に材料の疲れや衝撃破壊を惹起せしめることとなるの
である。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、上記の事情を背景にして為
されたものであって、その解決すべき課題とするところ
は、先に提案した高強度鋼の強度や靭性を、その被削性
を高めつつ、より一層向上せしめようとすることにあ
る。

（解決手段）そして、本発明は、かかる課題解決のために、重量基
準で、Ｃ（炭素）:0.10〜0.30％、Si（ケイ素）:0.15％
未満、Mn（マンガン）:1.5％以下、Ｐ（リン）:0.015％
以下、Ｓ（硫黄）:0.005％以下、Cr（クロム）:0.50〜
1.50％、Pb（鉛）:0.005〜0.06％を含み、残部がFe
（鉄）及び不可避的不純物からなることを特徴とする歯
車用鋼を、その要旨とするものである。

なお、本発明にあっては、上記の如き鋼組成に対し
て、更に、重量基準で1.5％までのNi（ニッケル）と0.5
％までのMo（モリブデン）の少なくとも何れか一方が有
利に添加せしめられ、それによって、歯車製造時の浸炭
にて靭性が著しく高められ得ることとなる。

ところで、かかる本発明に従う歯車用鋼の各合金成分
の作用並びにその含有量の限定理由は、以下の通りであ
る。なお、以下に示される百分率は、何れも重量を基準
とするものである。

C:0.10〜0.30％この元素は歯車の心部強度を確保するために必要な元
素であり、充分な心部強度を確保する上において、少な
くとも0.10％は含有せしめる必要がある。しかし、その
含有量が0.30％を越えるようになると、歯車強度にとっ
て有用な圧縮残留応力が小さくなることに加えて、靭性
も低下することとなるところから、0.30％を越えないよ
うにする必要がある。

Si:0.15％未満 Siは、基地を強化するが、その含有量が多過ぎると、
浸炭層の表層部における粒界酸化および浸炭異常層を助
長して、疲労、衝撃破壊の起点を惹起せしめ易いところ
から、そのような粒界酸化の軽減のために、その含有量
は、0.15％未満とする必要がある。

Mn:1.5％以下 Mnは、焼入性の向上に寄与する元素であり、その適当
量が、他の添加元素、特にCr,Ni,Mo等とのバランスによ
り決定されることとなるが、また、このMnは粒界酸化助
長元素でもあるために、1.5％をその上限とする必要が
ある。

P:0.015％以下Ｐは、オーステナイト化時に粒界に偏析して、粒界を
脆化せしめ、特に浸炭層（高Ｃ領域）でこの傾向が顕著
となるところから、その含有量を可及的に低減せしめる
ことが望ましく、本発明では0.015％以下とされること
となる。

S:0.005％以下Ｓは、Mnと共に非金属介在物（MnS）を形成し、それ
が鍛造圧延方向に伸びるところから、それとは直角方向
となる歯車の歯元応力の負荷応力における靭延性を劣化
せしめることとなるのであり、それ故に、そのＳの含有
量も可及的に低減しせめる必要があり、0.005％以下と
されることとなる。なお、このＳ量の低減のために、脱
Ｓ剤としては、CaO,ホタル石，軽焼ドロマイト等が用い
られ、また通常の電気炉では脱Ｓ時間が長くかかるとこ
ろから、LF（取鍋精錬炉）またはVLF（真空取鍋精錬
炉）を用いて、溶鋼の脱Ｓ処理が実施されることとな
る。

Cr:0.50〜1.50％ Crは焼入性向上元素であり、その添加量は、他元素と
のバランスにもよるが、歯車の心部強さを得るため、少
なくとも0.5％の添加量が必要である。しかし、Crは粒
界酸化を助長するところから、その上限は1.50％に止め
る必要がある。

Pb:0.005〜0.06％ Pbは、Ｓを0.005％以下に低減した分の被削性を補完
するために添加されるものであり、0.005％に満たない
添加量では被削性の向上に効果がなく、また0.06％を越
えて添加した場合にあっては、疲れ特性、特に転動疲れ
特性が劣化するようになるところから、その添加量は0.
005〜0.06％の範囲内に止める必要がある。

Ni:1.5％以下 Mo:0.5％以下これらの元素は、何れも浸炭鋼の靭性を高めるために
添加されるが、それらは、また焼入性向上元素でもある
ところから、多量に添加すると、焼ならし時にベイナイ
ト組織となり、被削性を低下せしめるので、その含有量
の上限は、Niでは1.5％、Moでは0.5％とする必要があ
る。

そして、かくの如き組成を有する本発明に従う歯車用
鋼が常法に従って溶製され、目的とする歯車の製造に用
いられることとなるが、この歯車用鋼から歯車を製作す
る場合には、従来の歯車製作技術に従って、鍛造、圧
造、切削加工等の機械加工、熱処理、浸炭処理等の表面
硬化処理、ミーリング加工等が適宜に採用されることと
なる。そして、その際、本発明に従う歯車用鋼は、被削
性が有利に改善されているところから、歯車製作工程を
容易と為すと共に、より一層強靭な、高強度の歯車を与
えるのである。

なお、本発明に従う歯車用鋼は、前述した自動車用の
ミッションギアの如き歯車を製造する材料として最適な
ものであるが、勿論、その他の歯車の材料としても広く
使用され得るものであることが、理解されるべきであ
る。

（実施例）以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更
に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、その
ような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるも
のでないことは、言うまでもないところである。

また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上
記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、
修正、改良等を加え得るものであることは、勿論であ
る。

先ず、下記第１表に示される合金成分からなる各種組
成（残りはFe及び不純物）の鋼を、それぞれ溶製した。
なお、No.1〜３及び６〜８が本発明鋼であり、No.4,5及
びNo.9,10が比較鋼である。特に、No.9及びNo.10の比較
鋼は、通常鋼であるSCr420,SNCM420に相当するものであ
る。

次いで、それぞれの鋼組成の鋳塊に対して分塊圧延、
製品圧延を施して、90mmφの棒材とした後、焼ならしを
施し、それぞれの試験片に加工した。更に、その後、91
0℃で浸炭処理を施し、830℃で30分間保持した後、油冷
し、次いで180℃×２時間の焼戻し処理を施した。

そして、かくして得られた各試験片について、また各
試験片から製作された歯車について、その性能を以下の
試験法に従って評価した。

（ａ）歯車試験ピッチ円外径:70mm、モジュール:2.5、歯数:28×25の
組合せの歯車を製作し、動力循環式歯車試験機にかけ
て、3500rpmの回転数で動力伝達を行ない、繰返し数:10
⁷回まで繰り返し応力を加え、心部硬さと疲れ限度を測
定し、その結果を、下記第２表に示した。

（ｂ）転動試験直径:12mm、長さ:22mmのそれぞれの試験片を用いて、
円筒型転動試験機にて、面圧:600kgf/mm²、回転数:4624
00rpmの条件下に転動試験を行ない、それぞれの試験片
の転動寿命（B₁₀）寿命及び心部硬さを測定し、その結
果を第２表に併わせ示した。

（ｃ）切削試験各試験片に対するドリル穿孔試験によって行なった。
具体的には、工具としてドリル材種:SKH51、ドリル径:5
mmのドリルを用い、穴深さ:20mm、切削油なしの条件下
にて、各試験片の工具寿命（穴深さ×延べ個数）と切削
速度との関係（線図）を求め、寿命:2000mmの得られる
切削速度で評価し、その結果を、下記第３表に示した。

かかる第２表から明らかなように、No.1〜３及び６〜
８の本発明鋼は、Si,P,Sの低減によって、比較鋼、特に
No.9及びNo.10の通常鋼に比較して疲れ限度が高く、そ
れ故に強度，靭性に優れていることが理解されるのであ
る。また、転動寿命も同様に通常鋼に比べて長いことが
認められる。但し、高面圧下での転動の場合、Pb量を高
くし過ぎると、寿命が低下することが見い出された。即
ち、第２表において、No.2,4,5の材料においてPb量の影
響は明らかであり、0.08％まで添加すると、通常鋼に比
べて、むしろ寿命が低下するようになるのである。

また、ドリル穿孔試験によって被削性を評価した結果
が示されている第３表から明らかなように、本発明に従
う鋼材料は、何れも、通常のJIS鋼に比べて、切削速度
を上げることが可能である。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従う歯車用
鋼は、被削性を有効に改善しつつ、それから製造される
歯車の強度や靭性をより一層向上せしめ得るものであ
り、歯車の高強度化を実現することが可能であって、歯
車作動に基づく騒音減少のためのモジュール低減の要求
や小型軽量化の要求等に充分応えることが出来るところ
に、その大きな工業的意義を有するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松原敏彦埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (56)参考文献特開昭57−19365（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量基準で、C:0.10〜0.30％、Si:0.15％
未満、Mn:1.5％以下、P:0.015％以下、S:0.005％以下、
Cr:0.50〜1.50％、Pb:0.005〜0.06％を含み、残部がFe
及び不可避的不純物からなることを特徴とする歯車用
鋼。
【請求項２】請求項（１）の歯車用鋼において、更に、
重量基準で1.5％までのNiと0.5％までのMoの少なくとも
何れか一方を含むことを特徴とする歯車用鋼。