JP2634894B2

JP2634894B2 - 浸炭―ショットピーニング用鋼

Info

Publication number: JP2634894B2
Application number: JP1011978A
Authority: JP
Inventors: 達朗越智; 洋一田中; 稔彦高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1997-07-30
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JPH02194149A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は浸炭−ショットピーニング用鋼にかかわり、
さらに詳しくは自動車、建設機械の歯車、各種シャフト
類等の浸炭−ショットピーニング工程により製造される
機械部品の材質特性、特に疲労強度の向上を可能とした
浸炭−ショットピーニング用鋼に関するものである。

（従来の技術）自動車、建設機械の歯車、各種シャフト類等の機械部
品のなかで、特に高疲労強度を必要とするものは、所要
の製品形状に加工後、浸炭−ショットピーニング処理が
行なわれている。

浸炭−ショットピーニング処理は、例えば株式会社養
賢堂発行「機械の研究第38巻第11号」1225〜1346頁（昭
和61年11月）に見られるように、浸炭処理後、ショット
球を浸炭品の表面に投射し、浸炭品の表面硬さの増加及
び圧縮残留応力の増加を図り、疲労強度の向上を図る手
法である。

こうした浸炭−ショットピーニング処理を行なえば、
疲労強度は浸炭処理のみによる方法に比べて約50％程度
向上することが示されている。

しかしながら、従来の肌焼き鋼はショットピーニング
処理を前提として設計されていないため、従来の肌焼き
鋼を浸炭−ショットピーニング処理（アークハイト:0.6
0A）して得られる疲労強度は平滑試験片を用いて小野式
回転曲げ疲れ試験によって評価した疲労眼で、120kg f/
mm²が上限であり、肌焼き品の疲労強度の保証には、未
だ充分であるとは言えないのが現状である。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、浸炭−ショットピーニング処理（ア
ークハイト:0.60A）によって、平滑試験片を用いて小野
式回転曲げ疲れ試験によって評価した疲労眼で、従来の
上限値よりもさらに20kg f/mm²以上大きい140kg f/mm²
以上の優れた疲労強度を付与することを可能にした鋼材
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段・作用）本発明者らは、浸炭−ショットピーニング処理製品の
高疲労強度化を実現するために種々検討を行なった結
果、高Mn化等によって浸炭処理後の浸炭層の残留オース
テナイト量を高め、高Si化によってこの残留オーステナ
イトの安定化を図り、且つAl,Nb,N等の添加により浸炭
処理後の旧オーステナイト粒度を微細にした材料を、ア
ークハイト:0.60Aの条件でショットピーニング処理する
ことにより、平滑試験片を用いて小野式回転曲げ疲れ試
験によって評価した疲労眼で、140kg f/mm²以上の疲労
強度を実現することが可能であり、かかる鋼材を用いれ
ば、製品の疲労折損にたいして、その要求特性を十分満
足できる優れた疲労強度を実現することが可能であると
いう新規な知見を得て、本発明をなしたものである。

すなわち、本発明は以上の知見にもとづいてなされた
ものであって、その要旨とするところは、重量比として
C:0.10〜0.25％、Si:0.50〜3.0％、Mn:1.00〜3.0％、C
r:0.50〜1.50％、S:0.01〜0.20％、Al:0.02〜0.10％、N
b:0.020〜0.120％、N:0.010〜0.025％、を含有し、また
は、さらにMo:1.0％以下、Ni:4.0％以下、Cu:1.0％以
下、V:1.0％以下、のうち１種または２種以上を含有
し、P:0.01％以下に制限し、残部Fe及び不可避的不純物
からなることを特徴とする浸炭−ショットピーニング用
鋼にある。

以下に本発明を詳細に説明する。

まず、Ｃは肌焼き品の芯部の強度を増加させるのに有
効な元素であるが、0.10％未満では強度が不足し、また
0.25％を超えると靭性の劣化を招くとともに、肌焼き品
の疲労強度に有用な圧縮残留応力が生じにくくなるた
め、含有量を0.10〜0.25％に定めた。

次にSiは、浸炭処理後に存在する残留オーステナイト
の安定化を図るために添加するが、その効果は0.50％未
満では不十分であり、一方3.0％を超えるとその効果は
飽和し、かえって疲労強度の劣化を招くので含有量を0.
5〜3.0％に定めた。

また、Mn,Crは浸炭処理後の残留オーステナイト量の
増加、及び焼入れ性の向上に有効な元素であるが、Mn:
1.0％未満、Cr:0.5％未満ではその効果は不十分であ
り、一方Mn:3.0％及びCr:1.5％を超えるとその効果は飽
和し、これらの元素の多量添加は経済性の点で好ましく
ないので、これらの含有量をMn:1.0〜3.0％、Cr:0.50〜
1.50％とした。

次にＳは被削性の向上に有効な元素であるが、その効
果は0.01％未満では不十分であり、一方0.20％を超える
た硫化物系介在物を生成しかえって疲労強度を劣化させ
るので、含有量を0.01〜0.20％とした。

Al,Nb,Nは鋼中で化合物Al N,Nb（CN）を形成し、オー
ステナイト結晶粒を微細化する働きがあり、Al,Nb,Nの
いずれか一つでもAl:0.02％、Nb:0.020％、N:0.010％の
下限値より少ないとこの効果が不足する。

一方Al:0.10％、Nb:0.120％、N:0.025％を超えるとそ
の効果は飽和し、むしろ疲労強度を劣化させるので、こ
れらの含有量をAl:0.02〜0.10％、Nb:0.020〜0.120％、
N:0.010〜0.025％とした。

一方、Ｐは鋼中で粒界偏析を起こし、粒界強度の低下
を介して疲労強度劣化の原因となる。特にＰが0.01wt％
を超えると疲労強度劣化が顕著となるため、0.01％を上
限とした。

以上が、基本成分系であるが、本発明においてはこの
他さらにオーステナイト結晶粒の微細化を図ることを目
的で、Tiを含有させることが出来る。

Tiは鋼中で化合物Ti（CN）を形成し、オーステナイト
結晶粒を微細化する働きがあるが、0.005％未満ではそ
の効果は不十分であり、一方0.10％を超えるとその効果
は飽和し、むしろ疲労強度を劣化させるので、その含有
量を0.005〜0.10％とした。

また本発明対象鋼では、必要に応じて、Mo:1.0％以
下、Ni:4.0％以下、Cu:1.0％以下、V:1.0％以下の１種
または２種以上を含有させることが出来る。これらの元
素はいずれも浸炭処理後の残留オーステナイト量の増加
及び焼入れ性の向上に有効であるが、多量添加は経済性
の点で好ましくないために、上記の如く上限値を規定し
た。

（実施例）第１表の組成を有する鋼材を、平行部が直径8mmの平
滑試験片を用意し、930℃×240分→830℃×30分→130℃
油冷→160℃×60分焼戻しの条件で浸炭処理を行なった
後、アークハイト:0.60Aの条件でショットピーニング処
理を行ない、小野式回転曲げ疲れ試験により疲労特性の
評価を行なった。

この結果を第１表にあわせて示す。

本発明の鋼は、140kg f/mm²以上の優れた疲労限を有
することがわかる。

一方、比較例13,15,16,18,19および20は、Si,Mn,Cr,A
l,Nb或はＮの含有量がそれぞれ本発明の要件とする範囲
を下回った場合であり、比較例14,17,21,22,23,24およ
び25はSi,S,Al,Nb,N,P或はTiの含有量がそれぞれ本発明
の要件とする範囲を上回った場合であり、何れの場合も
140kg f/mm²未満の疲労限しか得られなかった。

（発明の効果）以上述べた如く、本発明の鋼を用いれば、肌焼き品の
折損に対して、その要求特性を十分満足できる優れた疲
労強度を付与することが可能となり、産業上の効果は極
めて顕著なるものがある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比として C:0.10〜0.25％、 Si:0.50〜3.0％、 Mn:1.00〜3.0％、 S:0.01〜0.20％、 Cr:0.50〜1.50％、 Nb:0.020〜0.120％、 Al:0.02〜0.10％、 N:0.010〜0.025％、 P:0.01％以下、残部Fe及び不可避的不純物からなることを特徴とする浸
炭−ショットピーニング用鋼。
【請求項２】Ti:0.005〜0.10％を含有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の浸炭−ショットピーニ
ング用鋼。
【請求項３】Ni:4.0％以下、 Mo:1.0％以下、 V:1.0％以下、 Cu:1.0％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項記載の浸炭−ショットピ
ーニング用鋼。