JP2937735B2 - 高周波焼入用耐銹・耐摩耗用鋼 - Google Patents

高周波焼入用耐銹・耐摩耗用鋼

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JP2937735B2 JP5292994A JP5292994A JP2937735B2 JP 2937735 B2 JP2937735 B2 JP 2937735B2 JP 5292994 A JP5292994 A JP 5292994A JP 5292994 A JP5292994 A JP 5292994A JP 2937735 B2 JP2937735 B2 JP 2937735B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療機器、精密計器、
産業機械等において耐銹性と耐摩耗性が要求される部品
の素材として利用する際、耐銹性と共に耐摩耗性を付与
するために、高周波焼入れを施して使用される優れた特
性を有する鋼に関し、例えば、特に、直線運動軸受やシ
ャフト類、さらに耐食性を要する刃物類等の用途に好適
な鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から上記産業分野において、耐銹性
および高硬度が要求される部品の用途は、NC旋盤、マ
シニングセンターを始めとする工作機械さらにロボッ
ト、OA機器、コンピューター等の広い分野にわたって
いる。
【0003】このような用途には従来S55C等ににC
rメッキしたものが主流であったが、最近では、メンテ
ナンスフリー化に伴い、高硬度で耐銹性に優れた素材が
要求され、SUS440C、SUS420J2等のマル
テンサイト系ステンレス鋼の使用量が増加しており、ま
た熱処理コストの低減や工程合理化のため、これらマル
テンサイト系ステンレス鋼に対しても、従来の全体焼入
れ処理から高周波焼入れへの転換要求が強くなってきて
いる。
【0004】しかしながら、これらのステンレス鋼は高
周波焼入れ性の点で必ずしも満足な結果が得られていな
いのが現状である。
【0005】高C−Cr鋼のSUS440Cは、通常の
焼入れ・低温焼戻し処理において58HRC以上の高硬
度が得られるが、加工性が悪く、コスト高になるととも
に粗大共晶炭化物による靱性低下のため使用中に割れや
欠け等が生じやすい。
【0006】中C−Cr鋼のSUS420J2は、SU
S440Cに比べると、C量が低いため、焼入れ・低温
焼戻しで高硬度が得られない。そのため使用中の摩耗が
著しく、寿命が短い。
【0007】以上のような、従来のマルテンサイト系ス
テンレス鋼に対し、0.7%C-13%Cr系のマルテンサイト
系ステンレス鋼が既に開発されているが、これらの鋼で
も高周波焼入性が悪く、耐銹性、硬度にも若干問題があ
り、十分要求を果たしているとは言えないのが現状であ
る。また、出願人は上記特性を改善した0.5%C-10%Cr
マルテンサイト系ステンレス鋼を発明したが(特開平2-
22444 号公報参照)、高周波焼入処理において、上記特
性が十分得られない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、特に高周波焼入れ処理に適した耐銹・耐摩耗
用鋼を提供することにある。すなわち、高周波焼入性を
大幅に向上させることにより、プロセスコストの低減を
可能とすると共に、耐銹性はSUS440C並で、且つ
5μm 以上の巨大炭化物を著しく減少し、さらに冷間加
工性にも優れた耐銹・耐摩耗用鋼を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、多くの実験を重ねた結果、高周波焼入性を向上さ
せるためには、A1 変態点を下げることが有効であると
の知見を得、本発明鋼を得た。
【0010】すなわち、高周波焼入性の向上には、Cの
固溶を促進させることが必要であり、そのためには、よ
り低温でかつ短時間にCの固溶を促進させる手段として
1変態点を低下させることが考えられる。そこでオー
ステナイト生成元素であるNiを添加し、フェライト生
成元素であるMoを前記発明鋼である0.5%C-10%Crマ
ルテンサイト系ステンレス鋼のMo含有量(0.5〜
4.0%)の下限域以下に抑制するか、あるいは添加し
ないことによってA1 変態点を780℃以下に下げるこ
とが可能となった。
【0011】上記知見に基づく本発明の第1発明鋼は、
重量%で、C:0.45〜0.9%、Si:0.1〜
1.5%、Mn:0.10〜1.0%、Ni:0.3〜
2.0%、Cr:6〜14%、P:0.04%以下、
S:0.03%以下を含有し、残部Feおよび不可避不
純物からなり、かつ、高周波焼入硬さがHv≧720で
る高周波焼入性に優れた耐銹・耐磨耗用鋼であり、第
2発明鋼は、特により耐磨耗性が必要な場合のために、
前記第1発明鋼の化学成分にさらに、Mo:0.05〜
0.8%を含有させた鋼である。
【0012】
【作用】本発明は、Ni含有量を高め、Moの添加量を
抑制するかあるいは無添加とすることにより変態点を下
げて高周波焼入性を向上せしめ、かつ、耐銹性を高めて
いる。
【0013】以下に、本願発明鋼の各化学成分の作用お
よびその添加限定理由を示す。
【0014】Cは、高周波焼入時の硬さを上昇させると
共にA1 変態点を低下させるに有効な元素であるが、
0.9%を超えると球状化焼なまし後にも粗大な炭化物
が存在して加工性を著しく害し、高周波焼入れ時の硬さ
にもバラツキが生じる。また、マトリックスの有効Cr
量が減少して耐銹性を低下させるので上限を0.9%と
した。また、0.45%未満では十分なマトリックス硬
さを得るには不十分で、かつA1 変態点の低下の効果も
あまりないので下限を%とした。
【0015】Siは、主に脱酸剤として添加し、また焼
入性を向上させるが、0.1%未満では本発明の他の添
加元素との関係において、あまりこれらの効果がない。
1.5%を超えて添加すると、加工性および靱性の劣化
が生じるので上限を1.5%とした。
【0016】Mnは、焼入性を向上させる元素である
が、他の添加元素との関係において、0.10%未満で
は焼入性向上効果があまりない。1.0%を超えて添加
すると鋼の耐銹性および加工性を著しく損ねるので上限
を1.0%とした。
【0017】Niは、オーステナイト生成元素であるの
で、A1 変態点を低下させるには有効であるが、本発明
においては、0.3%未満ではA1 変態点の低下が顕著
でない。2.0%を超えるとマルテンサイト変態開始温
度(MS 点)が低下し、焼入れ時に残留オーステナイト
を過剰に生成させ、焼入硬さ低下を招く原因となるため
上限を2.0%とした。
【0018】Crは、Cと結合して硬質炭化物を形成
し、耐摩耗性を向上させると共にマトリックス中に固溶
して耐銹性を向上させる元素である。このため十分な耐
銹性を確保するには6%以上必要であるが、14%以上添
加すると粗大な炭化物が生じやすくなると共に硬さが低
下して高硬度が得られなくなるので上限を14%とした。
【0019】Moは、鋼の耐銹性を高める作用を優して
いる。本発明においては、特に高い耐銹性が必要な場合
に、Moを添加する。本発明においては、0.05%以下で
は耐銹性の効果はみられない。一方、0.8 %を超えて添
加すると炭化物の粗大化を助長し、加工性が著しく劣化
するため上限を0.8 %とした。
【0020】本発明鋼は前述の成分のほか、残部はFe
と不可避不純物である。不純物として代表的なものはP
とSである。Pは粒界に偏析して靱性を劣化させるため
含有料は0.04%以下に抑えた。また、Sは熱間加工性を
害すると共に耐銹性を劣化させるために0.03%以下に抑
えた。
【0021】
【実施例】次に、本発明鋼の実施例について述べる。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示す化学成分の本発明鋼(A〜
F)、比較鋼(G〜J)および従来鋼(K〜M)を真空
溶解炉にて100kg鋼塊を溶製し、鍛伸して直径25mm
の素材を製造した。次いで、これらの素材を軟化させる
ために焼なましを行った。焼きなまし後の素材から、試
験片を切り出し、変態点を測定した。変態点は全自動変
態記録測定装置により測定を行った。
【0024】次に、焼なまし後の素材に高周波焼入れ・
低温焼戻し(1100 ℃→180 ℃×1hrAC)を施した後、硬さ
および耐銹性を調べた。
【0025】図1に、高周波焼き入れした本発明鋼Cと
比較鋼Iについての、鋼材表面からの距離と硬さとの関
係についてグラフで示す。700HV の硬度が得られる鋼材
表面からの深さでみると、本発明鋼Cは比較鋼Iの約
1.5倍である。
【0026】
【表2】
【0027】耐銹性はサイクル湿潤試験(20 ℃〜50℃間
繰返し 90%RH 20 サイクル) を行い、外観の発銹状況に
よって評価を行った。これら結果を表2に併記する。表
2から本発明鋼(A〜F)は、いずれも変態点が780
℃以下であり、高周波焼入れ硬さが720HV以上あ
り、かつ、湿潤テストにおいても発銹が観察されず、従
来鋼に比べて硬さ、耐銹性において優れていることが判
る。なお、J、L鋼の硬さが、変態点が低いにもかかわ
らず、低下している原因は、高C化により発生した残留
オーステナイトの影響によるものである。
【0028】また、高周波焼入れ性を示すために、前記
全体焼入れの模擬テストにおける2.5 分の短時間加熱後
の焼入れ硬さを図2に示す。本発明鋼Aは比較鋼Iと比
較し、より低温加熱雰囲気において高硬さを示し、比較
鋼Iが、1200℃においても十分な硬さが得られないのに
対し、本発明鋼Aは1100〜1200℃の広い範囲において安
定的に高硬さが得られている。すなわち、温度の不安定
な高周波焼入れにおいて、異形材の処理も容易であり、
かつ、処理後の品質も安定することが判る。
【0029】
【発明の効果】本発明は、高周波焼入れ・低温焼戻し状
態での硬度は720HV以上であり、従来鋼のSUS4
40Cの692HVに比べると、高硬度で、かつ、耐銹
性も一段と優れている。本発明鋼は高硬度で耐銹性が要
求される医療機器、精密計器、産業機械等において使用
される部品の素材、特に直線運動軸受やシャフト類さら
に耐食性を要する刃物類およびミニチュアベアリング等
の用途に好適であると共に、高周波焼入れが可能なこと
から生産性の向上が図れるなど、実用上の効果は大き
い。なお、焼入れは、高周波焼入れの他にも、例えば、
レーザー焼入れや電子ビーム焼入れ等の高エネルギー熱
源によっても可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明鋼Cと比較鋼Iについての、鋼材表面か
らの距離と硬さとの関係をグラフで示した図である。
【図2】本発明鋼Aと比較鋼Iについての、焼入保持時
間と硬さの関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−143239(JP,A) 特開 昭52−68019(JP,A) 特開 昭52−7818(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、C:0.45〜0.9%、S
    i:0.1〜1.5%、Mn:0.10〜1.0%、N
    i:0.3〜2.0%、Cr:6〜14%、P:0.0
    4%以下、S:0.03%以下を含有し、残部Feおよ
    び不可避不純物からなり、かつ、高周波焼入硬さがHv
    ≧720であることを特徴とする高周波焼入性に優れた
    耐銹・耐磨耗用鋼。
  2. 【請求項2】 重量%で、C:0.45〜0.9%、S
    i:0.1〜1.5%、Mn:0.10〜1.0%、N
    i:0.3〜2.0%、Cr:6〜14%、Mo:0.
    05〜0.8%、P:0.04%以下、S:0.03%
    以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、
    かつ、高周波焼入硬さがHv≧720であることを特徴
    とする高周波焼入性に優れた耐銹・耐磨耗用鋼。
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