JP3035138B2 - 耐摩耗性、靭性、機械加工性が良好な炭化物分散浸炭鋼部品 - Google Patents

耐摩耗性、靭性、機械加工性が良好な炭化物分散浸炭鋼部品

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JP3035138B2
JP3035138B2 JP5281493A JP28149393A JP3035138B2 JP 3035138 B2 JP3035138 B2 JP 3035138B2 JP 5281493 A JP5281493 A JP 5281493A JP 28149393 A JP28149393 A JP 28149393A JP 3035138 B2 JP3035138 B2 JP 3035138B2
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安夫 沢田
浩 家口
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Kobe Steel Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23GCLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G1/00Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts
    • C23G1/14Cleaning or pickling metallic material with solutions or molten salts with alkaline solutions
    • C23G1/19Iron or steel

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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性が要求される機
械構造用部品に適する炭化物分散浸炭鋼部品に関するも
のであり、特にプラスチック射出成形機の様に浸炭部の
耐摩耗性と、非浸炭部の靭性及び機械加工性が合わせて
要求される用途に適した炭化物分散浸炭鋼部品である。
【0002】
【従来の技術】炭化物分散浸炭層の硬さが高くなればな
るほど、また炭化物量が多くなればなるほど、優れた耐
摩耗性が得られることは、特開昭57−164977、
特開昭60−103174および特開平1−23455
4により知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし耐摩耗性部品の
使用条件はだんだん厳しくなっており、硬さと炭化物量
の2要因だけを考慮するだけでは上記厳しい条件に耐え
得るほどの耐摩耗性は得られない様になってきた。さら
に、炭化物分散浸炭鋼部品においては、非浸炭部の靭性
と機械加工性が一般に不十分であるという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は安定した耐摩耗性、靭性、機械加工性を兼ね備えた
炭化物分散浸炭鋼部品を提供する点にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の炭化物分散浸炭用鋼は、 C:0.05〜0.18wt% Si:1.5wt%以下 Mn:1wt%以下 Cr:5〜15wt% を含み残部がFe及び不可避不純物からなり、炭化物分
散浸炭をすることにより得られた浸炭層にM73を主と
した合金炭化物が生成し、その浸炭層は、実使用表面か
らの深さが0.1mmまでの範囲において、炭素濃度
1.0wt%以上、硬さがHv700以上、個々の炭化
物を円相当径として換算した場合における直径0.5μ
m以上の大きい炭化物の平均粒径が1.0μm以上であ
り、さらに、下記計算式で求められるαが0.65以下
であり、 α=3.6−0.070×d−0.14×C%−0.0034×Hv d:炭化物平均粒径(μm),C%:炭素濃度(wt%), Hv:ビッカース硬さ 且つ非浸炭部の硬さをHv270〜350とすることに
より耐摩耗性、靭性および機械加工性に優れたものと
し、必要であれば前記の合金成分に加えて Ni:2wt%以下 Mo:3wt%以下 V :3wt%以下 Cu:2wt%以下 Nb:1wt%以下 Co:4wt%以下 のうち1種以上を含むものであっても良い。
【0005】
【作用】本発明で使用する炭化物分散浸炭用鋼の合金成
分を定めた理由を述べる。 C:0.05〜0.18wt% Cは、非浸炭部である母材の靭性、強度を得るために添
加するが、0.05wt%未満では、十分な強度が得ら
れず、また、δ−フェライトが増加し、母材の靭性を著
しく低下させる。一方、0.18wt%を超えると母材
の硬さが高くなって靭性および機械加工性が低下する。
【0006】Si:1.5wt%以下 Siの添加は炭化物の粒界析出を抑え粒状化させるため
に添加する。しかし、添加量が多いと鋼の浸炭性を阻害
し、また、母材の靭性を著しく劣化させるので上限を
1.5wt%とする。 Mn:1wt%以下 Mnは脱酸剤として添加されるが、通常の溶製工程にお
いて必要とされる1wt%以下で良い。
【0007】Cr:5〜15wt% CrはC及びその他の元素との組合わせにより、浸炭層
に合金炭化物を形成して耐摩耗性の向上に寄与する。成
分範囲の下限を5wt%とするのは、浸炭層にM73
を主とした炭化物を得るための最小限必要な量であるこ
とと浸炭層の基地の耐食性を得るためであり、上限を1
5wt%とするのは、15wt%を超えると浸炭層の炭
化物の分散性を低下させると共に、母材の靭性を劣化さ
せるからである。
【0008】Ni:2wt%以下 Niは、鋼母材に靭性を与えると共に、基地中に固溶し
て浸炭層の耐食性を向上させる目的で添加する。しか
し、Niは炭化物を細かくすると共に、残留オーステナ
イト量を高め、浸炭硬化層の硬度を低下させ、さらに
は、非浸炭部の機械加工性を低下させるので上限を2w
t%とする。好ましくは、0.5wt%以上の添加が推
奨される。
【0009】Mo:3wt%以下 Moは浸炭層に合金炭化物を形成すると共に、浸炭層に
焼戻し軟化抵抗を与える。しかし3wt%を超えると母
材の靭性を害するので含有量を3wt%以下とする。好
ましくは1wt%以上の添加が推奨される。
【0010】V:3wt%以下 Vは浸炭層に高硬度のMC型炭化物を形成し、耐摩耗性
を著しく向上させると同時に浸炭層に焼戻し軟化抵抗を
与え、さらには、結晶粒を微細化すると共に炭化物の分
散性を向上させる。しかし3wt%を超えると母材の機
械加工性を劣化させるので、上限を3wt%とする。好
ましくは0.1wt%以上の添加が推奨される。
【0011】Cu:2wt%以下 Cuは基地中に固溶して浸炭層の耐食性を向上させる。
特に耐塩酸腐食性を著しく向上させるが、2wt%を超
えると母材の熱間加工性が悪くなるので、上限を2wt
%とする。好ましくは0.5wt%以上の添加が推奨さ
れる。
【0012】Nb:1wt%以下 Nbは結晶粒の粗大化を抑制する働きがある他、焼戻し
などによって起こるM 73 からM236 への炭化物の
変態を防止する効果があるが、1wt%を超えると母材
の靭性を損なうので上限を1wt%とする。好ましくは
0.1wt%以上の添加が推奨される。
【0013】Co:4wt%以下 Coは基地中に固溶して焼戻し軟化抵抗を与えると同時
に耐食性を向上させ、さらに炭化物の粗大化を防止する
が、添加量が4wt%を超えると母材の靭性と熱間加工
性が劣化するので、上限を4wt%とする。
【0014】本発明は、浸炭処理によってM73 を主
とした合金炭化物を浸炭硬化層に形成するものである。
この際実使用表面からの深さが0.1mmまでの範囲に
おいて、炭素濃度を1wt%以上で、硬さがHv700
以上とするのは、これ未満では十分な耐摩耗性が得られ
ないためである。また個々の炭化物を円相当径として換
算した場合における直径0.5μm以上の大きさの炭化
物の平均粒径が1.0μm以上となる様にするのは、
1.0μm未満では十分な耐摩耗性が得難いためであ
る。
【0015】さらに、 α=3.6−0.070×d−0.14×C%−0.0
034×Hv≦0.65 d:炭化物平均粒径(μm),C%:炭素濃度(wt
%),Hv:ビッカース硬さ なる関数を満たす必要があるのは、この条件を満たさな
いものでは目的とする優れた耐摩耗性が得難いためであ
る。非浸炭部の硬さをHv270〜350としたのは、
Hv270未満では製品としての強度が得られないため
であり、Hv350を超えると機械加工性と靭性が低下
するためである。さらに、合金成分を上記範囲に調整す
るのは、必要な靭性と機械加工性を両方同時に達成する
ためである。
【0016】なお、非浸炭部硬さ範囲をHv270〜3
50に調整するには合金成分だけでなく、焼入れ及び焼
戻し温度を各々900〜1050℃、450〜600℃
の条件範囲で調整することで得られる。また、本発明の
炭化物に関する指定条件は、走査電子顕微鏡での200
0倍の倍率で観察したのち画像解析処理した結果を基礎
としている。
【0017】
【実施例】表1に供試鋼の組成を示す。これらの鋼を9
50〜1000℃の範囲で浸炭処理した後、500〜5
50℃の範囲で1、2回焼戻しを行なった。次いで実際
の使用範囲を満たす様に浸炭表面から最大で0.7mm
まで研削して浸炭硬化層の耐摩耗性等の調査を行なっ
た。
【0018】
【表1】
【0019】表2に各鋼の非浸炭部硬さと機械加工性
(切削性)を示す。表3には、表2において機械加工性
の良好な鋼の硬化層の炭素濃度、硬さ、炭化物体積率、
炭化物平均粒径(直径0.5μm以上のものだけの平
均)、耐摩耗性(比摩耗量)と衝撃値、非浸炭部硬さ、
機械加工性(切削性)を示す。なお、表3に示した値
は、実使用表面より深さ0.1mmとなる部分を測定し
た結果である。深さ0.1mmの部分だけを示したの
は、それよりも表面側では、深さ0.1mmの部分に比
べて、硬さは同等もしくは高く、炭化物体積率も多く、
粒径も同等もしくは大きくなっており、耐摩耗性も優れ
ているためである。尚、炭化物に関する値は、走査電子
顕微鏡で2000倍の倍率で観察したのち画像解析装置
により解析した結果を用いることにより、また耐摩耗性
は、大越式摩耗試験機を用いて下記の条件で比摩耗量を
測定し、平均化することにより夫々決定した。
【0020】相手円板 :SUJ2(HRC45) 最終荷重 :6.3kg 摩擦距離 :400m すべり速度:0.76、0.94、1.37、1.96
m/s 衝撃値は浸炭処理したものと同等の熱履歴を施した非浸
炭材において、シャルピー衝撃試験機を用い、10mm
Rノッチ試験片で行なった値である。
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】表2、3より、炭化物分散浸炭層の冶金学
的要因である炭素濃度、硬さ、炭化物平均粒径を制御す
ると共に、衝撃値、非浸炭部硬さを調整することによ
り、本発明の条件を満足する様にしたものは、耐摩耗
性、靭性、機械加工性に優れたものになることが分か
る。
【0024】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の炭化物分散
浸炭鋼部品は、炭化物分散浸炭硬化層の冶金的要因を制
御すると共に、非浸炭部硬さを調整することにより、優
れた耐摩耗性、靭性、機械加工性を与えることが可能で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家口 浩 兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓 2222番地1 株式会社神戸製鋼所 加古 川研究地区内 (72)発明者 山崎 善夫 富山県新湊市八幡町3−10−15 (56)参考文献 特開 平1−234554(JP,A) 特開 平4−165048(JP,A) 特開 昭62−93348(JP,A) 特開 昭60−103174(JP,A) 特開 平5−59428(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 302 C22C 38/18 C23C 8/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.05〜0.18wt% Si:1.5wt%以下 Mn:1wt%以下 Cr:5〜15wt% を含み残部がFe及び不可避不純物からなり、炭化物分
    散浸炭をすることにより得られた浸炭層にM73を主と
    した合金炭化物が生成し、その浸炭層は、実使用表面か
    らの深さが0.1mmまでの範囲において、炭素濃度
    1.0wt%以上、硬さがHv700以上、個々の炭化
    物を円相当径として換算した場合における直径0.5μ
    m以上の大きい炭化物の平均粒径が1.0μm以上であ
    り、さらに、下記計算式で求められるαが0.65以下
    であり、 α=3.6−0.070×d−0.14×C%−0.0034×Hv d:炭化物平均粒径(μm),C%:炭素濃度(wt%), Hv:ビッカース硬さ 且つ非浸炭部の硬さをHv270〜350とすることに
    より耐摩耗性、靭性および機械加工性が良好な炭化物分
    散浸炭鋼部品。
  2. 【請求項2】 前記の合金成分に加えて Ni:2wt%以下 Mo:3wt%以下 V :3wt%以下 Cu:2wt%以下 Nb:1wt%以下 Co:4wt%以下 のうち1種以上を含むものである請求項1記載の炭化物
    分散浸炭鋼部品。
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