JP3094856B2 - 高強度高靭性肌焼き用鋼 - Google Patents
高強度高靭性肌焼き用鋼Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の構造用部品
として用いられる鋼材のうち、特に耐摩耗性や耐疲労特
性を改善するため浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ処
理による表面硬質化処理の行なわれる部品、例えば自動
車などの各部に用いられる歯車やシャフト、等速ジョイ
ント等を製造するための素材として有用な肌焼き用鋼に
関するものである。尚以下の説明では、歯車に適用する
場合を代表的に取り上げて説明を進めるが、本発明はも
とより歯車の製造に限定されるものではなく、その優れ
た浸炭焼入性や浸炭窒化焼入性を活用し、芯部の高靭性
を維持しつつ表層部を硬質化して、高い表面硬度と優れ
た衝撃特性の求められる部品を製造するための素材とし
て有効に活用される。
として用いられる鋼材のうち、特に耐摩耗性や耐疲労特
性を改善するため浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ処
理による表面硬質化処理の行なわれる部品、例えば自動
車などの各部に用いられる歯車やシャフト、等速ジョイ
ント等を製造するための素材として有用な肌焼き用鋼に
関するものである。尚以下の説明では、歯車に適用する
場合を代表的に取り上げて説明を進めるが、本発明はも
とより歯車の製造に限定されるものではなく、その優れ
た浸炭焼入性や浸炭窒化焼入性を活用し、芯部の高靭性
を維持しつつ表層部を硬質化して、高い表面硬度と優れ
た衝撃特性の求められる部品を製造するための素材とし
て有効に活用される。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車や自動二輪車等を始めとす
る様々の輸送機械などから放出される排ガスによる大気
汚染は大きな社会問題となっており、こうした問題を軽
減すると共に燃費低減を図るための車体軽量化対策の一
環として、歯車やシャフト等の機械部品の小型軽量化が
進められており、それに伴ってそれらの部品に対する高
強度化や高疲労強度化の要求は一段と高まっている。
る様々の輸送機械などから放出される排ガスによる大気
汚染は大きな社会問題となっており、こうした問題を軽
減すると共に燃費低減を図るための車体軽量化対策の一
環として、歯車やシャフト等の機械部品の小型軽量化が
進められており、それに伴ってそれらの部品に対する高
強度化や高疲労強度化の要求は一段と高まっている。
【０００３】ところで歯車等を高強度化する際には、疲
労特性の向上に加えて衝撃特性も高める必要があり、衝
撃特性の向上対策としては、例えば特開平１−２４７５
６１号公報に記載されている様に、ＰやＳなどの不純物
元素を極力低減すると共にＭｏやＶ等の合金元素を含有
せしめることによって耐衝撃性を高め、且つ表面に浸炭
（あるいは浸炭窒化）等の肌焼き処理を施すことによっ
て表面強度を高める方法が知られている。また特開昭６
２−１８４３号公報には、原料鋼材中にＭｏやＳｉ等を
添加することによって浸炭処理後の芯部組織を結晶粒度
番号で９番以上の微細なフェライト＋マルテンサイト２
層組織とすると共に、浸炭層の結晶粒度番号も９番以上
とすることにより、衝撃特性を高めた高靭性浸炭用鋼も
開示されている。
労特性の向上に加えて衝撃特性も高める必要があり、衝
撃特性の向上対策としては、例えば特開平１−２４７５
６１号公報に記載されている様に、ＰやＳなどの不純物
元素を極力低減すると共にＭｏやＶ等の合金元素を含有
せしめることによって耐衝撃性を高め、且つ表面に浸炭
（あるいは浸炭窒化）等の肌焼き処理を施すことによっ
て表面強度を高める方法が知られている。また特開昭６
２−１８４３号公報には、原料鋼材中にＭｏやＳｉ等を
添加することによって浸炭処理後の芯部組織を結晶粒度
番号で９番以上の微細なフェライト＋マルテンサイト２
層組織とすると共に、浸炭層の結晶粒度番号も９番以上
とすることにより、衝撃特性を高めた高靭性浸炭用鋼も
開示されている。
【０００４】しかしながら、上記の様に不純物元素を低
減したり合金元素を添加するだけでは高強度化と衝撃特
性に対する最近の要望を満たすことはできない。また結
晶組織や結晶粒度を制御する方法にしても、必ずしも満
足のいく性能のものが得られているとはいえず、更には
高価な合金元素の多量添加によってコスト高になるとい
う問題も指摘される。
減したり合金元素を添加するだけでは高強度化と衝撃特
性に対する最近の要望を満たすことはできない。また結
晶組織や結晶粒度を制御する方法にしても、必ずしも満
足のいく性能のものが得られているとはいえず、更には
高価な合金元素の多量添加によってコスト高になるとい
う問題も指摘される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、高価
な合金元素を多量添加することなく、低コストで且つ耐
摩耗性、疲労特性、耐衝撃性等に優れ、歯車やシャフト
等の機械部品として優れた性能を示す肌焼き鋼部品を与
える様な肌焼き用鋼を提供しようとするものである。
情に着目してなされたものであって、その目的は、高価
な合金元素を多量添加することなく、低コストで且つ耐
摩耗性、疲労特性、耐衝撃性等に優れ、歯車やシャフト
等の機械部品として優れた性能を示す肌焼き鋼部品を与
える様な肌焼き用鋼を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高強度高靭性肌焼き用鋼は、 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材であって、該鋼材のジョミニー焼入性曲線
におけるＪ９（ｍｍ）位置（ジョミニー試験における焼
入れ端から９ｍｍ離れた位置を表わす：以下同じ）の硬
さＨＲＣが５５以下であり、且つ該鋼材を用いて成形さ
れた部品を浸炭もしくは浸炭窒化処理した後に行なわれ
る焼入れ時の平均冷却速度Ｖとしたとき、ＶC1a ，Ｖ
C2a が下記［Ｉa ］式の関係を満たす様に成分調整し、 平均冷却速度（Ｖ）＝３９０Ｊeq -1.35 式中、Ｊeqは、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線におい
て、その硬さが浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ後の
部品の芯部硬さに相当するジョミニー位置（焼入れ端か
らの距離を意味する：以下同じ）を表わす。 ＶC1a ＝１０k1a ≦平均冷却速度（Ｖ）≦ＶC2a ＝１０k2a ……［Ｉa ］ 式中、ｋ1a＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-3.86[P%] ｋ2a＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-9.45[P%] あるいは、 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ を含有すると共にＣｒ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％
以下およびＮｉ：３．０％以下よりなる群から選択され
る少なくとも１種の元素を含有し、 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材であって、該鋼材のジョミニー焼入性曲線
におけるＪ９（ｍｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下であ
り、且つ該鋼材のジョミニー焼入性曲線におけるＪ
eq（ｍｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下であり、且つ該
鋼材を用いて成形された部品を浸炭もしくは浸炭窒化処
理した後に行なわれる焼入れ時の平均冷却速度をＶとし
たとき、ＶC1b ，ＶC2b が下記［Ｉb ］式の関係 平均冷却速度（Ｖ）＝３９０Ｊeq -1.35 式中、Ｊeqは、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線におい
て、その硬さが浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ後の
部品の芯部硬さに相当するジョミニー位置を表わす。 ＶC1b ＝１０k1b ≦平均冷却速度（Ｖ）≦ＶC2b ＝１０k2b ……［Ｉb ］ 式中、ｋ1b ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18[Mo%]-3.86[P%] -0.20[Ni%] ｋ2b ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66[Mo%]-9.45[P%] -0.33[Ni%] を満たす様に成分調整したものであるところに要旨を有
している。
のできた本発明に係る高強度高靭性肌焼き用鋼は、 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材であって、該鋼材のジョミニー焼入性曲線
におけるＪ９（ｍｍ）位置（ジョミニー試験における焼
入れ端から９ｍｍ離れた位置を表わす：以下同じ）の硬
さＨＲＣが５５以下であり、且つ該鋼材を用いて成形さ
れた部品を浸炭もしくは浸炭窒化処理した後に行なわれ
る焼入れ時の平均冷却速度Ｖとしたとき、ＶC1a ，Ｖ
C2a が下記［Ｉa ］式の関係を満たす様に成分調整し、 平均冷却速度（Ｖ）＝３９０Ｊeq -1.35 式中、Ｊeqは、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線におい
て、その硬さが浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ後の
部品の芯部硬さに相当するジョミニー位置（焼入れ端か
らの距離を意味する：以下同じ）を表わす。 ＶC1a ＝１０k1a ≦平均冷却速度（Ｖ）≦ＶC2a ＝１０k2a ……［Ｉa ］ 式中、ｋ1a＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-3.86[P%] ｋ2a＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-9.45[P%] あるいは、 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ を含有すると共にＣｒ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％
以下およびＮｉ：３．０％以下よりなる群から選択され
る少なくとも１種の元素を含有し、 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材であって、該鋼材のジョミニー焼入性曲線
におけるＪ９（ｍｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下であ
り、且つ該鋼材のジョミニー焼入性曲線におけるＪ
eq（ｍｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下であり、且つ該
鋼材を用いて成形された部品を浸炭もしくは浸炭窒化処
理した後に行なわれる焼入れ時の平均冷却速度をＶとし
たとき、ＶC1b ，ＶC2b が下記［Ｉb ］式の関係 平均冷却速度（Ｖ）＝３９０Ｊeq -1.35 式中、Ｊeqは、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線におい
て、その硬さが浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ後の
部品の芯部硬さに相当するジョミニー位置を表わす。 ＶC1b ＝１０k1b ≦平均冷却速度（Ｖ）≦ＶC2b ＝１０k2b ……［Ｉb ］ 式中、ｋ1b ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18[Mo%]-3.86[P%] -0.20[Ni%] ｋ2b ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66[Mo%]-9.45[P%] -0.33[Ni%] を満たす様に成分調整したものであるところに要旨を有
している。
【０００７】上記本発明においては、鋼材中に不純物と
して含まれるＳｉ量が０．５％以下、Ｐ量が０．０３０
％以下、Ｓ量が０．０３５％以下であるものが好まし
く、また該鋼材には、他の元素としてＣｕ：２．０％以
下を含有し、更にはＶ：０．５％以下、Ｔｉ：０．１％
以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選択され
る少なくとも１種の元素を含有するものであってもよ
く、あるいは更に他の元素としてＣａ：０．０８％以下
および／もしくはＺｒ：０．０８％以下を含有し、ある
いは更に他の元素としてＳｂ：０．０２％以下を含有す
るもの、などが好ましく使用される。
して含まれるＳｉ量が０．５％以下、Ｐ量が０．０３０
％以下、Ｓ量が０．０３５％以下であるものが好まし
く、また該鋼材には、他の元素としてＣｕ：２．０％以
下を含有し、更にはＶ：０．５％以下、Ｔｉ：０．１％
以下およびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選択され
る少なくとも１種の元素を含有するものであってもよ
く、あるいは更に他の元素としてＣａ：０．０８％以下
および／もしくはＺｒ：０．０８％以下を含有し、ある
いは更に他の元素としてＳｂ：０．０２％以下を含有す
るもの、などが好ましく使用される。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは、前述の様な従来技
術の問題点に着目し、高価な合金元素を多量添加するこ
となく、低コストで且つ耐摩耗性、疲労特性、耐衝撃性
等に優れ、歯車やシャフト等の機械部品として優れた性
能を示す肌焼き鋼部品を与える様な肌焼き用鋼の開発を
期して鋭意研究を進めた結果、特に肌焼き用鋼としての
耐衝撃特性を改善するには、芯部組織の調整が極めて有
効であるという知見を得た。
術の問題点に着目し、高価な合金元素を多量添加するこ
となく、低コストで且つ耐摩耗性、疲労特性、耐衝撃性
等に優れ、歯車やシャフト等の機械部品として優れた性
能を示す肌焼き鋼部品を与える様な肌焼き用鋼の開発を
期して鋭意研究を進めた結果、特に肌焼き用鋼としての
耐衝撃特性を改善するには、芯部組織の調整が極めて有
効であるという知見を得た。
【０００９】従来より、炭素含有量が同程度の鋼材で
は、浸炭（もしくは浸炭窒化）焼入れ処理後の芯部の硬
さが高いほど、耐衝撃特性は低下すると考えられてい
る。ところが本発明者らが種々検討を行ったところによ
ると、芯部の金属組織がマルテンサイトとベイナイトの
混合組織であっても、それらの面積率を適正に調節して
やれば、マルテンサイトまたはベイナイト主体の芯部組
織を有するものを上回る衝撃特性が与えられることをつ
きとめた。
は、浸炭（もしくは浸炭窒化）焼入れ処理後の芯部の硬
さが高いほど、耐衝撃特性は低下すると考えられてい
る。ところが本発明者らが種々検討を行ったところによ
ると、芯部の金属組織がマルテンサイトとベイナイトの
混合組織であっても、それらの面積率を適正に調節して
やれば、マルテンサイトまたはベイナイト主体の芯部組
織を有するものを上回る衝撃特性が与えられることをつ
きとめた。
【００１０】この理由は必ずしも明確にされた訳ではな
いが、次の様に考えられる。即ち、芯部組織がマルテン
サイトあるいはベイナイトである場合、旧オーステナイ
ト結晶粒内においてラス方向が揃っている単位が大きい
ため、オーステナイト結晶粒を微細化するのと同様の耐
衝撃特性改善効果を得ることはできない。ところが芯部
組織をマルテンサイトとベイナイト主体の混合組織とす
ると、旧オーステナイト粒内において前記ラス方向の揃
った単位が非常に微細なものとなり、微細なオーステナ
イト結晶粒を有する芯部組織の機械部品に匹敵する優れ
た衝撃特性を示すこと、そしてこの様な衝撃特性を確保
するには、芯部の金属組織をマルテンサイトの面積率で
９０％以下とし、且つ初析フェライトが面積率で５％を
超えて生成させなければよいという事実をつきとめた。
尚、マルテンサイトの面積率を９０％以下、初析フェラ
イト面積率を５％を超えて生成させないことにより、残
りの部分はベイナイト組織となり、優れた衝撃特性を得
ることができる。
いが、次の様に考えられる。即ち、芯部組織がマルテン
サイトあるいはベイナイトである場合、旧オーステナイ
ト結晶粒内においてラス方向が揃っている単位が大きい
ため、オーステナイト結晶粒を微細化するのと同様の耐
衝撃特性改善効果を得ることはできない。ところが芯部
組織をマルテンサイトとベイナイト主体の混合組織とす
ると、旧オーステナイト粒内において前記ラス方向の揃
った単位が非常に微細なものとなり、微細なオーステナ
イト結晶粒を有する芯部組織の機械部品に匹敵する優れ
た衝撃特性を示すこと、そしてこの様な衝撃特性を確保
するには、芯部の金属組織をマルテンサイトの面積率で
９０％以下とし、且つ初析フェライトが面積率で５％を
超えて生成させなければよいという事実をつきとめた。
尚、マルテンサイトの面積率を９０％以下、初析フェラ
イト面積率を５％を超えて生成させないことにより、残
りの部分はベイナイト組織となり、優れた衝撃特性を得
ることができる。
【００１１】芯部マルテンサイト面積率が９０％以下
で、且つ初析フェライト面積率を５％を超えて生成させ
ないためには、浸炭あるいは浸炭窒化処理後の９００〜
３００℃の温度域における芯部の平均冷却速度Ｖ（℃／
秒）が、鋼材中の主たる合金元素量の一次関数として求
められる「初析フェライトが５％を超えて生成しない」
臨界冷却速度ＶC1a またはＶC1b （℃／秒）以上で、且
つ鋼材中の主たる合金元素量の一次関数として求められ
る９０％マルテンサイトが生成する臨界冷却速度ＶC2a
またはＶC2b （℃／秒）以下であることが必須となる。
ここでＶC1a 、Ｖ C2a 、ＶC1b 、ＶC2b は、前記［Ｉ
a ］、［Ｉb ］式で示した様に、鋼材の成分組成を変え
ることによって調整することができる。
で、且つ初析フェライト面積率を５％を超えて生成させ
ないためには、浸炭あるいは浸炭窒化処理後の９００〜
３００℃の温度域における芯部の平均冷却速度Ｖ（℃／
秒）が、鋼材中の主たる合金元素量の一次関数として求
められる「初析フェライトが５％を超えて生成しない」
臨界冷却速度ＶC1a またはＶC1b （℃／秒）以上で、且
つ鋼材中の主たる合金元素量の一次関数として求められ
る９０％マルテンサイトが生成する臨界冷却速度ＶC2a
またはＶC2b （℃／秒）以下であることが必須となる。
ここでＶC1a 、Ｖ C2a 、ＶC1b 、ＶC2b は、前記［Ｉ
a ］、［Ｉb ］式で示した様に、鋼材の成分組成を変え
ることによって調整することができる。
【００１２】また一般に焼入れ時の肌焼き部品の冷却速
度は、部品の形状や寸法、治具へのセット法、焼入れ剤
の種類等によって複雑に変化するため、実測によって求
め得るものではあるが、操業時に焼入れ槽内にある部品
内部の冷却速度を測定することは作業が非常に煩雑とな
るので、量産時には困難である。しかるに本発明者ら
は、浸炭あるいは浸炭窒化焼入れ後の芯部硬度を測定
し、素材鋼のジョミニー焼入性曲線と対応させることに
よって、部品の芯部での冷却速度を容易に算出し得るこ
とを知り、本発明に想到したものである。
度は、部品の形状や寸法、治具へのセット法、焼入れ剤
の種類等によって複雑に変化するため、実測によって求
め得るものではあるが、操業時に焼入れ槽内にある部品
内部の冷却速度を測定することは作業が非常に煩雑とな
るので、量産時には困難である。しかるに本発明者ら
は、浸炭あるいは浸炭窒化焼入れ後の芯部硬度を測定
し、素材鋼のジョミニー焼入性曲線と対応させることに
よって、部品の芯部での冷却速度を容易に算出し得るこ
とを知り、本発明に想到したものである。
【００１３】即ち、まず図１に示す如く、鋼材を所定の
部品形状に成形した後、浸炭（または浸炭窒化）焼入れ
処理を行なって得た部品の芯部硬度（Ｈｃ）を測定し、
ジョミニー焼入性曲線において、硬さがＨｃに相当する
ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を求める。一方、本発明者
らが種々の成分組成および寸法サイズの鋼材について、
各ジョミニー位置Ｊeqと、９００〜３００℃間における
平均冷却速度Ｖの関係を調べたところ、図２に示す如く
両者の間には一定の相関関係があり、前記した様に「Ｖ
＝３９０Ｊeq -1.35 」の関係が成立することを確認して
おり、上記で求められるジョミニー位置Ｊeqをこの関係
式に代入すれば、焼入れ時における芯部の冷却速度Ｖを
求ることができる。即ち「Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 」は、
部品を焼入れする際の芯部硬度に相当するジョミニー位
置における９００〜３００℃の芯部の平均冷却速度（℃
／秒）に相当するものである。
部品形状に成形した後、浸炭（または浸炭窒化）焼入れ
処理を行なって得た部品の芯部硬度（Ｈｃ）を測定し、
ジョミニー焼入性曲線において、硬さがＨｃに相当する
ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を求める。一方、本発明者
らが種々の成分組成および寸法サイズの鋼材について、
各ジョミニー位置Ｊeqと、９００〜３００℃間における
平均冷却速度Ｖの関係を調べたところ、図２に示す如く
両者の間には一定の相関関係があり、前記した様に「Ｖ
＝３９０Ｊeq -1.35 」の関係が成立することを確認して
おり、上記で求められるジョミニー位置Ｊeqをこの関係
式に代入すれば、焼入れ時における芯部の冷却速度Ｖを
求ることができる。即ち「Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 」は、
部品を焼入れする際の芯部硬度に相当するジョミニー位
置における９００〜３００℃の芯部の平均冷却速度（℃
／秒）に相当するものである。
【００１４】即ち、ジョミニー焼入性曲線を測定した任
意の鋼素材を実際の機械部品に加工し、焼入れ後の芯部
硬度Ｈｃを測定すると、焼入れ時の芯部の適正な平均冷
却速度Ｖを求めることができ、また前述の如く初析フェ
ライト面積率が５％を超えて生成しない臨界冷却速度Ｖ
C1a またはＶC1b と、９０％マルテンサイトが生成する
臨界冷却速度ＶC2a またはＶC2b とは、夫々当該鋼材の
化学組成から式(1),(2) によって求められるｋ1a，
ｋ1b、ｋ2a，ｋ2bを元に、前記式から１０k1a ，１０
k1b 、１０k2a ，１０k2b の計算値として求めることが
できるので、浸炭（または浸炭窒化）処理後の９００〜
３００℃の部品の好ましい芯部平均冷却速度（Ｖ）が、
上記ＶC1a とＶC2a の間もしくはＶC1b とＶC2b の間に
納まる様に合金元素量を調整すれば、最終的に得られる
肌焼き鋼部品の芯部組織を前述の如く適正なマルテンサ
イト・ベイナイト主体の混合組織とすることが可能とな
る。しかも、こうした冷却速度の設定によって芯部のマ
ルテンサイト面積率を９０％以下、初析フェライト面積
率を５％以下にすると、Ｈｖ２５０以上の芯部硬さを確
保することができ、ケースクラッシングの発生も抑制さ
れる。尚ケースクラッシングとは、浸炭層（または浸炭
窒化層）と芯部との境界部または少し芯部側寄りの位置
にクラックが発生し、該クラックが表面に対して平行方
向に進展してついには表面とつながり、浸炭層（または
浸炭窒化層）が剥離する現象をいう。
意の鋼素材を実際の機械部品に加工し、焼入れ後の芯部
硬度Ｈｃを測定すると、焼入れ時の芯部の適正な平均冷
却速度Ｖを求めることができ、また前述の如く初析フェ
ライト面積率が５％を超えて生成しない臨界冷却速度Ｖ
C1a またはＶC1b と、９０％マルテンサイトが生成する
臨界冷却速度ＶC2a またはＶC2b とは、夫々当該鋼材の
化学組成から式(1),(2) によって求められるｋ1a，
ｋ1b、ｋ2a，ｋ2bを元に、前記式から１０k1a ，１０
k1b 、１０k2a ，１０k2b の計算値として求めることが
できるので、浸炭（または浸炭窒化）処理後の９００〜
３００℃の部品の好ましい芯部平均冷却速度（Ｖ）が、
上記ＶC1a とＶC2a の間もしくはＶC1b とＶC2b の間に
納まる様に合金元素量を調整すれば、最終的に得られる
肌焼き鋼部品の芯部組織を前述の如く適正なマルテンサ
イト・ベイナイト主体の混合組織とすることが可能とな
る。しかも、こうした冷却速度の設定によって芯部のマ
ルテンサイト面積率を９０％以下、初析フェライト面積
率を５％以下にすると、Ｈｖ２５０以上の芯部硬さを確
保することができ、ケースクラッシングの発生も抑制さ
れる。尚ケースクラッシングとは、浸炭層（または浸炭
窒化層）と芯部との境界部または少し芯部側寄りの位置
にクラックが発生し、該クラックが表面に対して平行方
向に進展してついには表面とつながり、浸炭層（または
浸炭窒化層）が剥離する現象をいう。
【００１５】更に本発明においては、上記の様な要件に
加えて、ジョミニー焼入性曲線におけるＪ９（ｍｍ）位
置の硬さＨＲＣが５５以下である鋼材を用いることが必
須である。しかして、本発明者らが熱間鍛造や冷間鍛造
により成形された形状・寸法の異なる様々の部品につい
て、機械加工前の硬さとジョミニー焼入性曲線との関係
について調査した結果、機械加工前の硬さとＪ９（ｍ
ｍ）位置の硬さの間で高い相関性を有しており、優れた
被削性を確保するには、Ｊ９（ｍｍ）位置の硬さをＨＲ
Ｃ５５以下とすれば良い、という知見を生かすためであ
り、こうした要件の付加によって切削性、ドリル寿命な
どの被削性を低下させることなく、優れた衝撃特性を確
保することが可能となる。
加えて、ジョミニー焼入性曲線におけるＪ９（ｍｍ）位
置の硬さＨＲＣが５５以下である鋼材を用いることが必
須である。しかして、本発明者らが熱間鍛造や冷間鍛造
により成形された形状・寸法の異なる様々の部品につい
て、機械加工前の硬さとジョミニー焼入性曲線との関係
について調査した結果、機械加工前の硬さとＪ９（ｍ
ｍ）位置の硬さの間で高い相関性を有しており、優れた
被削性を確保するには、Ｊ９（ｍｍ）位置の硬さをＨＲ
Ｃ５５以下とすれば良い、という知見を生かすためであ
り、こうした要件の付加によって切削性、ドリル寿命な
どの被削性を低下させることなく、優れた衝撃特性を確
保することが可能となる。
【００１６】次に、本発明で使用する鋼材の化学成分等
を規定した理由を詳細に説明する。まず鋼材の化学成分
を定めた理由を明らかにする。 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｃは、最終的に得られる浸炭（もしくは浸炭窒化）焼入
れ部品としての芯部強度を確保するうえで欠くことので
きない元素であり、０．０５％未満では十分な強度が得
られなくなる。しかし、過剰に含有させると靭性が劣化
するほか、被削性や冷間鍛造性が低下して加工性を損な
うので０．３０％を上限とする。Ｃのより好ましい含有
量は０．０８〜０．２５％の範囲である。
を規定した理由を詳細に説明する。まず鋼材の化学成分
を定めた理由を明らかにする。 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｃは、最終的に得られる浸炭（もしくは浸炭窒化）焼入
れ部品としての芯部強度を確保するうえで欠くことので
きない元素であり、０．０５％未満では十分な強度が得
られなくなる。しかし、過剰に含有させると靭性が劣化
するほか、被削性や冷間鍛造性が低下して加工性を損な
うので０．３０％を上限とする。Ｃのより好ましい含有
量は０．０８〜０．２５％の範囲である。
【００１７】Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ｍｎは、溶鋼の脱酸に有効な元素であり、その効果を有
効に発揮させるには０．３％以上含有させなければなら
ないが、過度に含有させると、冷間加工性や被削性に悪
影響を与えると共に、結晶粒界への偏析量の増大によっ
て粒界強度を低下させ、延ては衝撃特性に悪影響を及ぼ
す様になるので、３．０％以下に抑えなければならな
い。Ｍｎのより好ましい含有量は０．５〜２．０％の範
囲である。
効に発揮させるには０．３％以上含有させなければなら
ないが、過度に含有させると、冷間加工性や被削性に悪
影響を与えると共に、結晶粒界への偏析量の増大によっ
て粒界強度を低下させ、延ては衝撃特性に悪影響を及ぼ
す様になるので、３．０％以下に抑えなければならな
い。Ｍｎのより好ましい含有量は０．５〜２．０％の範
囲である。
【００１８】Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ａｌは鋼材の脱酸材として鋼中に含まれてくる元素であ
り、鋼中のＮと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒の粗大
化を防止する作用を有している。こうした効果を有効に
発揮させるには０．０１５％以上含有させなければなら
ないが、その効果は０．０６％程度で飽和し、それを超
えると酸素と結合して非金属系介在物となり、衝撃特性
等に悪影響を及ぼす様になるので、０．０６％を上限と
定めた。
り、鋼中のＮと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒の粗大
化を防止する作用を有している。こうした効果を有効に
発揮させるには０．０１５％以上含有させなければなら
ないが、その効果は０．０６％程度で飽和し、それを超
えると酸素と結合して非金属系介在物となり、衝撃特性
等に悪影響を及ぼす様になるので、０．０６％を上限と
定めた。
【００１９】Ｎ：０．００５〜０．０３０％ Ｎは鋼中でＡｌ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ等と結合して窒化物を
生成し、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有しており、
その効果は０．００５％以上含有させることによって有
効に発揮される。しかし、それらの効果は約０．０３０
％で飽和し、それ以上に含有させると窒化物が介在物と
なって物性に悪影響を及ぼす様になるので、それ以上の
添加は避けなければならない。
生成し、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有しており、
その効果は０．００５％以上含有させることによって有
効に発揮される。しかし、それらの効果は約０．０３０
％で飽和し、それ以上に含有させると窒化物が介在物と
なって物性に悪影響を及ぼす様になるので、それ以上の
添加は避けなければならない。
【００２０】本発明で使用する鋼材の必須元素は以上の
通りであり、残部はＦｅおよび不可避的不純物である
が、不可避的に混入してくるＳｉ，ＰおよびＳは、下記
の理由から夫々できるだけ少なく抑えることが望まし
い。
通りであり、残部はＦｅおよび不可避的不純物である
が、不可避的に混入してくるＳｉ，ＰおよびＳは、下記
の理由から夫々できるだけ少なく抑えることが望まし
い。
【００２１】Ｓｉ：０．５％以下 Ｓｉは、強化元素あるいは脱酸性元素として有効に作用
する反面、粒界酸化を助長して曲げ疲労特性を劣化させ
ると共に冷間鍛造性にも悪影響を及ぼす。従ってこうし
た障害をなくすにはその含有量を０．５％以下に抑えな
ければならず、特に高レベルの曲げ疲労特性が求められ
るときは、その含有量を０．１％以下に抑えることが望
まれる。こうした観点から、Ｓｉのより好ましい含有量
は０．０２〜０．１％の範囲である。
する反面、粒界酸化を助長して曲げ疲労特性を劣化させ
ると共に冷間鍛造性にも悪影響を及ぼす。従ってこうし
た障害をなくすにはその含有量を０．５％以下に抑えな
ければならず、特に高レベルの曲げ疲労特性が求められ
るときは、その含有量を０．１％以下に抑えることが望
まれる。こうした観点から、Ｓｉのより好ましい含有量
は０．０２〜０．１％の範囲である。
【００２２】Ｐ：０．０３０％以下 Ｐは結晶粒界に偏析して靭性を低下させるので、その上
限は０．０３と定めた。Ｐのより好ましい含有量は０．
０２％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
限は０．０３と定めた。Ｐのより好ましい含有量は０．
０２％以下、更に好ましくは０．０１％以下である。
【００２３】Ｓ：０．０３５％以下 ＳはＭｎＳを生成し、被削性の向上に寄与するが、本発
明を歯車等に適用する場合は、縦目の衝撃特性だけでな
く横目の衝撃特性も重要であり、横目の衝撃特性向上に
は異方性の低減が必要となり、そのためにはＳ含有量を
０．０３５％以下に抑えなければならない。Ｓのより好
ましい含有量は０．０２５％以下、更に好ましくは０．
０２０％以下である。また本発明の鋼材には、上記の必
須元素に加えて下記の様な元素を適量含有せしめ、肌焼
き用鋼としての特性を一段と高めることも有効である。
明を歯車等に適用する場合は、縦目の衝撃特性だけでな
く横目の衝撃特性も重要であり、横目の衝撃特性向上に
は異方性の低減が必要となり、そのためにはＳ含有量を
０．０３５％以下に抑えなければならない。Ｓのより好
ましい含有量は０．０２５％以下、更に好ましくは０．
０２０％以下である。また本発明の鋼材には、上記の必
須元素に加えて下記の様な元素を適量含有せしめ、肌焼
き用鋼としての特性を一段と高めることも有効である。
【００２４】Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下
およびＮｉ：３．０％以下よりなる群から選択される少
なくとも１種の元素 これらの元素は、焼入れ性を高めあるいは焼入れ組織を
微細化する作用を有する点で有用元素であり、特にＣｒ
は優れた焼入れ性向上効果を有しており、またＭｏは不
完全焼入れ組織の低減と焼入れ性の向上、更には粒界強
度の向上に有効に作用し、更にＮｉは焼入れ後の組織を
微細化して耐衝撃性の向上に寄与する。こうした効果
は、好ましくはＣｒ：０．２％程度以上、Ｍｏ：０．０
８％程度以上、Ｎｉ：０．２％程度以上のうち１少なく
とも１種を含有させることによって有効に発揮される
が、Ｃｒ量が３．０％を超えるとＣｒが炭化物を生成し
て粒界偏析を起こし、粒界強度を低下させて靭性に悪影
響を及ぼし、Ｍｏの上記効果は約１．０％で飽和し、ま
たＮｉの上記効果も３．０％で飽和するので、それ以上
の添加は経済的に全く無駄である。
およびＮｉ：３．０％以下よりなる群から選択される少
なくとも１種の元素 これらの元素は、焼入れ性を高めあるいは焼入れ組織を
微細化する作用を有する点で有用元素であり、特にＣｒ
は優れた焼入れ性向上効果を有しており、またＭｏは不
完全焼入れ組織の低減と焼入れ性の向上、更には粒界強
度の向上に有効に作用し、更にＮｉは焼入れ後の組織を
微細化して耐衝撃性の向上に寄与する。こうした効果
は、好ましくはＣｒ：０．２％程度以上、Ｍｏ：０．０
８％程度以上、Ｎｉ：０．２％程度以上のうち１少なく
とも１種を含有させることによって有効に発揮される
が、Ｃｒ量が３．０％を超えるとＣｒが炭化物を生成し
て粒界偏析を起こし、粒界強度を低下させて靭性に悪影
響を及ぼし、Ｍｏの上記効果は約１．０％で飽和し、ま
たＮｉの上記効果も３．０％で飽和するので、それ以上
の添加は経済的に全く無駄である。
【００２５】Ｃｕ：２．０％以下 Ｃｕは耐食性の向上に有効に作用する元素であり、その
効果は好ましくは０．３％以上含有させることによって
有効に発揮されるが、その効果は２．０％で飽和するの
でそれ以上の含有は無駄である。尚Ｃｕを単独で含有さ
せると、鋼材の熱間加工性が悪くなる傾向があるので、
こうした弊害を回避するには、熱間加工性向上効果を有
するＮｉを前記含有量の範囲で併用することが望まし
い。
効果は好ましくは０．３％以上含有させることによって
有効に発揮されるが、その効果は２．０％で飽和するの
でそれ以上の含有は無駄である。尚Ｃｕを単独で含有さ
せると、鋼材の熱間加工性が悪くなる傾向があるので、
こうした弊害を回避するには、熱間加工性向上効果を有
するＮｉを前記含有量の範囲で併用することが望まし
い。
【００２６】Ｖ：０．５％以下、Ｔｉ：０．１％以下お
よびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選択される少な
くとも１種の元素 これらの元素はＣやＮと結合して炭化物や窒化物を生成
し、結晶粒を微細化して靭性（耐衝撃性）の向上に寄与
するが、夫々上限値付近でその効果は飽和し、却って被
削性や冷間加工性に悪影響を及ぼす恐れがでてくるの
で、夫々上限値以下に抑えなければならない。これら元
素の添加効果を有効に発揮させるための好ましい下限値
はＶ：０．０３％程度、Ｔｉ：０．００５％程度および
Ｎｂ：０．００５％程度である。
よびＮｂ：０．１％以下よりなる群から選択される少な
くとも１種の元素 これらの元素はＣやＮと結合して炭化物や窒化物を生成
し、結晶粒を微細化して靭性（耐衝撃性）の向上に寄与
するが、夫々上限値付近でその効果は飽和し、却って被
削性や冷間加工性に悪影響を及ぼす恐れがでてくるの
で、夫々上限値以下に抑えなければならない。これら元
素の添加効果を有効に発揮させるための好ましい下限値
はＶ：０．０３％程度、Ｔｉ：０．００５％程度および
Ｎｂ：０．００５％程度である。
【００２７】Ｃａ：０．０８％以下および／もしくはＺ
ｒ：０８％以下 Ｃａは、硬質の介在物を柔軟な介在物で包み込み、また
ＺｒはＭｎＳを球状化させ、いずれも被削性の向上に寄
与するほか、両元素ともＭｎＳの球状化による異方性の
低減によって横目の衝撃特性を高める作用を有している
が、それらの効果は夫々０．０８％で飽和する。尚これ
らの元素の上記効果を有効に発揮させるための好ましい
下限値は、Ｃａ：０．０００５％程度、Ｚｒ：０．００
２％程度である。
ｒ：０８％以下 Ｃａは、硬質の介在物を柔軟な介在物で包み込み、また
ＺｒはＭｎＳを球状化させ、いずれも被削性の向上に寄
与するほか、両元素ともＭｎＳの球状化による異方性の
低減によって横目の衝撃特性を高める作用を有している
が、それらの効果は夫々０．０８％で飽和する。尚これ
らの元素の上記効果を有効に発揮させるための好ましい
下限値は、Ｃａ：０．０００５％程度、Ｚｒ：０．００
２％程度である。
【００２８】Ｓｂ：０．０２％ Ｓｂは、粒界酸化を抑制して曲げ疲労強度を高めるうえ
で有効な元素であるが、その効果は０．０２％で飽和す
るので、それ以上の添加は経済的に無駄である。該Ｓｂ
の添加効果を有効に発揮させるための好ましい下限値は
０．００１％程度である。
で有効な元素であるが、その効果は０．０２％で飽和す
るので、それ以上の添加は経済的に無駄である。該Ｓｂ
の添加効果を有効に発揮させるための好ましい下限値は
０．００１％程度である。
【００２９】本発明の肌焼き鋼は上記成分組成の要件を
満たし、且つジョミニー焼入性曲線におけるＪ９（ｍ
ｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下である鋼材を使用する
ものであるが、前述の如く、そのジョミニー焼入性曲線
において浸炭（もしくは浸炭窒化）焼入れ処理後の部品
の芯部硬さに相当するジョミニー位置との関係および臨
界冷却速度ＶC1a とＶC2a 、またはＶC1b とＶC2b の関
係も加味して成分組成を更に厳密に規定することが必要
であり、この様に鋼材の成分組成を、当該鋼材のジョミ
ニー焼入性曲線における硬さが浸炭（もしくは浸炭窒
化）焼入れ処理後の鋼材の芯部強度に相当する硬さ示す
ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を加味して適正に調整する
ことによって、浸炭（もしくは浸炭窒化）後の焼入れに
より芯部と表層部の金属組織を適正なものとすることが
でき、優れた衝撃特性と疲労特性を兼ね備えた肌焼き鋼
製品を与える肌焼き用鋼を提供し得ることになった。
満たし、且つジョミニー焼入性曲線におけるＪ９（ｍ
ｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下である鋼材を使用する
ものであるが、前述の如く、そのジョミニー焼入性曲線
において浸炭（もしくは浸炭窒化）焼入れ処理後の部品
の芯部硬さに相当するジョミニー位置との関係および臨
界冷却速度ＶC1a とＶC2a 、またはＶC1b とＶC2b の関
係も加味して成分組成を更に厳密に規定することが必要
であり、この様に鋼材の成分組成を、当該鋼材のジョミ
ニー焼入性曲線における硬さが浸炭（もしくは浸炭窒
化）焼入れ処理後の鋼材の芯部強度に相当する硬さ示す
ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を加味して適正に調整する
ことによって、浸炭（もしくは浸炭窒化）後の焼入れに
より芯部と表層部の金属組織を適正なものとすることが
でき、優れた衝撃特性と疲労特性を兼ね備えた肌焼き鋼
製品を与える肌焼き用鋼を提供し得ることになった。
【００３０】従って、上記成分組成の要件を満足する肌
焼き用鋼を用いて肌焼き鋼製品を製造するに当たって
は、当該鋼材を所定の形状に加工した後、これを浸炭
（もしくは浸炭窒化）処理を施してから焼入れを行なう
際に、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線における硬さ
が、浸炭焼入れ処理（もしくは浸炭窒化焼入れ処理）後
の部品の芯部硬さ相当するジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）
を求めると共に、初析フェライト面積率が５％を超えて
生成しない臨界冷却速度ＶC1a またはＶC1b （℃／秒）
とマルテンサイト面積率が９０％となる臨界冷却速度Ｖ
C2a またはＶC2b （℃／秒）を、当該鋼材の成分組成か
ら前記式(1),(2) によって求め、前記ジョミニー位置Ｊ
eq（ｍｍ）を前記「Ｖ＝３９０eq -1.35 」の式に代入す
ることにより求められる平均冷却速度Ｖが、上記臨界冷
却速度ＶC1a またはＶC1b （℃／秒）とＶC2a またはＶ
C2b （℃／秒）の範囲内となる様に鋼材の成分組成を調
整すればよい。
焼き用鋼を用いて肌焼き鋼製品を製造するに当たって
は、当該鋼材を所定の形状に加工した後、これを浸炭
（もしくは浸炭窒化）処理を施してから焼入れを行なう
際に、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線における硬さ
が、浸炭焼入れ処理（もしくは浸炭窒化焼入れ処理）後
の部品の芯部硬さ相当するジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）
を求めると共に、初析フェライト面積率が５％を超えて
生成しない臨界冷却速度ＶC1a またはＶC1b （℃／秒）
とマルテンサイト面積率が９０％となる臨界冷却速度Ｖ
C2a またはＶC2b （℃／秒）を、当該鋼材の成分組成か
ら前記式(1),(2) によって求め、前記ジョミニー位置Ｊ
eq（ｍｍ）を前記「Ｖ＝３９０eq -1.35 」の式に代入す
ることにより求められる平均冷却速度Ｖが、上記臨界冷
却速度ＶC1a またはＶC1b （℃／秒）とＶC2a またはＶ
C2b （℃／秒）の範囲内となる様に鋼材の成分組成を調
整すればよい。
【００３１】即ち、冷却条件に応じて鋼材の成分組成を
適正に調整することによって、芯部のマルテンサイト面
積率を９０％以下、初析フェライト面積率を５％以下と
することができ、得られる浸炭（もしくは浸炭窒化）焼
入れ製品、即ち肌焼き鋼製品の衝撃特性と疲労特性をい
ずれも非常に優れたものとすることが可能となるのであ
る。
適正に調整することによって、芯部のマルテンサイト面
積率を９０％以下、初析フェライト面積率を５％以下と
することができ、得られる浸炭（もしくは浸炭窒化）焼
入れ製品、即ち肌焼き鋼製品の衝撃特性と疲労特性をい
ずれも非常に優れたものとすることが可能となるのであ
る。
【００３２】尚本発明に係る肌焼き用鋼に浸炭（もしく
は浸炭窒化）を施すときの具体的な方法や条件等には一
切制限がなく、従来から知られた例えばガス浸炭（また
は浸炭窒化）法、固体浸炭（または浸炭窒化）法、液体
浸炭（または浸炭窒化）法、プラズマ浸炭（または浸炭
窒化）法、真空浸炭（または浸炭窒化）法などを全て採
用することが可能である。
は浸炭窒化）を施すときの具体的な方法や条件等には一
切制限がなく、従来から知られた例えばガス浸炭（また
は浸炭窒化）法、固体浸炭（または浸炭窒化）法、液体
浸炭（または浸炭窒化）法、プラズマ浸炭（または浸炭
窒化）法、真空浸炭（または浸炭窒化）法などを全て採
用することが可能である。
【００３３】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明をより具体的に説
明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を
受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で
変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を
受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲で
変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３４】実施例 表１〜３に示す１〜５３の化学組成を有する鋼材を１５
０ｋｇの真空溶解炉で溶製し鋳造した後直径３０ｍｍに
熱間鍛造し、溶体化処理（１２５０℃×１時間→空冷）
および焼ならし処理（８５０℃×１時間→空冷）を行な
った後、機械加工によって図３，４に示すシャルピー衝
撃試験片、更に表１〜３の３，５，１２，４６について
は衝撃曲げ疲労試験片を作製し、夫々の試験片につい
て、図５に示す条件で浸炭焼入れを行なった後、室温で
の衝撃試験および松村式繰り返し衝撃曲げ疲労試験を行
なった。また、夫々の鋼材について上記と同様の溶製・
鋳造・熱間鍛造・溶体化処理・焼ならし処理を行なった
後、ＪＩＳ Ｇ ０５６１に従ってジョミニー焼入れ試
験を行なった。
０ｋｇの真空溶解炉で溶製し鋳造した後直径３０ｍｍに
熱間鍛造し、溶体化処理（１２５０℃×１時間→空冷）
および焼ならし処理（８５０℃×１時間→空冷）を行な
った後、機械加工によって図３，４に示すシャルピー衝
撃試験片、更に表１〜３の３，５，１２，４６について
は衝撃曲げ疲労試験片を作製し、夫々の試験片につい
て、図５に示す条件で浸炭焼入れを行なった後、室温で
の衝撃試験および松村式繰り返し衝撃曲げ疲労試験を行
なった。また、夫々の鋼材について上記と同様の溶製・
鋳造・熱間鍛造・溶体化処理・焼ならし処理を行なった
後、ＪＩＳ Ｇ ０５６１に従ってジョミニー焼入れ試
験を行なった。
【００３５】前記式（１），（２）により鋼材の成分組
成から求められる１０％または９０％マルテンサイトが
生成する臨界冷却速度ＶC1，ＶC2、心部硬さおよび衝撃
特性を表４〜６に示す。なお、浸炭焼入れ後のシャルピ
ー衝撃試験片および衝撃曲げ疲労試験片の心部硬さを測
定し、ジョミニー焼入性曲線に基づく焼入れ時の心部の
冷却速度に相当するジョミニー位置Ｊeqを求め、冷却速
度を算出した結果、Ｊ eqは夫々５ｍｍ，５．５ｍｍで、
冷却速度Ｖは夫々４４（℃／秒），３９（℃／秒）であ
った。
成から求められる１０％または９０％マルテンサイトが
生成する臨界冷却速度ＶC1，ＶC2、心部硬さおよび衝撃
特性を表４〜６に示す。なお、浸炭焼入れ後のシャルピ
ー衝撃試験片および衝撃曲げ疲労試験片の心部硬さを測
定し、ジョミニー焼入性曲線に基づく焼入れ時の心部の
冷却速度に相当するジョミニー位置Ｊeqを求め、冷却速
度を算出した結果、Ｊ eqは夫々５ｍｍ，５．５ｍｍで、
冷却速度Ｖは夫々４４（℃／秒），３９（℃／秒）であ
った。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】
【表５】
【００４１】
【表６】
【００４２】表１〜５からも明らかである様に、発明鋼
１〜４０は化学成分が本発明の規定要件を満足すると共
に、ジェミニー焼入性曲線におけるＪ９位置の硬さＨＲ
Ｃが５５以下であり、且つ浸炭焼入れ時の冷却速度Ｖ＝
４４（℃／秒）が初析フェライトが５％を超えて生成し
ない臨界冷却速度ＶC1a ，ＶC1b （℃／秒）以上で且つ
９０％マルテンサイトが生成する臨界冷却速度ＶC2a ，
ＶC2b （℃／秒）以下となる様に成分調整されているた
め、５０Ｊ／ｃｍ2 以上の高い衝撃値が得られている。
１〜４０は化学成分が本発明の規定要件を満足すると共
に、ジェミニー焼入性曲線におけるＪ９位置の硬さＨＲ
Ｃが５５以下であり、且つ浸炭焼入れ時の冷却速度Ｖ＝
４４（℃／秒）が初析フェライトが５％を超えて生成し
ない臨界冷却速度ＶC1a ，ＶC1b （℃／秒）以上で且つ
９０％マルテンサイトが生成する臨界冷却速度ＶC2a ，
ＶC2b （℃／秒）以下となる様に成分調整されているた
め、５０Ｊ／ｃｍ2 以上の高い衝撃値が得られている。
【００４３】これに対し鋼種４１，４２は、化学成分は
規定要件を満たしており、衝撃値は非常に高い値が得ら
れているが、冷却速度ＶがＶC1，ＶC2の範囲外であるた
め、心部硬さがＨｖ２５０以下と低く、ケースクラッシ
ングが発生し易く、疲労強度に問題がある。また比較鋼
４３，４４も、化学成分は規定要件を満たしているが、
冷却速度が不適正であるため満足な衝撃値が得られてい
ない。比較鋼４５，４６は、夫々Ｃ量、Ｍｎ量が規定範
囲を超えており、また冷却速度も不適正であるため、満
足な衝撃値が得られていない。比較鋼４７，４８は、夫
々Ｃ量、Ｍｎ量が不足しており、芯部の硬さがＨｖ２５
０以下であるためケースクラッシングが発生し、疲労強
度に問題を生じる可能性が高い。更に比較鋼４９はＡｌ
量が不足しており、浸炭処理時に結晶粒の粗大化が起こ
って衝撃値が低下している。
規定要件を満たしており、衝撃値は非常に高い値が得ら
れているが、冷却速度ＶがＶC1，ＶC2の範囲外であるた
め、心部硬さがＨｖ２５０以下と低く、ケースクラッシ
ングが発生し易く、疲労強度に問題がある。また比較鋼
４３，４４も、化学成分は規定要件を満たしているが、
冷却速度が不適正であるため満足な衝撃値が得られてい
ない。比較鋼４５，４６は、夫々Ｃ量、Ｍｎ量が規定範
囲を超えており、また冷却速度も不適正であるため、満
足な衝撃値が得られていない。比較鋼４７，４８は、夫
々Ｃ量、Ｍｎ量が不足しており、芯部の硬さがＨｖ２５
０以下であるためケースクラッシングが発生し、疲労強
度に問題を生じる可能性が高い。更に比較鋼４９はＡｌ
量が不足しており、浸炭処理時に結晶粒の粗大化が起こ
って衝撃値が低下している。
【００４４】比較鋼５０はＡｌ量が規定範囲を超えてお
り、非金属介在物が多量析出することに起因して衝撃値
が低下し、比較鋼５１はＮ量が不足する例で、浸炭処理
時に結晶粒の粗大化が起こって衝撃値が低下し、比較鋼
５２は、Ｎ量が規定範囲を超える例で、窒化物の多量析
出に起因して衝撃値が悪くなっており、いずれも本発明
の目的に合致しない。比較鋼５３はＪ９位置の硬さが規
定範囲を超えており、被削性が低下する可能性が高い。
り、非金属介在物が多量析出することに起因して衝撃値
が低下し、比較鋼５１はＮ量が不足する例で、浸炭処理
時に結晶粒の粗大化が起こって衝撃値が低下し、比較鋼
５２は、Ｎ量が規定範囲を超える例で、窒化物の多量析
出に起因して衝撃値が悪くなっており、いずれも本発明
の目的に合致しない。比較鋼５３はＪ９位置の硬さが規
定範囲を超えており、被削性が低下する可能性が高い。
【００４５】また図６からも明らかである様に、発明鋼
３，５，１２は、化学成分および冷却速度共に規定要件
を満足しているため、いずれも優れた衝撃曲げ疲労特性
を示しているが、比較鋼４３，４６は冷却速度が規定要
件満たしていないため衝撃曲げ疲労特性が悪い。
３，５，１２は、化学成分および冷却速度共に規定要件
を満足しているため、いずれも優れた衝撃曲げ疲労特性
を示しているが、比較鋼４３，４６は冷却速度が規定要
件満たしていないため衝撃曲げ疲労特性が悪い。
【００４６】前記表１に示した発明鋼１〜８について、
シャルピー衝撃試験片を作製し図７に示す条件で浸炭窒
化焼入れ・焼戻し処理を行なった後、室温で衝撃試験を
行なった。浸炭窒化処理後の心部硬さと衝撃特性は表７
に示す通りであり、いずれも５０Ｊ／ｃｍ2 以上の高い
衝撃値が得られている。
シャルピー衝撃試験片を作製し図７に示す条件で浸炭窒
化焼入れ・焼戻し処理を行なった後、室温で衝撃試験を
行なった。浸炭窒化処理後の心部硬さと衝撃特性は表７
に示す通りであり、いずれも５０Ｊ／ｃｍ2 以上の高い
衝撃値が得られている。
【００４７】
【表７】
【００４８】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、鋼
材の化学成分を、浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理
後の冷却速度とジョミニー焼入れ特性の関係も加味して
適正に調整することによって、優れた衝撃強度と衝撃曲
げ疲労特性を備え、更には被削性の優れた高強度肌焼き
鋼製品を与える肌焼き用鋼を提供し得ることになった。
材の化学成分を、浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理
後の冷却速度とジョミニー焼入れ特性の関係も加味して
適正に調整することによって、優れた衝撃強度と衝撃曲
げ疲労特性を備え、更には被削性の優れた高強度肌焼き
鋼製品を与える肌焼き用鋼を提供し得ることになった。
【図１】ジョミニー焼入性曲線の一例を示す図である。
【図２】ジョミニー距離と９００〜３００℃間の平均冷
却速度の関係を示すグラフである。
却速度の関係を示すグラフである。
【図３】実験で使用した衝撃試験片の形状を示す図であ
る。
る。
【図４】実験で採用した繰返し衝撃曲げ疲労試験片の形
状を示す図である。
状を示す図である。
【図５】実験で採用した浸炭焼入れ・焼戻し処理条件を
示す図である。
示す図である。
【図６】衝撃曲げ疲労試験における繰返し数と繰返し応
力について、実施例と比較例の実験結果を対比して示す
グラフである。
力について、実施例と比較例の実験結果を対比して示す
グラフである。
【図７】実験で採用した浸炭窒化焼入れ処理条件を示す
図である。
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/60 Ｃ２２Ｃ 38/60 (56)参考文献 特開 昭61−106715（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−195257（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−17189（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 6/00
Claims (7)
- 【請求項１】Ｃ：０．０５〜０．３０％（以下、特記し
ない限りｍａｓｓ％を意味する） Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材であって、該鋼材のジョミニー焼入性曲線
におけるＪ９（ｍｍ）位置（ジョミニー試験における焼
入れ端から９ｍｍ離れた位置を表わす：以下同じ）の硬
さＨＲＣが５５以下であり、且つ該鋼材を用いて成形さ
れた部品を浸炭もしくは浸炭窒化処理した後に行なわれ
る焼入れ時の平均冷却速度をＶとしたとき、ＶC1a ，Ｖ
C2a が下記［Ｉa ］式の関係を満たす様に成分調整した
ものであることを特徴とする高強度高靭性肌焼き用鋼。 平均冷却速度（Ｖ）＝３９０Ｊeq -1.35 式中、Ｊeqは、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線におい
て、その硬さが浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ後の
部品の芯部硬さに相当するジョミニー位置（焼入れ端か
らの距離を意味する：以下同じ）を表わす。 ＶC1a ＝１０k1a ≦平均冷却速度（Ｖ）≦ＶC2a ＝１０k2a ……［Ｉa ］ 式中、ｋ1a＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-3.86[P%] ｋ2a＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-9.45[P%] - 【請求項２】 Ｃ：０．０５〜０．３０％ Ｍｎ：０．３〜３．０％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ を含有すると共に Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下およびＮｉ：
３．０％以下よりなる群から選択される少なくとも１種
の元素を含有し、 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材であって、該鋼材のジョミニー焼入性曲線
におけるＪ９（ｍｍ）位置の硬さＨＲＣが５５以下であ
り、且つ該鋼材を用いて成形された部品を浸炭もしくは
浸炭窒化処理した後に行なわれる焼入れ時の平均冷却速
度をＶとしたとき、ＶC1b ，ＶC2b が下記［Ｉb ］式の
関係を満たす様に成分調整したものであることを特徴と
する高強度高靭性肌焼き用鋼。 平均冷却速度（Ｖ）＝３９０Ｊeq -1.35 式中、Ｊeqは、当該鋼材のジョミニー焼入性曲線におい
て、その硬さが浸炭焼入れ若しくは浸炭窒化焼入れ後の
部品の芯部硬さに相当するジョミニー位置を表わす。 ＶC1b ＝１０k1b ≦平均冷却速度（Ｖ）≦ＶC2b ＝１０k2b ……［Ｉb ］ 式中、ｋ1b＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18[Mo%]-3.86[P%] -0.20[Ni%] ｋ2b＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66[Mo%]-9.45[P%] -0.33[Ni%] - 【請求項３】 鋼材中に不純物として含まれるＳｉ量が
０．５％以下、Ｐ量が０．０３０％以下、Ｓ量が０．０
３５％以下である請求項１または２に記載の高強度高靭
性肌焼き用鋼。 - 【請求項４】 鋼材が、更に他の元素としてＣｕ：２．
０％以下を含有するものである請求項１〜３のいずれか
に記載の高強度高靭性肌焼き用鋼。 - 【請求項５】 鋼材が、更に他の元素としてＶ：０．５
％以下、Ｔｉ：０．１％以下およびＮｂ：０．１％以下
よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有
するものである請求項１〜４のいずれかに記載の高強度
高靭性肌焼き用鋼。 - 【請求項６】 鋼材が、更に他の元素としてＣａ：０．
０８％以下および／もしくはＺｒ：０．０８％以下を含
有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の高強
度高靭性肌焼き用鋼。 - 【請求項７】 鋼材が、更に他の元素としてＳｂ：０．
０２％以下を含有するものである請求項１〜６のいずれ
かに記載の高強度高靭性肌焼き用鋼。
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| JP07206311A JP3094856B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 高強度高靭性肌焼き用鋼 |
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| JP07206311A JP3094856B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 高強度高靭性肌焼き用鋼 |
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| JPH0953149A JPH0953149A (ja) | 1997-02-25 |
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| JP07206311A Expired - Fee Related JP3094856B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 高強度高靭性肌焼き用鋼 |
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| WO2019044970A1 (ja) | 2017-08-31 | 2019-03-07 | 新日鐵住金株式会社 | 浸炭用鋼板、及び、浸炭用鋼板の製造方法 |
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1995
- 1995-08-11 JP JP07206311A patent/JP3094856B2/ja not_active Expired - Fee Related
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