JP3283900B2 - 鋼の高強度化熱処理法 - Google Patents
鋼の高強度化熱処理法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は鋼の高強度化熱処理法、
特に、浸炭処理とマルテンパ処理とを組合せた熱処理法
に関する。
特に、浸炭処理とマルテンパ処理とを組合せた熱処理法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、量産レベルの鋼（例えば鋼製ギ
ヤ）の熱処理法としては、浸炭処理、オイル焼入れ処理
および焼戻し処理を順次行う方法が一般に採用されてい
る。
ヤ）の熱処理法としては、浸炭処理、オイル焼入れ処理
および焼戻し処理を順次行う方法が一般に採用されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
より得られた鋼は疲労強度において難があり、この点改
良が望まれていた。
より得られた鋼は疲労強度において難があり、この点改
良が望まれていた。
【０００４】本発明は、鋼の熱処理においてマルテンサ
イト組織に連なって形成される下部ベイナイト組織の高
い靱性に着目し、この下部ベイナイト組織を含む領域を
拡張させることによって鋼の高強度化、特に、高疲労強
度化を達成し得るようにした前記熱処理法を提供するこ
とを目的とする。
イト組織に連なって形成される下部ベイナイト組織の高
い靱性に着目し、この下部ベイナイト組織を含む領域を
拡張させることによって鋼の高強度化、特に、高疲労強
度化を達成し得るようにした前記熱処理法を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼の高強度
化熱処理法は、肌焼鋼に８００℃以上、９５０℃以下の
条件下で浸炭処理を施すことにより、表面側に浸炭層を
備えた鋼を得る工程と、焼入温度を保有する浸炭処理後
の前記鋼を２１０℃以上、２３０℃以下の塩浴に焼入れ
して１０分間以上、２０分間以下恒温保持した後徐冷す
るマルテンパ処理を行うことにより前記浸炭層を熱処理
組織層に変化させ、その熱処理組織層の表面側領域がマ
ルテンサイト組織であり、また前記表面側領域に連なる
内側領域がマルテンサイト組織および下部ベイナイト組
織を含む混合組織であり、且つ前記内側領域の深さが前
記熱処理組織層の深さの５０％以上、７０％以下である
鋼を得る工程とを順次行うことを特徴とする。
化熱処理法は、肌焼鋼に８００℃以上、９５０℃以下の
条件下で浸炭処理を施すことにより、表面側に浸炭層を
備えた鋼を得る工程と、焼入温度を保有する浸炭処理後
の前記鋼を２１０℃以上、２３０℃以下の塩浴に焼入れ
して１０分間以上、２０分間以下恒温保持した後徐冷す
るマルテンパ処理を行うことにより前記浸炭層を熱処理
組織層に変化させ、その熱処理組織層の表面側領域がマ
ルテンサイト組織であり、また前記表面側領域に連なる
内側領域がマルテンサイト組織および下部ベイナイト組
織を含む混合組織であり、且つ前記内側領域の深さが前
記熱処理組織層の深さの５０％以上、７０％以下である
鋼を得る工程とを順次行うことを特徴とする。
【０００６】
【作用】前記浸炭処理によれば、炭素量を表面側より内
部に向けて漸減させた適当深さの浸炭層を有する鋼が得
られる。
部に向けて漸減させた適当深さの浸炭層を有する鋼が得
られる。
【０００７】そして、前記鋼に前記のように特定された
マルテンパ処理を施すと、浸炭層が熱処理組織層に変化
して、その表面側領域は、浸炭層の高炭素量域に対応す
ることからマルテンサイト組織となる。一方、内側領域
は、浸炭層のうち、低炭素量域に対応することからマル
テンサイト組織および下部ベイナイト組織を含む混合組
織となる。
マルテンパ処理を施すと、浸炭層が熱処理組織層に変化
して、その表面側領域は、浸炭層の高炭素量域に対応す
ることからマルテンサイト組織となる。一方、内側領域
は、浸炭層のうち、低炭素量域に対応することからマル
テンサイト組織および下部ベイナイト組織を含む混合組
織となる。
【０００８】従来法のように、オイル焼入れ処理を適用
した場合、下部ベイナイト組織を含む領域の深さは、熱
処理組織層の深さの約３０％と浅く、また下部ベイナイ
ト生成量も少ないが、本発明においては下部ベイナイト
組織を含む内側領域が前記のように拡張され、また下部
ベイナイト生成量も比較的多くなるので、その下部ベイ
ナイト組織の高い靱性を有効に利用して鋼の疲労強度を
大幅に向上させることができる。
した場合、下部ベイナイト組織を含む領域の深さは、熱
処理組織層の深さの約３０％と浅く、また下部ベイナイ
ト生成量も少ないが、本発明においては下部ベイナイト
組織を含む内側領域が前記のように拡張され、また下部
ベイナイト生成量も比較的多くなるので、その下部ベイ
ナイト組織の高い靱性を有効に利用して鋼の疲労強度を
大幅に向上させることができる。
【０００９】ただし、内側領域の深さが熱処理組織層の
深さの５０％未満であるか、または７０％を超えると鋼
の疲労強度が低下する。浸炭処理において、その処理温
度が８００℃未満では浸炭層が浅く、またその炭素量も
少ないため浸炭処理の目的を達成することができず、一
方、処理温度が９５０℃を超えると、浸炭層が深くなり
過ぎ、またその炭素量も過多となるため、浸炭層の割
れ、剥離等の欠陥を生じ易くなる。
深さの５０％未満であるか、または７０％を超えると鋼
の疲労強度が低下する。浸炭処理において、その処理温
度が８００℃未満では浸炭層が浅く、またその炭素量も
少ないため浸炭処理の目的を達成することができず、一
方、処理温度が９５０℃を超えると、浸炭層が深くなり
過ぎ、またその炭素量も過多となるため、浸炭層の割
れ、剥離等の欠陥を生じ易くなる。
【００１０】マルテンパ処理において、その塩浴温度が
２１０℃未満では前記恒温保持時間において鋼の疲労強
度向上効果が小さく、一方、塩浴温度が２３０℃を超え
ると、前記恒温保持時間において鋼の疲労強度が低下す
る。
２１０℃未満では前記恒温保持時間において鋼の疲労強
度向上効果が小さく、一方、塩浴温度が２３０℃を超え
ると、前記恒温保持時間において鋼の疲労強度が低下す
る。
【００１１】またマルテンパ処理の恒温保持時間につい
ては、それが１０分間未満では前記塩浴温度において鋼
の疲労強度向上効果が小さく、一方、恒温保持時間が２
０分間を超えると、前記塩浴温度において鋼の疲労強度
が低下する。
ては、それが１０分間未満では前記塩浴温度において鋼
の疲労強度向上効果が小さく、一方、恒温保持時間が２
０分間を超えると、前記塩浴温度において鋼の疲労強度
が低下する。
【００１２】
【実施例】表１は、本発明で用いられる肌焼鋼の第１組
成例を示し、この鋼はＪＩＳ ＳＣｒ４２０に相当す
る。
成例を示し、この鋼はＪＩＳ ＳＣｒ４２０に相当す
る。
【００１３】
【表１】 表２は、本発明で用いられる肌焼鋼の第２組成例を示
し、この鋼はＪＩＳ ＳＣＭ４２０に相当する。
し、この鋼はＪＩＳ ＳＣＭ４２０に相当する。
【００１４】
【表２】 図１は、前記肌焼鋼を用いて熱処理を行う場合の時間と
温度との関係を示す。
温度との関係を示す。
【００１５】図１において、浸炭処理工程ＣＡではガス
浸炭法が適用され、処理温度は８００℃以上、９５０℃
以下に、また処理時間は１時間以上、５時間以下にそれ
ぞれ設定される。
浸炭法が適用され、処理温度は８００℃以上、９５０℃
以下に、また処理時間は１時間以上、５時間以下にそれ
ぞれ設定される。
【００１６】焼入温度保持工程ＨＡでは、焼入温度は８
２０℃以上、８６０℃以下に、またその保持時間は５分
間以上、２０分間以下にそれぞれ設定される。
２０℃以上、８６０℃以下に、またその保持時間は５分
間以上、２０分間以下にそれぞれ設定される。
【００１７】マルテンパ処理工程ＭＡでは硝石系塩浴が
用いられ、塩浴温度は２１０℃以上、２３０℃以下に、
また恒温保持時間は１０分間以上、２０分間以下にそれ
ぞれ設定される。
用いられ、塩浴温度は２１０℃以上、２３０℃以下に、
また恒温保持時間は１０分間以上、２０分間以下にそれ
ぞれ設定される。
【００１８】前記浸炭処理により浸炭層を有する鋼が得
られ、その炭素量は表面側より内部に向けて漸減してい
る。この場合、浸炭層の深さは０．９mm程度である。
られ、その炭素量は表面側より内部に向けて漸減してい
る。この場合、浸炭層の深さは０．９mm程度である。
【００１９】このような鋼が焼入温度を保有している状
態で、それに前記マルテンパ処理を施すと、図２に示す
ように浸炭層の変化によって、それに対応した深さｄ1
を有する熱処理組織層１を備えた鋼２が得られる。
態で、それに前記マルテンパ処理を施すと、図２に示す
ように浸炭層の変化によって、それに対応した深さｄ1
を有する熱処理組織層１を備えた鋼２が得られる。
【００２０】この場合、熱処理組織層１の表面側領域３
は、浸炭層の高炭素量域が図３（ａ）に示すようにＳ曲
線のＭｓ点上で恒温変態することによって生成されるの
で、マルテンサイト組織Ｍａとなる。また表面側領域３
に連なる内側領域４は、後述するようにマルテンサイト
組織Ｍａおよび下部ベイナイト組織Ｌｂを含む混合組織
Ｍとなる。この内側領域４の深さｄ2 は熱処理組織層１
の深さｄ1 の５０％以上である。
は、浸炭層の高炭素量域が図３（ａ）に示すようにＳ曲
線のＭｓ点上で恒温変態することによって生成されるの
で、マルテンサイト組織Ｍａとなる。また表面側領域３
に連なる内側領域４は、後述するようにマルテンサイト
組織Ｍａおよび下部ベイナイト組織Ｌｂを含む混合組織
Ｍとなる。この内側領域４の深さｄ2 は熱処理組織層１
の深さｄ1 の５０％以上である。
【００２１】内側領域４は表面側領域３に連なる第１内
側領域形成部４1 と、それに連なる第２内側領域形成部
４2 とよりなる。第１内側領域形成部４1 は、浸炭層の
中炭素量域が図３（ｂ）に示すようにＳ曲線のＭｓ点お
よびＭｆ点間のマルテンサイト区域Ｒｍで恒温変態し、
それが下部ベイナイト区域Ｒｂまで続行されることによ
って生成されるので、マルテンサイト組織Ｍａおよび下
部ベイナイト組織Ｌｂよりなる第１混合組織Ｍ1 とな
る。第２内側領域形成部４2 は、浸炭層の低炭素量域が
図３（ｃ）に示すようにＳ曲線のＭｆ点上で恒温変態
し、それが下部ベイナイト区域Ｒｂまで続行されること
によって生成されるので、マルテンサイト組織Ｍａ、下
部ベイナイト組織Ｌｂおよび中間混合組織ｍよりなる第
２混合組織Ｍ 2 となる。この中間混合組織ｍはフェライ
ト、パーライトおよび下部ベイナイトを含む。
側領域形成部４1 と、それに連なる第２内側領域形成部
４2 とよりなる。第１内側領域形成部４1 は、浸炭層の
中炭素量域が図３（ｂ）に示すようにＳ曲線のＭｓ点お
よびＭｆ点間のマルテンサイト区域Ｒｍで恒温変態し、
それが下部ベイナイト区域Ｒｂまで続行されることによ
って生成されるので、マルテンサイト組織Ｍａおよび下
部ベイナイト組織Ｌｂよりなる第１混合組織Ｍ1 とな
る。第２内側領域形成部４2 は、浸炭層の低炭素量域が
図３（ｃ）に示すようにＳ曲線のＭｆ点上で恒温変態
し、それが下部ベイナイト区域Ｒｂまで続行されること
によって生成されるので、マルテンサイト組織Ｍａ、下
部ベイナイト組織Ｌｂおよび中間混合組織ｍよりなる第
２混合組織Ｍ 2 となる。この中間混合組織ｍはフェライ
ト、パーライトおよび下部ベイナイトを含む。
【００２２】このようにして、下部ベイナイト組織Ｌｂ
を含む内側領域４を拡張させた高強度な鋼が得られる。
を含む内側領域４を拡張させた高強度な鋼が得られる。
【００２３】次に具体例について説明する。
【００２４】表３は、熱処理に用いられる肌焼鋼の組成
を示す。
を示す。
【００２５】
【表３】 前記肌焼鋼を用い、ガス浸炭法の適用下、処理温度９３
０℃、処理時間３時間の条件で浸炭処理を行って、表面
側に浸炭層を備えた鋼を得た。その鋼を８６０℃（焼入
温度）に１５分間保持し、その後、前記鋼を２１０℃の
塩浴に焼入れして１５分間恒温保持し、次いで徐冷とし
て湯洗を適用するマルテンパ処理を行った。
０℃、処理時間３時間の条件で浸炭処理を行って、表面
側に浸炭層を備えた鋼を得た。その鋼を８６０℃（焼入
温度）に１５分間保持し、その後、前記鋼を２１０℃の
塩浴に焼入れして１５分間恒温保持し、次いで徐冷とし
て湯洗を適用するマルテンパ処理を行った。
【００２６】図４は、浸炭処理後の鋼において、その表
面からの深さと炭素量との関係を示す。この場合、浸炭
層５の深さｄ3 は０．９mmである。浸炭層５において、
高炭素量域５1 の深さｄ4 は０．３６mmで、その炭素量
Ｃは０．６８重量％＜Ｃ≦約０．８５重量％である。ま
た中炭素量域５2 の深さｄ5 は０．２７mmで、その炭素
量Ｃは０．３８重量％＜Ｃ≦０．６８重量％である。さ
らに低炭素量域５3 の深さｄ6 は０．２７mmで、その炭
素量Ｃは０．２重量％＜Ｃ≦０．３８重量％である。
面からの深さと炭素量との関係を示す。この場合、浸炭
層５の深さｄ3 は０．９mmである。浸炭層５において、
高炭素量域５1 の深さｄ4 は０．３６mmで、その炭素量
Ｃは０．６８重量％＜Ｃ≦約０．８５重量％である。ま
た中炭素量域５2 の深さｄ5 は０．２７mmで、その炭素
量Ｃは０．３８重量％＜Ｃ≦０．６８重量％である。さ
らに低炭素量域５3 の深さｄ6 は０．２７mmで、その炭
素量Ｃは０．２重量％＜Ｃ≦０．３８重量％である。
【００２７】図５は、マルテンパ処理後の鋼において、
その表面からの深さと組織形態比率との関係を示す。
その表面からの深さと組織形態比率との関係を示す。
【００２８】この場合、浸炭層５の変化によって得られ
た熱処理組織層１の深さｄ1 は０．９mmである。熱処理
組織層１において、高炭素量域５1 に対応する表面側領
域３はマルテンサイト組織Ｍａであり、そのマルテンサ
イト組織Ｍａは略等量のα−マルテンサイト組織α−Ｍ
ａおよびβ−マルテンサイト組織β−Ｍａよりなる。ま
た表面側領域３に連なる内側領域４は、中炭素量域５2
に対応する第１内側領域形成部４1 と低炭素量域５3 に
対応する第２内側領域形成部４2 とよりなる。第１内側
領域形成部４1 は、マルテンサイト組織Ｍａおよび下部
ベイナイト組織Ｌｂよりなる第１混合組織Ｍ1 であり、
そのマルテンサイト組織Ｍａは微量のα−マルテンサイ
ト組織α−Ｍａを含むβ−マルテンサイト組織β−Ｍａ
よりなる。下部ベイナイト組織Ｌｂの存在率は、第１内
側領域形成部４1 の深さの増加に伴い急増し、最大深さ
において約２８％に達する。一方、第２内側領域形成部
４ 2 は、マルテンサイト組織Ｍａ、下部ベイナイト組織
Ｌｂおよび中間混合組織ｍよりなる第２混合組織Ｍ2 で
あり、そのマルテンサイト組織Ｍａはβ−マルテンサイ
ト組織β−Ｍａである。下部ベイナイト組織Ｌｂの存在
率は、第２内側領域形成部４2 の深さの増加に伴い、最
大値約２８％から漸減する。
た熱処理組織層１の深さｄ1 は０．９mmである。熱処理
組織層１において、高炭素量域５1 に対応する表面側領
域３はマルテンサイト組織Ｍａであり、そのマルテンサ
イト組織Ｍａは略等量のα−マルテンサイト組織α−Ｍ
ａおよびβ−マルテンサイト組織β−Ｍａよりなる。ま
た表面側領域３に連なる内側領域４は、中炭素量域５2
に対応する第１内側領域形成部４1 と低炭素量域５3 に
対応する第２内側領域形成部４2 とよりなる。第１内側
領域形成部４1 は、マルテンサイト組織Ｍａおよび下部
ベイナイト組織Ｌｂよりなる第１混合組織Ｍ1 であり、
そのマルテンサイト組織Ｍａは微量のα−マルテンサイ
ト組織α−Ｍａを含むβ−マルテンサイト組織β−Ｍａ
よりなる。下部ベイナイト組織Ｌｂの存在率は、第１内
側領域形成部４1 の深さの増加に伴い急増し、最大深さ
において約２８％に達する。一方、第２内側領域形成部
４ 2 は、マルテンサイト組織Ｍａ、下部ベイナイト組織
Ｌｂおよび中間混合組織ｍよりなる第２混合組織Ｍ2 で
あり、そのマルテンサイト組織Ｍａはβ−マルテンサイ
ト組織β−Ｍａである。下部ベイナイト組織Ｌｂの存在
率は、第２内側領域形成部４2 の深さの増加に伴い、最
大値約２８％から漸減する。
【００２９】この実施例において、下部ベイナイト組織
Ｌｂを含む内側領域４の深さｄ2 は０．５４mmであっ
て、熱処理組織層１の深さｄ1 の６０％である。
Ｌｂを含む内側領域４の深さｄ2 は０．５４mmであっ
て、熱処理組織層１の深さｄ1 の６０％である。
【００３０】比較のため、表３と同一組成の肌焼鋼を用
いて前記と同一条件下で浸炭処理を行い、表面側に図４
と同様の浸炭層を有する鋼を得た。その鋼を８６０℃
（焼入温度）に１５分間保持し、その後、前記鋼を１２
０℃のオイルに焼入れして１５分間保持した。
いて前記と同一条件下で浸炭処理を行い、表面側に図４
と同様の浸炭層を有する鋼を得た。その鋼を８６０℃
（焼入温度）に１５分間保持し、その後、前記鋼を１２
０℃のオイルに焼入れして１５分間保持した。
【００３１】図６は、オイル焼入れ処理後の比較例鋼に
おいて、その表面からの深さと組織形態比率との関係を
示す。
おいて、その表面からの深さと組織形態比率との関係を
示す。
【００３２】この場合、浸炭層の変化によって得られた
熱処理組織層１の深さｄ1 は０．９mmである。熱処理組
織層１において、表面側領域３はα−マルテンサイト組
織α−Ｍａである。表面側領域３に連なる内側領域４
は、表面側領域３より順次内側に配設された第１〜第３
内側領域形成部４1 〜４3 よりなる。第１内側領域形成
部４1 はα−マルテンサイト組織α−Ｍａおよび下部ベ
イナイト組織Ｌｂよりなる第１混合組織Ｍ1 である。下
部ベイナイト組織Ｌｂの存在率は、第１内側領域形成部
４の深さの増加に伴い漸増するが、最大深さにおいて約
３％といったように極めて低い。第２内側領域形成部４
2 はα−マルテンサイト組織α−Ｍａ、下部ベイナイト
組織Ｌｂおよび中間混合組織ｍよりなる第２混合組織Ｍ
2 である。下部ベイナイト組織Ｌｂの存在率は、第２内
側領域形成部４2 の深さの増加に伴い、最大値約３％か
ら漸減する。第３内側領域形成部４3 はα−マルテンサ
イト組織α−Ｍａおよび中間混合組織ｍよりなる第３混
合組織Ｍ3 であり、したがって第３内側領域形成部４3
は下部ベイナイト組織Ｌｂを含んでいない。
熱処理組織層１の深さｄ1 は０．９mmである。熱処理組
織層１において、表面側領域３はα−マルテンサイト組
織α−Ｍａである。表面側領域３に連なる内側領域４
は、表面側領域３より順次内側に配設された第１〜第３
内側領域形成部４1 〜４3 よりなる。第１内側領域形成
部４1 はα−マルテンサイト組織α−Ｍａおよび下部ベ
イナイト組織Ｌｂよりなる第１混合組織Ｍ1 である。下
部ベイナイト組織Ｌｂの存在率は、第１内側領域形成部
４の深さの増加に伴い漸増するが、最大深さにおいて約
３％といったように極めて低い。第２内側領域形成部４
2 はα−マルテンサイト組織α−Ｍａ、下部ベイナイト
組織Ｌｂおよび中間混合組織ｍよりなる第２混合組織Ｍ
2 である。下部ベイナイト組織Ｌｂの存在率は、第２内
側領域形成部４2 の深さの増加に伴い、最大値約３％か
ら漸減する。第３内側領域形成部４3 はα−マルテンサ
イト組織α−Ｍａおよび中間混合組織ｍよりなる第３混
合組織Ｍ3 であり、したがって第３内側領域形成部４3
は下部ベイナイト組織Ｌｂを含んでいない。
【００３３】この比較例鋼において、下部ベイナイト組
織Ｌｂを含む第１，第２内側領域形成部４1 ，４2 の深
さの和ｄ7 は０．３mmであって、熱処理組織層１の深さ
の３３％である。
織Ｌｂを含む第１，第２内側領域形成部４1 ，４2 の深
さの和ｄ7 は０．３mmであって、熱処理組織層１の深さ
の３３％である。
【００３４】以上の説明および図５，図６の比較から明
らかなように、前記マルテンパ処理によれば、下部ベイ
ナイト組織Ｌｂを含む領域４1 ，４2 をオイル焼入れ処
理による場合に比べて約２倍に拡張することができ、ま
た下部ベイナイト組織Ｌｂの存在率もオイル焼入れ処理
による場合に比べて７〜８倍程度に高めることができ
る。
らかなように、前記マルテンパ処理によれば、下部ベイ
ナイト組織Ｌｂを含む領域４1 ，４2 をオイル焼入れ処
理による場合に比べて約２倍に拡張することができ、ま
た下部ベイナイト組織Ｌｂの存在率もオイル焼入れ処理
による場合に比べて７〜８倍程度に高めることができ
る。
【００３５】図７は、マルテンパ処理後の鋼およびオイ
ル焼入れ処理後の鋼において、それらの鋼の表面からの
深さと硬さとの関係を示す。図７から明らかなように、
線ａ 1 で示すマルテンパ処理後の鋼の硬さは、線ａ2 で
示すオイル焼入れ処理後の鋼の硬さよりも若干低い。こ
れは、マルテンパ処理において、マルテンサイト組織が
自己焼戻しされることに起因するが、この程度の硬さの
低下は鋼の強度上問題はない。
ル焼入れ処理後の鋼において、それらの鋼の表面からの
深さと硬さとの関係を示す。図７から明らかなように、
線ａ 1 で示すマルテンパ処理後の鋼の硬さは、線ａ2 で
示すオイル焼入れ処理後の鋼の硬さよりも若干低い。こ
れは、マルテンパ処理において、マルテンサイト組織が
自己焼戻しされることに起因するが、この程度の硬さの
低下は鋼の強度上問題はない。
【００３６】次に、マルテンパ処理において、塩浴温度
を２１０℃一定（図５の場合と同じ）にすると共に恒温
保持時間を変えて二種の鋼を得、それら鋼について、そ
の表面からの深さと組織形態比率との関係を求めたとこ
ろ、図８，図９の結果が得られた。この場合、肌焼鋼と
しては表３と同一組成のものが用いられ、また浸炭処理
も前記と同一条件下で行われた。鋼の焼入温度もまた同
じである。
を２１０℃一定（図５の場合と同じ）にすると共に恒温
保持時間を変えて二種の鋼を得、それら鋼について、そ
の表面からの深さと組織形態比率との関係を求めたとこ
ろ、図８，図９の結果が得られた。この場合、肌焼鋼と
しては表３と同一組成のものが用いられ、また浸炭処理
も前記と同一条件下で行われた。鋼の焼入温度もまた同
じである。
【００３７】図８は恒温保持時間を１０分間に設定した
場合に、また図９は恒温保持時間を２０分間に設定した
場合にそれぞれ該当する。図８，図５，図９から明らか
なように、塩浴温度を一定にした場合、恒温保持時間を
１０分間（図８）、１５分間（図５）、２０分間（図
９）と増加させると、それに伴い内側領域４の深さｄ2
が増すことが判る。図８の内側領域４の深さｄ2 は熱処
理組織層１の深さｄ1 の５０％、図５の内側領域４の深
さｄ2 は熱処理組織層１の深さｄ1 の６０％、図９の内
側領域４の深さｄ2 は熱処理組織層１の深さｄ1 の７０
％である。
場合に、また図９は恒温保持時間を２０分間に設定した
場合にそれぞれ該当する。図８，図５，図９から明らか
なように、塩浴温度を一定にした場合、恒温保持時間を
１０分間（図８）、１５分間（図５）、２０分間（図
９）と増加させると、それに伴い内側領域４の深さｄ2
が増すことが判る。図８の内側領域４の深さｄ2 は熱処
理組織層１の深さｄ1 の５０％、図５の内側領域４の深
さｄ2 は熱処理組織層１の深さｄ1 の６０％、図９の内
側領域４の深さｄ2 は熱処理組織層１の深さｄ1 の７０
％である。
【００３８】次に、マルテンパ処理において、塩浴温度
を１９０℃から２４０℃の範囲で変化させ、また恒温保
持時間を５分間から２０分間の範囲で変化させて各種鋼
を得、それら鋼について塩浴温度と疲労限界との関係を
求め、また塩浴温度と衝撃吸収エネルギとの関係を求め
たところ、図１０および図１１の結果が得られた。
を１９０℃から２４０℃の範囲で変化させ、また恒温保
持時間を５分間から２０分間の範囲で変化させて各種鋼
を得、それら鋼について塩浴温度と疲労限界との関係を
求め、また塩浴温度と衝撃吸収エネルギとの関係を求め
たところ、図１０および図１１の結果が得られた。
【００３９】この場合、肌焼鋼の組成、浸炭処理条件お
よび鋼の焼入温度は前記例と同じである。疲労限界は回
転曲げ疲労試験により、また衝撃吸収エネルギはシャル
ピー衝撃試験によりそれぞれ測定された。
よび鋼の焼入温度は前記例と同じである。疲労限界は回
転曲げ疲労試験により、また衝撃吸収エネルギはシャル
ピー衝撃試験によりそれぞれ測定された。
【００４０】図１０，図１１において、各線ｂ1 〜ｂ4
で示す各鋼は恒温保持時間を異にするもので、線ｂ1 は
５分間、線ｂ2 は１０分間、線ｂ3 は１５分間、線ｂ4
は２０分間の各場合に該当する。
で示す各鋼は恒温保持時間を異にするもので、線ｂ1 は
５分間、線ｂ2 は１０分間、線ｂ3 は１５分間、線ｂ4
は２０分間の各場合に該当する。
【００４１】両図、線ｂ1 〜ｂ4 から明らかなように、
マルテンパ処理において、塩浴温度を２１０℃以上、２
３０℃以下に設定し、また恒温保持時間を１０分間以
上、２０分間以下に設定すると、疲労限界および衝撃吸
収エネルギを向上させた鋼を得ることができる。
マルテンパ処理において、塩浴温度を２１０℃以上、２
３０℃以下に設定し、また恒温保持時間を１０分間以
上、２０分間以下に設定すると、疲労限界および衝撃吸
収エネルギを向上させた鋼を得ることができる。
【００４２】また塩浴温度を２１０℃に設定し、恒温保
持時間を５分間から３０分間の範囲で変化させた鋼につ
いて、熱処理組織層１の深さｄ1 に対する内側領域４の
深さｄ2 の比率［（ｄ2 ／ｄ1 ）×１００］と疲労限界
との関係を求めたところ、図１２の結果が得られた。こ
の場合、前記比率は、鋼の研摩面をナイタルにより腐食
し、その腐食面を検鏡することによって求められた。
持時間を５分間から３０分間の範囲で変化させた鋼につ
いて、熱処理組織層１の深さｄ1 に対する内側領域４の
深さｄ2 の比率［（ｄ2 ／ｄ1 ）×１００］と疲労限界
との関係を求めたところ、図１２の結果が得られた。こ
の場合、前記比率は、鋼の研摩面をナイタルにより腐食
し、その腐食面を検鏡することによって求められた。
【００４３】図１２から明らかなように、熱処理組織層
１に対する内側領域４の深さｄ2 の比率を５０％以上、
７０％以下に設定することによって、鋼の疲労限界を約
５１kgｆ／mm2 以上に向上させることができる。
１に対する内側領域４の深さｄ2 の比率を５０％以上、
７０％以下に設定することによって、鋼の疲労限界を約
５１kgｆ／mm2 以上に向上させることができる。
【００４４】図１２において、点ｅは図６に示した比較
例鋼に該当し、第１，第２内側領域形成部４1 ，４2 の
深さの和ｄ7 が、熱処理組織層１の深さｄ1 の３３％で
ある場合、疲労限界は約４４．８kgｆ／mm2 と、低いこ
とが判る。
例鋼に該当し、第１，第２内側領域形成部４1 ，４2 の
深さの和ｄ7 が、熱処理組織層１の深さｄ1 の３３％で
ある場合、疲労限界は約４４．８kgｆ／mm2 と、低いこ
とが判る。
【００４５】オイル焼入れ処理後焼戻し処理を行うと、
疲労強度は低下傾向となるが衝撃吸収エネルギ、したが
って靱性は向上する。
疲労強度は低下傾向となるが衝撃吸収エネルギ、したが
って靱性は向上する。
【００４６】図１１において、線ｆ1 は図６に示したオ
イル焼入れ処理後の比較例鋼の衝撃吸収エネルギ７９０
kgｆ・mmを示し、また線ｆ2 は比較例鋼に１８０℃、１
２０分間の焼戻し処理を施した場合の衝撃吸収エネルギ
１０２５kgｆ・mmを示す。線ｂ2 において、点ｇで示す
塩浴温度２１０℃、恒温保持時間１０分間のマルテンパ
処理後の鋼は、実施例において最も衝撃吸収エネルギが
低いが、その値は１１２５kgｆ・mmである。
イル焼入れ処理後の比較例鋼の衝撃吸収エネルギ７９０
kgｆ・mmを示し、また線ｆ2 は比較例鋼に１８０℃、１
２０分間の焼戻し処理を施した場合の衝撃吸収エネルギ
１０２５kgｆ・mmを示す。線ｂ2 において、点ｇで示す
塩浴温度２１０℃、恒温保持時間１０分間のマルテンパ
処理後の鋼は、実施例において最も衝撃吸収エネルギが
低いが、その値は１１２５kgｆ・mmである。
【００４７】線ｆ2 と点ｇとを比較すると明らかなよう
に、本発明によれば、焼戻し処理を行わなくても、それ
を行ったものよりも高い靱性を確保することができ、し
たがって焼戻し処理を省くことが可能である。
に、本発明によれば、焼戻し処理を行わなくても、それ
を行ったものよりも高い靱性を確保することができ、し
たがって焼戻し処理を省くことが可能である。
【００４８】なお、疲労強度よりも靱性を優先する場合
には、マルテンパ処理後の鋼に焼戻し処理を施すもの
で、これにより、衝撃吸収エネルギを３０％近く向上さ
せることができる。
には、マルテンパ処理後の鋼に焼戻し処理を施すもの
で、これにより、衝撃吸収エネルギを３０％近く向上さ
せることができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定され
た浸炭処理およびマルテンパ処理を行うことによって鋼
の高強度化、特に高疲労強度化を図ることができる。ま
た肌焼鋼としては、従来のものを用いればよいので、特
別な組成を有する鋼を用いる場合に比べて経済的であ
る。その上、焼戻し処理を廃止しても、オイル焼入れ処
理後焼戻し処理を行った場合よりも高強度化を達成され
た鋼を得ることが可能であり、これにより鋼製品の生産
コストおよび生産工数を省いてその量産性を向上させる
ことができる。
た浸炭処理およびマルテンパ処理を行うことによって鋼
の高強度化、特に高疲労強度化を図ることができる。ま
た肌焼鋼としては、従来のものを用いればよいので、特
別な組成を有する鋼を用いる場合に比べて経済的であ
る。その上、焼戻し処理を廃止しても、オイル焼入れ処
理後焼戻し処理を行った場合よりも高強度化を達成され
た鋼を得ることが可能であり、これにより鋼製品の生産
コストおよび生産工数を省いてその量産性を向上させる
ことができる。
【図１】熱処理における時間と温度との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図２】鋼の熱処理組織層を示す説明図である。
【図３】三種のＳ曲線図である。
【図４】表面からの深さと炭素量との関係を示すグラフ
である。
である。
【図５】表面からの深さと組織形態比率との関係を示す
第１例のグラフである。
第１例のグラフである。
【図６】表面からの深さと組織形態比率との関係を示す
第２例のグラフである。
第２例のグラフである。
【図７】表面からの深さと硬さとの関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図８】表面からの深さと組織形態比率との関係を示す
第３例のグラフである。
第３例のグラフである。
【図９】表面からの深さと組織形態比率との関係を示す
第４例のグラフである。
第４例のグラフである。
【図１０】塩浴温度と疲労限界との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図１１】塩浴温度と衝撃吸収エネルギとの関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図１２】熱処理組織層の深さに対する内側領域の深さ
の比率と疲労限界との関係を示すグラフである。
の比率と疲労限界との関係を示すグラフである。
１ 熱処理組織層 ２ 鋼 ３ 表面側領域 ４ 内側領域 ５ 浸炭層 ＣＡ 浸炭処理工程 ＭＡ マルテンパ処理工程 Ｍａ マルテンサイト組織 Ｌｂ 下部ベイナイト組織 Ｍ 混合組織
Claims (1)
- 【請求項１】 肌焼鋼に８００℃以上、９５０℃以下の
条件下で浸炭処理（ＣＡ）を施すことにより、表面側に
浸炭層（５）を備えた鋼を得る工程と、焼入温度を保有
する浸炭処理後の前記鋼を２１０℃以上、２３０℃以下
の塩浴に焼入れして１０分間以上、２０分間以下恒温保
持した後徐冷するマルテンパ処理（ＭＡ）を行うことに
より前記浸炭層（５）を熱処理組織層（１）に変化さ
せ、その熱処理組織層（１）の表面側領域（３）がマル
テンサイト組織（Ｍａ）であり、また前記表面側領域
（３）に連なる内側領域（４）がマルテンサイト組織
（Ｍａ）および下部ベイナイト組織（Ｌｂ）を含む混合
組織（Ｍ1 ，Ｍ2 ）であり、且つ前記内側領域（４）の
深さ（ｄ2 ）が前記熱処理組織層（１）の深さ（ｄ1 ）
の５０％以上、７０％以下である鋼（２）を得る工程と
を順次行うことを特徴とする鋼の高強度化熱処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10741292A JP3283900B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 鋼の高強度化熱処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10741292A JP3283900B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 鋼の高強度化熱処理法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302115A JPH05302115A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3283900B2 true JP3283900B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=14458498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10741292A Expired - Fee Related JP3283900B2 (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | 鋼の高強度化熱処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3283900B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114427074B (zh) * | 2022-01-28 | 2024-01-19 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种高碳铬轴承零件的热处理工艺 |
-
1992
- 1992-04-27 JP JP10741292A patent/JP3283900B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05302115A (ja) | 1993-11-16 |
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