JP5528082B2 - 軟窒化歯車 - Google Patents
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Description
1.質量%で、C≦0.15%、Si≦0.5%、Mn≦2.5%、Ti:0.03〜0.35%、Mo:0.03〜0.8%、Al≦0.1%以下、P≦0.040%、S≦0.1%、Cr≦2%を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼組成の鋼が素材として用いられ、軟窒化後において、ベイナイト面積率50%以上の組織を有し、ベイナイト相中に粒径が10nm未満の微細析出物が全析出物の90%以上、分散析出していることを特徴とする軟窒化歯車。
2.前記鋼組成が、更に式(1)を満足することを特徴とする、1記載の軟窒化歯車。
0.5≦(C/12)/{(Ti/48)+(Mo/96)}≦1.5 −−−(1)
但し、各元素は含有量(質量%)とする。
3.微細析出物がTi、Moを含む炭化物であることを特徴とする1または2記載の軟窒化歯車。
4.前記鋼組成が、更に質量%で、Nb≦0.08、V≦0.3%、W≦1.5%の一種または2種以上を含有する、1記載の軟窒化歯車。
5.前記鋼組成が、更に式(2)を満足することを特徴とする、4に記載の軟窒化歯車。
0.5≦(C/12)/{(Ti/48)+(Mo/96)+(Nb/93)+(V/51)+(W/184)}≦1.5 −−−(2)
但し、各元素は含有量(質量%)とし、含有しない元素は0とする。
6.微細析出物がTiと、Moと、Nb、V、Wの少なくとも一種を含む炭化物であることを特徴とする、4または5に記載の軟窒化歯車。
7.前記鋼組成が、更に質量%で、B:0.0003〜0.005%を含有する、1〜6のいずれかに記載の軟窒化歯車。
1.ミクロ組織
軟窒化後のミクロ組織をベイナイト面積率50%以上で、かつベイナイト相中に粒径10nm未満の微細析出物を分散析出させた組織とする。母相をベイナイト組織とした場合、フェライト等その他の組織に比べ、軟窒化後の微細析出物の析出量が多く、ベイナイト面積率を50%以上とすると、軟窒化後の疲労強度ならびに強度が顕著に向上する。
2.成分組成
本発明に係る軟窒化歯車に用いる素材は、以下の成分組成とすることが好ましい。説明において%,ppmは質量%,質量ppmとする。
Cはベイナイト組織生成および強度確保のため添加する。0.15%超えで含有すると微
細析出物が粗大化し、強度が低下するため0.15%以下とする。より好ましくは0.03%以上0.12%以下である。
Siは脱酸のため添加するが、0.5%を超えるとフェライトおよびベイナイト組織中に
固溶し、機械加工性および冷間加工性を劣化させるため0.5%以下とする。より好まし
くは0.3%以下である。
Mnはベイナイト組織生成ならびに強度向上に有効なため添加するが、2.5%を超える
と機械加工性および冷間加工性を劣化させるので2.5%以下とする。より好ましくは0.5%以上2.0%以下である。さらに好ましくは1.0%以上2.0%以下である。
TiはTi系炭化物や、MoとともにTi−Mo系炭化物を含む析出物を微細に析出させ、軟窒化処理材の疲労強度を向上させるため添加する。0.03%未満では析出物量が少なく所望の疲労強度が得られないため0.03%以上とし、一方、0.35%を超えて添加すると析出物が粗大化し、疲労強度向上効果が低下するため0.03〜0.35%とする。より好ましくは0.03〜0.25%である。
MoはMo系炭化物や、TiとともにTi−Mo系炭化物を含む析出物を微細に析出させ、軟窒化処理材の疲労強度を向上させるため添加する。疲労強度向上のため0.03%以上添加し、一方、0.8%を超えて添加すると、機械加工性が低下するため0.03〜0.8%とする。より好ましくは0.10〜0.45%である。さらに好ましくは0.12〜0.40%である。
本パラメータ式は、析出物の大きさに影響を与えるもので、0.5以上、1.5以下とした場合、粒径10nm未満の微細析出物の形成が容易となる。本パラメータ式において各元素は含有量(質量%)とする。
NbはTiと同様に、微細析出物を形成して疲労強度向上に寄与する。また、組織を微細
化し、結晶粒の整粒化により延性を向上させる。0.08%を超えると過度に微細化し、
延性が低下するため添加する場合は、0.08%以下とする。より好ましくは0.04%以下である。
VはTiと同様に、微細析出物を形成して疲労強度向上に寄与するが、0.3%を超えると析出物が粗大化するようになるため、添加する場合は0.3%以下とする。より好ましくは0.2%以下である。さらに好ましくは0.15%以下である。
WはTiと微細析出物を形成して疲労強度向上に寄与するが、1.5%を超えると析出物が粗大化するようになるため、添加する場合は1.5%以下とする。より好ましくは1.0%以下である。
図1は本発明に係る軟窒化歯車を製造する概略製造工程を示し、S1は素材となる棒鋼製造工程、S2は搬送工程、S3は軟窒化歯車の仕上げ工程を示す。棒鋼製造工程(S1)で鋼塊を熱間圧延し棒鋼とし品質検査後、出荷する。
圧延加熱温度は950〜1250℃とする。本発明では、圧延材(熱間鍛造部品の素材となる棒鋼)に微細析出物が析出し鍛造性を損なわないよう、熱間圧延時に溶解時から残存する炭化物を固溶させる。
圧延仕上げ温度は800℃未満ではフェライト組織が生成し、次工程として特に、冷間鍛造あるいは切削加工後に軟窒化を施す場合、軟窒化後に母相を面積率で50%以上のベイナイト組織とするためには不利である。また、圧延荷重が高く、圧延材の真円度も劣化する。このため、圧延仕上げ温度を800℃以上とする。
鍛造前に微細析出物が析出し、鍛造性を損なわないよう、圧延後の冷却速度を規定する。微細析出物の析出温度範囲の700〜550℃を、微細析出物が得られる限界冷却速度(0.5℃/sec)超えで冷却する。
得られた棒鋼を素材とし、鍛造後、切削加工等により歯車部品形状とする。その後、軟窒化処理を行う。軟窒化処理は微細析出物を析出させるように、軟窒化処理温度:550〜750℃、処理時間10分以上で行う。550℃未満では、十分な量の析出物が得られず、750℃超えでは析出物が粗大化するため、550〜750℃とする。なお、より好ましくは550〜700℃とする。
Claims (7)
- 質量%で、C≦0.15%、Si≦0.5%、Mn≦2.5%、Ti:0.03〜0.35%、Mo:0.03〜0.8%、Al≦0.1%以下、P≦0.040%、S≦0.1%、Cr≦2%を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼組成の鋼が素材として用いられ、軟窒化後において、ベイナイト面積率50%以上の組織を有し、ベイナイト相中に粒径が10nm未満の微細析出物が全析出物の90%以上、分散析出していることを特徴とする軟窒化歯車。
- 前記鋼組成が、更に式(1)を満足することを特徴とする、請求項1記載の軟窒化歯車。
0.5≦(C/12)/{(Ti/48)+(Mo/96)}≦1.5 −−−(1)
但し、各元素は含有量(質量%)とする。 - 前記微細析出物がTi、Moを含む炭化物であることを特徴とする請求項1または2記載の軟窒化歯車。
- 前記鋼組成が、更に質量%で、Nb≦0.08、V≦0.3%、W≦1.5%の一種または2種以上を含有する、請求項1記載の軟窒化歯車。
- 前記鋼組成が、更に式(2)を満足することを特徴とする、請求項4に記載の軟窒化歯車。
0.5≦(C/12)/{(Ti/48)+(Mo/96)+(Nb/93)+(V/51)+(W/184)}≦1.5 −−−(2)
但し、各元素は含有量(質量%)とし、含有しない元素は0とする。 - 前記微細析出物がTiと、Moと、Nb、V、Wの少なくとも一種を含む炭化物であることを特徴とする、請求項4または5に記載の軟窒化歯車。
- 前記鋼組成が、更に質量%で、B:0.0003〜0.005%を含有する、請求項1〜6のいずれかに記載の軟窒化歯車。
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