JPH01116053A - 浸炭異常層の少ない浸炭用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分計〕 本発明は浸炭異常層の少ない浸炭用鋼に係り、特にガス
浸炭処理時に発生する表面の浸炭異常層の発生を防止で
きる浸炭用鋼に関し、鋼の表面処理分計で利用される。

〔従来の技術〕

浸炭処理は軸、歯車、軸受なと動力伝達用の耐摩耗性、
耐疲労性の向上を目的として行われ、近年、生産性およ
び経済性の観点から浸炭性ガス雰囲気炉内で行われるい
わゆるガス浸炭法が主流である。

ガス浸炭法は主としてプロパンまたはブタンなどのガス
と空気を混合し変成することによって、浸炭ガスである
Ｇｏを製造しこれを浸炭炉に供給する。また、小規模の
場合はメタノールやイソプロパツールなどの有機剤を熱
分解してＣｏガスを発生し利用する。従って、このガス
組成を調整することによって容易に被熱処理品の炭素量
を調整できる利点を有する。

しかし、ガス浸炭法では浸炭ガス中に微量ながら酸化性
のＣＯ２やＨ２Ｏを含むことが多く、浸炭処理中に被処
理材の表面部に酸化層が形成される。

この酸化層が形成されたまま、焼入、焼戻処理が施され
ると浸炭層の最外表面部のみＣ量が低下するため焼入性
が低下し十分な硬さが得られない。

この現象は、特に鋼中のＣｒ、Ｍｎ１Ｓｉなどが浸炭処
理時点でのオーステナイト粒界で優先的に酸化される粒
界酸化層にもとずくものと考えられる。

この粒界酸化層は一般には異常層と呼ばれており、硬さ
の低下および粒界酸化に起因して耐摩耗性、耐疲労性の
低下をまねき浸炭本来の性能を著しく阻害する。これを
防止する目的で酸化性ガスを含まない真空浸炭処理や、
浸炭処理後異常層を除去する目的でショットピーニング
や研磨等が行われる。しかしこれらはコストアップを招
くと共に生産性を低下させろことから改善が強く望まれ
ている。

これに対して鋼材自体で解決しようとする試みとして特
開昭５７−７０２６１が提案されている。

この技術は浸炭異常層形成の原因であるＳｉ、Ｍｎ、Ｃ
ｒを調整し、高価なＭＯを添加しないか、または低く抑
え、Ｂを微量添加して高い焼入性を保持するものである
。

しかし、このようにＳ　ｉ、　Ｍｎ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、
Ｂの添加量の調整のみでは多様化する要求品質に対して
焼入性、強度、靭性、ミクロ組織、加工性等を十分に満
足することは困難であるばかりでなく、Ｂ添加に起因す
るγ粒粗大化などの問題も無視できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、浸炭
時における浸炭異常層の発生を抑制できる浸炭異常層の
少ない浸炭用鋼を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の上
記の目的は次の２発明によって達成される。第１発明の
要旨とするところは次の如くである。すなわち、 重量比にて ｃ　：　ｏ、ｏｓ〜０５５％、　Ｓｉ：０．０２〜０８
５％Ｍ　ｎ　：　０．１０〜５．０％、　　Ａ　ｌ　ｊ
　０．００２〜０．１００％を含有し、かッＢｉ、　Ｓ
ｓ、　Ｔｓ、　Ａｓ、　Ｓｂ、　　Ｉ　ｎ。

Ｃｄ、Ｍｇ、ＷＳＲｈの内から選ばれた１種または２種
以上を０．００１０〜０．０１５０％含み、残部がＦｅ
および不可避的不純物より成ることを特徴とする浸炭異
常層の少ない浸炭用鋼である。

第２発明の要旨とするところは次の如くである。

すなわち、第１発明と同一の基本成分のほかに、更にＮ
ｉ：　０．０２〜１．５％、Ｃｒ：　０．０２〜２．０
％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％の内から選ばれた１種ま
たは２種以上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物
より成ることを特徴とする浸炭異常層の少ない浸炭用鋼
である。

本発明者らは従来技術の問題点に対して広範な研究を行
いＢｉ、　Ｓｅ、　Ｔｅ１Ａｓ１Ｓｂ、　Ｉ　ｎ、　Ｃ
ｄ。

ＭＥ、Ｗ、Ｒｈを微量添加することにより浸炭異常層の
生成を防止できろことを見い出した。この結果、浸炭鋼
に要求される本来の性能を低下せしめることなく浸炭異
常層の生じないガス浸炭溶鋼を得ることが可能となった
。

本発明における成分限定理由は次のとおりである。

Ｃ： Ｃは焼入性および強度レベルを維持する上で基本的な元
素であり、浸炭を増進する上でも有用であり、積極的に
添加する。しかし、０．５５％を越えて添加すると非浸
炭層である内部の硬さが高くなり、耐衝撃性が劣化する
と共に切削性も低下し好ましくない。更に焼入時の歪が
著大とな９部品精度の低下を招く。これらの理由から上
限を０．５５％とした。

他方、００８％を下回ると鋼全体の硬さが低下し十分な
硬さを確保することが困難となると共に、浸炭性が低下
し浸炭時間が増大することから００８％を下限とした。

１； Ｓｉは脱酸を促進し強度を上昇させるのに有効な元素で
あるが、００２％未満ではこの寄与が期待できないので
０．０２％を下限とした。他方、Ｓｉの大量の添加は浸
炭時のＣの拡散を著しく阻害し、浸炭性を低下させると
共に焼入性も低下させる。

更にＳｌの固溶は冷間鍛造時の変形抵抗を増大させると
共に変形能を低下させる。これらの点からＳｉの添加は
極力抑える必要があるのでＳｉの上限は０．８５％とし
た。

Ｍｎ　： Ｍｎは焼入性を向上し、強度ならびに靭性を高め更に浸
炭性を向上する効果があるので積極的に添加する。この
効果は０１０％以上で顕著になり、５０％でほぼ飽和す
る。更に、５．０％を越える添加は切削性を阻害するこ
とから上限を５０％とし、下限を０．１０％とした。

Ａｌ　： Ａｌは周知のとおり、製鋼過程において脱酸剤として作
用し、このほか窒化物を形成して組織を細粒化する。こ
の結果は０００２％以上で顕著とるなのでＡｊの下限を
０００２％とした。しかし、０．１００％を越えると介
在物が増加するので０．１００％を上限とした。

Ｂ　ｉ、　Ｓ　ｅ、Ｔ　ｅ、Ａ　ｓ、Ｓ　ｂ、Ｉ　ｎ、
Ｃｄ、Ｍｇ、Ｗ、Ｒｈ　：これらの元素は本発明におい
て最も重要な元素であり積極的に添加する。本発明者ら
は種々の微量元素の浸炭異常層の生成への影１について
研究の結果、これらの元素は鋼表面およびγ粒界に偏析
し易く、浸炭ガス中の酸化性ガスに対して反発的で浸炭
性ガスであるＧｏに対して吸着性の強い作用のあること
を見い出した。

−ｍに浸炭異常層の生成は鋼中のＣｒ、Ｍｎ、Ｓｉなど
が浸炭処理時にオーステナイト粒界で酸化性ガスにより
優先的に酸化されることによって形成されろと考えられ
ていることは上記のとおりである。従って、本発明で見
い出したこれらの元素はこの酸化性ガスとＣｒ、　Ｍｎ
、　Ｓ　ｉなどとの反応を抑制することにより浸炭異常
層の形成を防止すると考えられる。そして浸炭性ガスに
対しては親和性を有することから浸炭反応には何ら影１
を与えないものと考えられろ。これらの作用はいずれの
元素についても０．００１０％以上で顕著となることか
らこれらの元素の下限は０．００１０％に限定した。

これらの元素の効果は添加量の増大に伴って増加するが
０．０１５０％を越すと効果が飽和することおよび逆に
熱間加工性、延性、靭性の低下が大きくならことから、
０．０１５０％を上限とした。

上記、Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎ、ＡｊＳＢｉ、Ｓｅ、Ｔａ１Ａｓ
。

Ｓｂ、　Ｉ　ｎ、　Ｃｄ、　Ｍｇ、　Ｗ、　Ｒｈ、の各
限定量をもって本発明の浸炭用鋼の基本成分とするが、
更に下記限定量のＮｉＸＣｒ、Ｍｏを含有すれば本発明
の目的をより有効に達成することができる。その限定理
由は次のとおりである。

Ｎ　１　： Ｎｉは焼入性を向上させると共に地鉄を強化し靭性を増
すのに有効な元素であり、浸炭性にはあまり影響を与え
ないことから焼入性と機械的性質のみを変化させる場合
に有効である。この効果は００２％以上で有効になるの
で下限を００２％とし、添加量の増加に伴って効果は増
加するが、Ｎ１は高価であるので１５％を上限とした。

Ｃｒ　： Ｃｒは鋼の焼入性、耐摩耗性を向上させると共に浸炭性
を増大させるのに有効であり、浸炭用鋼では広く使用さ
れる。この効果は００２％未満では十分でないので下限
を００２％とした。Ｃｒの効果は添加量の増大に伴って
増加するが、２．０％を越えるとＣｒ炭化物の生成によ
り浸炭性が逆に低下すると共に靭性の劣化をまねくので
上限を２０％とした。

ＭＯ： Ｍｏは焼入性の向上に有用であるが高価であるため多量
の添加は経済性を損うばかりでなく１０％を越すと効果
が飽和し、００２％未満では効果がないので、００２〜
１０％の範囲に限定した。

〔実施例〕

第１表に化学成分を示した供試鋼を常法にて溶製し１５
〇−角ビレットに分塊圧延した後、３０Ｗｍ径の棒鋼に
常温にて熱間圧延し、この棒鋼を２５鵬径に切削加工し
試料とした。各試料を次の如くガス浸炭を行った。すな
わち、９３０℃Ｘ　４　ｈｒ→８５０℃Ｘ　３０　ｓｉ
ｎ→１２０℃油冷→１８０　′ｃＸ　ｌｈｒ焼戻しを行
いカーボンポテンシャルは０８％の処理を実施した。こ
れらの試料断面の表面部の異常浸炭層の深さを走査型電
子顕微鏡にて測定し、また断面硬さ分布をＪＩＳ−ＧＯ
５５７に準拠して測定し有効硬化深さを求め、これらの
結果を第２表に示した。

第２表において、次の化学成分が本発明の条件を満足し
ない比較例、すなわち、Ｓｅの＆１１１１゜ｓｂのＮ１
１５鋼、Ｃの＆１９鋼、Ｓｉの）ｋ２１ｆＩ４およびＭ
ｎの＆２２＃ｌでは浸炭異常層厚さが１０〜１７μ馬と
極めて厚く浸炭異常層の発生を防止できない。

また、比較例のｓｂが成分外れのＮａ１６鋼、Ｗが成分
外れのＮａ１７鋼、Ｂ、Ｓｅ、Ｗの合計が成分外れの魚
１８鋼およびＣが成分外れのＮａ２Ｏ鋼はいずれも浸炭
異常層は２μ員と薄いが焼割れを発生し実用上問題が多
い。

これに対して本発明例であるに２〜１４ｊｌｌおよび＆
２３〜２５鋼は異常浸炭層も１〜２μ麿と極めて薄く、
かつ有効硬化深さも従来鋼と同等である。

第２表 また、本発明例に示す如く、Ｂｉ等の微量添加元素およ
びＮｉ５Ｃｒ、Ｍｏ等の添加元素は単独あるいは複合添
加の効果はいずれの場合も同等で自由な組合わせを行う
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記実施例からも明らかな如く、浸炭用鋼の成
分組成を限定することによりガス浸炭時の浸炭異常層の
発生を防止し、従来は浸炭時の厚い浸炭異常層の発生に
より耐摩耗性の低下および疲労寿命の低下を招いており
、この異常層の除去のためショットピーニングや研磨工
程を必要とし多大なコスト増と生産性の低下をまねいて
いたのに比較して、これらの工程の省略を可能としコス
トの低減と生産性の向上を図ることができた。

また、脱炭異常層発生防止の観点から添加量が制限され
ていたＣｒ５Ｓｉ、Ｍｎについても、本発明により特に
制約されないことから、焼入性の制御を柔軟に行うこと
ができ、よりユーザーの要望に合致し得る成分系をとり
得るようになった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比にて Ｃ：０．０８〜０．５５％、Ｓｉ：０．０２〜０．８５
   ％Ｍｎ：０．１０〜５．０％、Ａｌ：０．００２〜０．
   １００％を含有し、かつＢｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ、Ｓｂ
   、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｗ、Ｒｈの内から選ばれた１種ま
   たは２種以上を０．００１０〜０．０１５０％含み、残
   部がＦｅおよび不可避的不純物より成ることを特徴とす
   る浸炭異常層の少ない浸炭用鋼。
2. （２）重量比にて Ｃ：０．０８〜０．５５％、Ｓｉ：０．０２〜０．８５
   ％Ｍｎ：０．１０〜５．０％、Ａｌ：０．００２〜０．
   １００％を含有し、かつＢｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ａｓ、Ｓｂ
   、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｗ、Ｒｈの内から選ばれた１種ま
   たは２種以上を０．００１０〜０．０１５０％含み、更
   にＮｉ：０．０２〜１．５％、Ｃｒ：０．０２〜２．０
   ％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％の内から選ばれた１種ま
   たは２種以上を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物
   より成ることを特徴とする浸炭異常層の少ない浸炭用鋼
   。