JPH01177338A

JPH01177338A - 窒化用非調質鋼

Info

Publication number: JPH01177338A
Application number: JP33537487A
Authority: JP
Inventors: Kazue Nomura; 一衛野村
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1989-07-13
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JP2706940B2

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】［産業上の利用分舒コ本発明は熱間鍛造後、焼入焼もどし等の熱処理を行わず
に製造される機械構造用の熱間鍛造用非調質鋼に関する
ものである６本発明は特に、疲労強度、耐摩耗性向上の
ために、窒化処理（ガス窒化、塩浴窒化、イオン窒化、
ガス軟窒化、塩浴軟窒化等）を施して使用される自動車
クランクシャフト、産業車両用リングギヤ等の機械構造
部品に適したものである。

［従来の技術］従来、自動車用クランクシャフト、産業車両用リングギ
ア等の機械構造部品に使用されている鋼は、高強度が要
求され、さらに−層の疲労強度、耐摩耗性を得るために
窒化処理を行う必要があり、窒化性も合わせて要請され
る。

そのため、ＪＩＳ　　３０Ｍ４４０．８０Ｍ４４５等の
中炭素低合金鋼を熱間でプレス、ハンマー等により成形
加工した後に、高強度を持たせるなめに焼入焼もどし等
の熱処理を行い、切削加工等で所定の形状に仕上げた後
、窒化処理を行い部品が製造される。

しかし、これらに対して次の問題点が挙げられる。

（１）焼入、焼もどし処理に大幅なコストがかかる。

（２）焼入、焼もどし後切削加工がされるために、加工
性が悪く、工具費が増加し、かつ生産性の低下となる。

（３）現用鋼では窒化性がまだ不十分で、窒化処理に長
時間要す。

そこで、これらの問題点が解決できるような鋼が可能で
あれば、大幅なコスト低減が図れるとともに、省エネル
ギー等の社会的要請に応えることができる。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記した実状を鑑みてなされたものであり、そ
の目的は、熱間鍛造のままで焼入、焼もどし処理するこ
となく、熱問鍛造後焼入焼もどし処理した８０Ｍ４４５
等の中炭素低合金鋼と同等もしくは同等以上の強度を確
保し、さらに８０Ｍ４４５等の焼入焼もどし処理材より
優れた切削性を有し、窒化性も良好な窒化用非調質を提
供することにある。

ε問題点を解決するための手段］本発明者は、上記目的の下に窒化用非調質鋼について鋭
意研究した結果、熱間鍛造のままでは強度が低く、切削
性が良好で、窒化処理によって、母材が時効硬化し、８
０Ｍ４４５等の中炭素低合金鋼の焼入焼もどし材と同等
以上の強度が確保でき、さらに窒化性が良好である窒化
用非調質鋼を発明した。

特徴としては、第１に低炭素化による靭性向上、第２に
Ｍ３　Ｃｒ、Ｍｏの添加により焼入性を向上させ、熱間
鍛造後放冷するだけで強度と靭性の優れたベイナイト組
織を得る。第３に、ベイナイト組織は一般的に加熱の冷
却速度が変化すると強度も変化し、汲いにくい組織であ
ったが、これにＶを添加することにより、冷却速度の変
化に対する強度の変化を小さくすることができる。

第４に、Ｍｏ、■を複合添加することにより、熱間鍛造
後、放冷のままである程度ベイナイト組織中に固溶して
いたＭｏ、■が窒化処理時の温度にて炭化物として微細
析出し、強度を増加させる時効硬化能が得られる。第５
に低炭素ベイナイト組織は８０Ｍ４４５等の焼入焼もど
し材のソルバイト組織に比べて、窒化性に優れ、さらに
Ｖ、Ｃｒの添加により、窒化性を大幅に向上する、とい
う点が上げられる。

本発明はこれらの知見によりなされたものである。すな
わち、本発明の窒化用非調質鋼は、第１発明鋼として重
量比でＣ，０，０５〜０．２０％、Ｓ　ｉ；０．１０〜
０．５０％、ＭｒＢｌ　、５０〜２．５０％、Ｃｒ；０
．３０〜１．５０％、Ｍｏ；０．０５〜０　。

３０％、Ｖ、０．０５〜０．３０％を含有し、残部がＦ
ｅおよび不純物元素からなることを要旨とする。

第２発明鋼は第１発明鋼にさらにＳ　；ｏ　、ｏ　４〜
０．１２％、Ｐｂ；０．０５〜０．３０％のうち１種ま
たは２種を含有せしめ、被剛性を改善したものであり、
第３発明鋼は第１発明鋼にＮ　ｉ；０．２％以下を含有
せしめ焼入れ性を改善したものであり、第４発明は第２
発明にさらにＮ　ｉ；０．２％以下を添加して被削性と
同時に焼入れ性を改善するものである。

［作用］本発明鋼の使用方法およびその効果を説明すると、本発
明鋼を熱間鍛造後放冷するだけである程度の強度が確保
できるが、強度がＳＣＭ４４５等の焼入焼もどし材に比
べて低いため、切削加工は容易である。切削加工後、時
効処理することにより、強度が増加し、所定の強度が確
保できる９時効処理は単独で行っても良く、窒化処理と
同時に進行させても良い、また、窒化性は良好で、同一
窒化条件であれば、従来鋼に比較して約２倍の窒化層深
さが得られ、硬さもビッカースで約２００〜３００上昇
し８００程度が得られる。そのため従来鋼と同一の窒化
深さを得るために窒化時間を従来の約５分の１以下に短
縮することができる。

次に本発明にかかる窒化用非調質鋼の成分組成を１Ｐ宇
叩山について説１す１する、Ｃ；ｏ　、ｏ　５〜０．２０％Ｃは強度を確保するために必要な元素であり０゜０５％
未満であると強度が不足するので下限を０゜０５％とし
た。また、Ｃが０．２０％を越えると靭性が低下するの
で、上限を０．２０％とした。

Ｓｉ；０．１０〜０．５０％Ｓｉは！！銅鋼時脱酸剤として添加されるものであり、
０．１０％は必要である。しかし、０．５０％を越える
と靭性が低下するので、上限を０．５０％とした。

Ｍｎ；１．５Ｃ１−２，５０％Ｍｎは焼入れ性を向上させて組織をベイナイト化するの
に必要な元素である０ＭＯが１．５０％未満であると焼
入れ性が不足しベイナイトの生成が不足し、強度が不足
するので、下限を１．５０％とした。しかし、２．５％
を越えると焼入れ性が向上し過ぎてマルテンサイトが生
成され、靭性が低下するので、上限を２．５０％とした
。

Ｃｒ；０．３０〜１．５０％Ｃｒは組織をベイナイト化するのに必要な元素であると
共に、窒化層の硬さに寄与するため多いほど良い、０．
３０％未満であると前記効果が不充分であるので、下限
を０．３０％とした。しかし、１．５０％を越えると前
記効果が飽和するとともに、コスト的に高くなるので、
上限を１．５０％とした。

Ｍｏｎ０．０５〜０．３０％Ｍｏは組織をベイナイト化するために必要であって、さ
らに時効硬化を得るために必要な元素である。Ｍｏが０
．０５％未満であるとベイナイト化が不充分であるので
、下限を０．０５％とした。Ｍ。

は高価な元素であり、０．３０％を越えると前記効果が
飽和すると共にコスト高となるので、上限を０．３０％
とした。

Ｖ；０．０５〜０．３０％ＶはＭｏと共に微細な炭化物を析出し時効硬化を起こす
のに必要な元素であり、熱間鍛造後の冷却速度の変化に
対して強度を安定化させる効果がある。０．０５％未満
ではその効果が不充分なので、下限を０．０５％とした
。しかし、０，３０％を越えて含有させてもその効果が
飽和すると共にコスト高となるので、上限を０．３０％
とした。

Ｓ　：０．０４〜０．１２％Ｓは被剛性を一層改善するなめ必要な元素であり、その
効果を得るためには０．０４％以上が必要である。しか
し、０．１２％を越えて含有されてもその効果が飽和し
、靭性を低下させるので上限を０．１２％とした。

ｐｂ；ｏ、ｏ’３〜０．３０％ｐｂは被剛性を一層改善するため必要な元素であり、そ
の効果を得るためには０．０５％以上が必要である。し
かし、０．３０％を越えて含有されてもその被剛性改善
の効果の向上が少なくなるので上限を０．３０％とした
。

Ｎ　ｉ；２．０％以下Ｎｉは焼入れ性を一層向上するのに必要な元素である。

しかし、２．０％を越えて含有されても前記効果が飽和
しコスト高となるので、上限を２゜０？≦とした。

［実施例］本発明の実施例を比較鋼および従来鋼と比較しつつ説明
し本発明の特徴を明らかにする。

（実施例１）第１表は、本発明鋼、比較鋼および従来鋼の化学成分を
示したものである。第１表においてＡ〜Ｍ鋼は本発明鋼
であって、Ａ〜Ｄ鋼は第１発明、Ｅ〜Ｇ鋼は第２発明、
Ｈ〜Ｊ鋼は第３発明、Ｋ〜Ｍ鋼は第４発明である。Ｎ〜
Ｑ鋼は比較鋼であって、Ｎ鋼はＣが本発明の組成範囲よ
り高い比較鋼、０鋼は他の元素は本発明の組成範囲であ
るがＭ。

を含有しない比較鋼、Ｐ鋼はＭｎが本発明の組成範囲よ
り低い比較鋼、Ｑ鋼は他の元素は本発明の組成範囲であ
るが■を含有しない比較鋼である。

また、Ｒ鋼は従来鋼であってその組成はＳＣＭ４４５に
相当する。

（以下余白）第１表の発明鋼および比較鋼をを５０ｍ５直径の棒鋼と
し、これを１２５０℃に加熱した後、約１１００℃で熱
間鍛造を行い、これより３０ｍｍ直径の棒鋼を形成し、
その後自然冷却した。この棒鋼からＪＩＳＪ号試験片を
作製し、この試験片について引張強さ、０，２％耐力お
よび硬度を測定した。また、従来鋼のＲ鋼は、３０１Ｉ
Ｉ直径の棒鋼に形成した後８５０℃にて油焼入後、６２
０℃にて焼もどしを行い、同様に試験片を製作して引張
強さ、０．２％耐力および硬度を測定した。続いて前記
の３０ｍｍ直径の棒鋼を５５０℃で３０時間の時効処理
を施し、同様に試験片を製作して引張強さ、０２％耐力
および硬度を測定した。測定した結果は第２表に示した
。

（以下余白）（実施例２）第１表の発明鋼および比較鋼を５０ｍ５直径の棒鋼とし
、これを１２５０℃に加熱した後、約１１００℃で！ｊ
＆、間鍛造を行い、これより３０＋ｍ直径の棒鋼を形成
し、その後自然冷却した。また、従来鋼Ｒ鋼は、実施例
１と同様の焼入焼もどしを行った。この棒鋼から１０−
一角のブロックを切削加工し、Ｎ２：Ｈ２＝　１　：ｌ
のガス組成の条件のもとて５５０℃で３０時間イオン窒
化処理を行い、表面から０．３１の距離の硬度を測定し
、第２表に合わせて示した。また、窒化層の深さを比較
するため、本発明鋼のＤ鋼と従来鋼Ｒ鋼について表面か
ら０゜０５１ｍＩｌ毎に硬度を測定し、結果を第１図に
示した。

第１図から明らかなように、本発明鋼は従来鋼に比較し
て、約２倍の窒化深さが得られ、硬さもビッカースで約
２００〜３００上昇していることが確認された。

（実施例３）第１表に示した発明鋼および比較鋼について、実施例１
の鍛造を施したままの状態で、従来鋼Ｒ鋼については実
施例１と同様の焼入焼もどしを行った状態で、ドリル穿
孔試験を行った。なお、ドリルの材質はＳ　Ｋ　Ｈ９、
ドリル回転数は１７１０ｒｐ牌、切削油なし、荷重７５
ｋｇ、ドリルは５ｍ１１φストレートシヤンクを用いた
。測定した結果は第２表に示したが、従来鋼のＲ鋼の定
荷重単位時閉穿孔距離を１００とし、それぞれの穿孔距
離を整数比で示した。

第２表に示した実施例１、実施例２および実施例３の結
果から、本発明鋼はいずれも鍛造のままでは引張強さ、
硬さは従来鋼Ｒ鋼に比べて低いが、時効処理後は引張強
さ、０．２％耐力、硬さのいずれも増加しており、特に
引張強さは９０ｋｇｆ／ｍ輪２以上を確保しており、従
来鋼Ｒ鋼と同等以上の強度を有することが分かる。また
、窒化性は第２表の窒化後強度および第１図の窒化層硬
さ分布より、本発明鋼は従来鋼Ｒ鋼に比べて非常に優れ
ていることがわかる。

切削性にいても従来鋼Ｒ鋼に比べて、本発明鋼は非常に
良好で、特にｓ、ｐｂを添加した第２発明、第４発明は
その効果が大きく表れている。比較鋼Ｎ鋼は強度が高す
ぎて切削性が悪い、０鋼およびＰ鋼はいずれも焼入性が
不足しており、フェライト・ベイナイト組織となり、強
度が低い、また、Ｑ鋼は時効硬化せずに時効処理により
軟化して、強度が不足している。

［発明の効果］本発明の窒化用非調質鋼は以上説明したように、従来の
ＳＣＭ４４５等の中炭素低合金構造用鋼の熱処理コスト
を低減し、切削加工性および窒化性を改善すべくなされ
たもので、低炭素化により靭性を向上し、Ｍｎ、Ｃｒ、
Ｍｏの添加により焼入性を向上して熱間鍛造後の放冷に
よって強度と靭性に優れたベイナイト組織とし、■を添
加することにより冷却速度の変化に対する強度の変化を
小さくし、Ｍｏと■との複合添加によって窒化処理時の
微細炭化物の析出による時効硬化能を付与し、Ｖ、Ｃｒ
により窒化性を大幅に改善したものであって、熱間鍛造
後放冷するだけである程度の強度を確保し、その強度は
ＳＣＭ４４５材の焼入焼もどし材より低いので切削加工
が容易であり、その後の窒化処理または時効処理により
強度は増加するが、同一窒化条件であれば従来鋼に比較
して約２倍の窒化深さが得られ、硬さもビッカースで約
２００〜３００上昇し８００程度が得られ、窒化時間を
著しく短縮できる等数々の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と従来鋼を窒化処理後における表面か
らの距離と硬さの関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比でＣ；０．０５〜０．２０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．５０％、Ｍｎ；１．５０〜２．５０％、Ｃｒ
；０．３０〜１．５０％、Ｍｏ；０．０５〜０．３０％
、Ｖ；０．０５〜０．３０％を含有し、残部がＦｅおよ
び不純物元素からなることを特徴とする窒化用非調質鋼
。
（２）重量比でＣ；０．０５〜０．２０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．５０％、Ｍｎ；１．５０〜２．５０％、Ｃｒ
；０．３０〜１．５０％、Ｍｏ；０．０５〜０．３０％
、Ｖ；０．０５〜０．３０％を含有し、さらにＳ；０．
０４〜０．１２％、Ｐｂ；０．０５〜０．３０％のうち
１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不純物元素
からなることを特徴とする窒化用非調質鋼。
（３）重量比でＣ；０．０５〜０．２０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．５０％、Ｍｎ；１．５０〜２．５０％、Ｃｒ
；０．３０〜１．５０％、Ｍｏ；０．０５〜０．３０％
、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ｎｉ；２．０％以下を含
有し、残部がＦｅおよび不純物元素からなることを特徴
とする窒化用非調質鋼。
（４）重量比でＣ；０．０５〜０．２０％、Ｓｉ；０．
１０〜０．５０％、Ｍｎ；１．５０〜２．５０％、Ｃｒ
；０．３０〜１．５０％、Ｍｏ；０．０５〜０．３０％
、Ｖ；０．０５〜０．３０％、Ｎｉ；２．０％以下を含
有し、さらにＳ；０．０４〜０．１２％、Ｐｂ；０．０
５〜０．３０％のうち１種または２種を含有し、残部が
Ｆｅおよび不純物元素からなることを特徴とする窒化用
非調質鋼。