JPH0310050A - 歯車用鋼 - 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】 （産業上の利用分野） この発１４は歯車用鋼に関し、詳しくは強度、靭性を高
めつつ被削性を改みした６ｍ車用鋼に関する。

（発ＩＪの背景） 近年、歯車に対する高品質化が要求され、これに伴って
歯車用鋼に対する高強度化、高靭性化が要請されてきて
いる。そこで本出願人においてもかかる要請に答えるべ
く歯車用鋼の改善に取り組み、歯車の疲れ破壊や衝撃破
壊をもたらす原因を微細に研究して知見を得、先の特願
昭５８−１２８７８７号（特開昭６０−２１３５９畦）
、特願昭５９−９６６００号（特開昭６０−２４３２５
２号）、特願昭６３−７４１９９号等において、強度且
つ惰性に優れた歯車用鋼について提案した。

ところで歯車用鋼かＩ：）歯車を製造する際、一般に機
械加工や浸炭等の表面硬化処理を施すが、その機械加工
の際、上記−軍用鋼の場合にはハイス工具（高速度工具
）による切削では特に支障を生じないものの、近年増加
傾向にあるサーメット工具やコーティング工具による切
６Ｉでは被削性が不十分であって、工Ａ、＃命を低下せ
しめるなど加工上１！Ｉｓ！１１がある。

これら工具による高速ＭＪ　ｌｉｅでの工具寿命ｔ！ｋ
Ｓの有効な手段として、鋼中にＣａを含有させることが
考えられるが、上述のように歯車用鋼は表面硬化処理の
ために一般に侵灰悪理され、その際に長時ｕ■１畠温度
（約９００℃）に保持されるため、巾に鋼中にＣａを含
有させて快削性を高めただけであると、結晶粒が著しく
粗大化して強度、Ｍ性の低下をもたらす。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような事情を背景としてなされたものであ
り、その要旨は、歯車用鋼の組成を重量％で、　Ｃ：　
０．１０〜０．３５％、　ｇｉ　二（１，１５％以下、
Ｎｕ：０．２〜１．２％、　Ｐ　：　　０．０１５％以
下、　Ｓ　：　　Ｑ、０１５％以下　、　Ｃｒ　：　０
．２０〜２．００％、　ｏ　：　ｏ、ｏｏｔｓ％以下。

＾ｌ：０．旧０〜０．０６０％、　Ｎ　：　０．００５
〜０．０２５％。

Ｐｂ：　０．００５〜０．０６０％、　Ｃａ　：　０．
００１０〜０．００６０％で１Ｌつ０．５　［０１％＋
０．０５［！３］％３本、残部が実景的にＦｅから成る
ようにしたことにある。

本発明の別の態様として、上記歯車用鋼にＮｂ及びＴａ
の何れか１１４又は２種を夫々重量％でｘｂ：０．００
５〜０．２％、〒ａ：　　Ｑ、００５〜０．２％の範囲
で含有させても良い。

また史に別の態様として、上記第−又は第二のｆｆｆｉ
様の歯車用鋼に、更にＮｂ及びＴａの何れか１種又は２
種を夫々重量％でＮｂ：　　０．００５〜０．２％、Ｔ
ａ二０．００５〜０．２％の範囲で含有させても良い。

本発明において、各成分の南さとその含有量の限定理由
は以ｆの如くである。

Ｃ：　ｏ、１０〜０．３５％ Ｃは歯車の右部強度を確保するのに必要な元素であり、
このため本発明では０．１θ％以上含イＩさせているが
、その含有Ｕが多くなり過ぎると歯車強度に有用な圧縮
残留応力が生じ難くなり、また靭性も低下する０本発明
においてその上限値は０．３５％である。

Ｓｉ：Ｏ，ｉ５％以下 鋼中に残留するＳｉは浸炭層の表層部において粒界酸化
を助長する０粒界酸化は歯車の強度低下に結びつくもの
であるから、Ｓｉの含有量はできる限り少なくするのが
良い０例えば５Ｃｒ４２０の場合、Ｓｉが０．１５〜０
．３５％含有されているが、本発明ではこれを更に少な
くすべく０．１５％以下とした。

Ｎｕ：　０　、２〜１　、２％ ｊｌｎはＡＩ変態点を低下させてオーステナイト領域を
広げ、焼入性を向上させる元素であり、また鋼中のＳと
結合して、切削屑の分断作用をｈ゛する快削性介在物Ｎ
ｎＳを生じる。従って適当量のＮ］の存在は望ましいが
１Ｍｎはまた量が多過ぎると不純物元素の粒界への偏析
を助長し、歯車の疲労強度を低下させる０本発明におい
て良好な特性を得るための上限値は１．２０％であるこ
とが確認された。

ｐ：ｏ、０１５％以ド Ｐは構造用鋼では不純物となるもので、偏析を起し易く
、衝撃抵抗を低下させ、焼戻しによる脆性を促進する有
害な元素である。従ってこの元素は少ない方が望ましく
１通常の歯車用鋼の場合その含イｉ琶は０．０３０％以
下とされているが、木５１１１では歯車の靭性を高める
見地から、最大含有μを０．０１５％とする必要のある
ことが確認された。

Ｓ：０．０１５％以下 Ｓはｈと結合して快削性非金属介在物ＮｎＳを生じる。

従って被削性向上を目的とする本発明において適量のＳ
の存在は望ましいが、このＳは偏析の傾向が大さく、衝
撃抵抗を低下させる。

従来の歯車用鋼の場合にはその含有量が０．０３０％以
下程度に抑えられているが１本発明では歯車の靭性向上
のためにその含有量を０．０１５％以下とする必要のあ
ることが確認された。

Ｇｒ：０．２０〜２．０θ％ Ｃｒは焼入性を向上させる元素であり、適当量（本発明
では０．２０％以」−）含有させることが必要である。

但しその含有量は他の焼入性向上元素の含有量とのバラ
ンスで決定される必要がある。またこのＣｒは酸化物を
形成し易い元素であって粒界酸化をもたらすので１未発
ＩＪ１では２．００％以下に抑えられている。

０：０．００１８％以下 ０は鋼中で種々の元素と酸化物を造り、鋼の強さを低下
させる。またこれら酸化物は鋼の内部に現われる地場の
最大の要素である０本発明においてはＯの含有量を０．
００１８％以下に抑える必要のあることが確認された。

Ｐｂ：０．００５〜０．０６０％ ｐｂは鋼中に中油で粒状に分布し、これが鋼の切削時に
切屑を細断する作用を為す、またｐｂの介在物は一種の
潤滑作用を有し、これが−層被削性を向上させるとも考
えられている。そこで本Ａ　ＩＪＪではｐｂを０．００
５％以上含有させるようにしてい６、但し−股の鉛快削
鋼の場合、その含有量は通常０．１０〜０．３５％の範
囲であるのに対して１本発明ではその」；限値を０．０
６０％としている。これは次の理由による。即ちｐｂは
鋼中で金属鉛として析出するが、酸化物や硫化物に付着
した鉛粒は大きく、これが歯車における南面強度を低下
させる原因となる。そこで本発明ではｐｂの含ｌｔｔを
低く抑えているのである。

Ｃａ　：　０．００１０〜０．００６０％で江つ０．５
［０１％＋ｏ、０５［５１％以上 Ｃａは被削性向上元素として知られたものであって、快
削性介在物としてＣａｆｔｊ化物やＣａ硫化物を生成し
、高速切削に対して効果のある知見が従来から得られて
いる４本発明においては、上記のように被削性向上元素
としてのｐｂを多聞に用いると尚車強度が低下すること
から、かかるｐｂと併用してＣａを含有させるようにし
、而してｐｂと併用した場合においてその適量範囲が上
記範囲であることが確認された。

尚本発明ではＣａを０．００１０％以上且つ０．５［０
］％＋０．０５［３３％以上含有させるようにしている
が、このような量範囲でＣｔｓを含有させることにより
、前記コーティング工具やテーメット工其の寿命を改善
する効果の大きいカルシウムアルミネートやゲーレナイ
ト系酸化物とカルシウム硫化物やカルシウムを含有した
マンガン硫化物を生成する。これら介在物は通常鋼に含
まれるアルミナやマンガン硫化物に比べて疲れ強さや惰
性に対する害が少ない、即ち上記範囲でＣａを含有させ
ることにより、鋼の被削性を高めつつ鋼の疲れ強さや靭
性が低下するのを防止できる。

尚アルミナ等の粒子は角ぼっていて周辺組織との１川に
隙間を生ぜしめるのに対して、カルシウムアルミネート
やゲーレナイ）　Ｌ＋は粒子が丸く、このことが工具寿
命を改善し、或いは鋼の靭性低下を防止するものと考え
られる。

またこれとは別に、Ｃａは沸点が低く溶鋼中で激しく気
化し、その際の攪拌効果によりｐｂを拡散させて、Ｐｂ
が大きな粒として析出するのを防止することにより鋼の
強度低下を防止している可使性もある。

Ａ＋＝０．０１０〜０．０６０％ Ｎ：０．００５〜０．０２５％ Ａ１の添加は、Ｃａによる適当な快削性介在物の生成を
阻害する要因となる。このため従来のＣａ快削鋼におい
ては＾ｌを添加しないようにしている。

しかしながら歯車用鋼の場合、上述したよう、に歯車製
造に際して浸炭等のために艮時間高温に保持されるため
、被削性向上のためにＣａを添加すると、その高温処理
時に結晶粒が著しく粗大化してしまい、鋼の特性を損な
ってしまう。

＾ｌの添加は結晶粒の粗大化を防止するために行なうも
ので、添加したＡＩはＮと結びついてＡＩＮとなり、結
晶粒の生長を抑制する。この効果を得るために、本発明
においてはＡＩ及びＮを夫々０、Ｏｌ及び０．００５％
以上添加ないし含有させる。

但しＡＩは上記のようにＣａ介在物の生成を阻害し、ま
た酸化物となって鋼中に地場を発生させるので、添加闇
を０．００６０％以下とする必要がある。

尚、Ｎは鋼の靭性低下の原因となるので、これも０．０
０２５９６以下に抑える。

旧：５％以下 Ｎｏ’：　１％以下 これら元素は歯車用鋼の惰性を高める作用を有し、また
焼入性も向上させるので適当量含有させることが望まし
い、但しその含有量は他の焼入向上元稟の含有液とのバ
ランス等を考慮して定める必要があり、本発明において
はそれらの上限値を夫々５％、１％とした。

Ｎｂ：０．００５〜０．２％ Ｔａ：０．００５〜０．２％ これら元稟は歯車用鋼における浸炭等高温処理の際の結
晶粒の生長抑制作用を有する。

前述のように歯車用鋼にＡＩ、Ｎを含有させることによ
って、結晶粒の粗大化を抑制することができるが、これ
らのみでは不十分の場合もあり、このような場合におい
てＮｂ、Ｔａを含有させると良い０本発明においてそれ
らの含有量を上記範囲とした場合に良好な特性が得られ
ることが確認された。

（発明の効果） 以上のように、本発明は歯車の靭性に有害なＳ、Ｐを低
減するとともに粒界酸化を少なくするためにＳｉを低減
し、更に鋼の被削性向上のためにｐｂを添加するととも
に、ｐｂ添加による特性低下防止のためにその含有量を
抑える一方、Ｃａを所定量添加して良好な被削性を確保
し、そして更に結晶粒の粗大化奄防止するためにＡＩ、
Ｎを含有させ、不足な場合には更にＮｂ、丁ａを含有さ
せるなどして、ｆＩ車用用銅おける強靭性、疲労強度を
向上させるとともに、相反する性質である被削性を向上
せしめ、サーメット工具やコーティング工具による高速
切削を行なう場合の加工性を良くして、工具寿命も向上
させる効果を有するものである。

（実施例） 次に本発明の特徴をより明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。

第１表に示す組成の鋼（Ｎ’ｏ、１〜８が本発明例鋼、
　　Ｎｏ、９〜１２が比較例鋼）を溶製・造塊した後９
０１１の丸棒に熱間圧延した。そしてこれより浸炭歯車
を製造して、歯車試験及び衝撃試験を行ない、またサー
メット工具による切削試験を行なった。結果を第２表に
示している。尚各試験は次の条件にて行なった。

（以゛ド余白） ３２６ 第２表：試験結果 （１）　ｍ車試験 用意した歯車（モジュール２．５）を動力循環式歯車試
験機にかけて動力伝達を行なわせ、祿返し数１０１回ま
で繰り返し応力をかけて、歯車応力と歯元破壊との関係
を求めてＳ−Ｎ曲線に表し、これより疲れ限度を求めた
。

（２）　ｆｉ車！＃７撃試験 歯車の歯に衝撃荷゛重を加えて歯元の衝撃強度を測定し
た。

（３）旋削工具寿命試験 サーメット工具を用いて速度：３００ｍ／分。

送り：　０　、２ｍｍ／ｒｅｖ　　、　！／］込み：２
．Ｏｗ＋ｍの条件で旋削試験を行ない、工具寿命を調査
した。尚１共の摩耗幅が０．２層厘となったときを以て
工具寿命とした。

（４）切り屑破砕性 サーメット工具を用いて速度３００ｍ／分、切込み＝２
．□ａ鳳の条件で旋削試験を行ない、破砕切り屑の得ら
れる最低工具送り量（■膳／ｒｅマ）を求めた。

第２表の結果に示しているように、本発明側鋼の場合、
何れも歯元疲れ限度、＠元衝撃強度が比較例鋼と同等以
上であり、しかも被削性に優れていることか分かる。

以上本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで本発
明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた
態様で実施することが可能である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０
   ．１５％以下、Ｍｎ：０．２〜１．２％、Ｐ：０．０１
   ５％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：０．２０〜２
   ．００％、Ｏ：０．００１８％以下、Ａｌ：０．０１０
   〜０．０６０％、Ｎ：０．００５〜０．０２５％、Ｐｂ
   ：０．００５〜０．０６０％、Ｃａ：０．００１０〜０
   ．００６０％で且つ０．５［０］％＋０．０５［Ｓ］％
   以上、残部が実質的にＦｅから成ることを特徴とする歯
   車用鋼。
2. （２）請求項（１）の歯車用鋼において、Ｎｉ及びＭｏ
   の何れか１種又は２種を夫々重量％でＮｉ：５％以下、
   Ｍｏ：１％以下の範囲で含有することを特徴とする歯車
   用鋼。
3. （３）請求項（１）の歯車用鋼において、Ｎｂ及びＴａ
   の何れか１種又は２種を夫々重量％でＮｂ：０．００５
   〜０．２％、Ｔａ：０．００５〜０．２％の範囲で含有
   することを特徴とする歯車用鋼。
4. （４）請求項（２）の歯車用鋼において、Ｎｂ及びＴａ
   の何れか１種又は２種を夫々重量％でＮｂを：０．００
   ５〜０．２％、Ｔａ：０．００５〜０．２％の範囲で含
   有することを特徴とする歯車用鋼。