JPH04235251A

JPH04235251A - 高強度浸炭用鋼

Info

Publication number: JPH04235251A
Application number: JP10624091A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yasumoto; 安本　聡; Nobuyuki Kondo; 信行近藤; Kenichi Amano; 虔一天野; Nobuhisa Tabata; 田畑　綽久; Shozaburo Nakano; 中野　昭三郎
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-12-11
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1992-08-24

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯車等に用いられる浸
炭用鋼に関し、特にガス浸炭時に浸炭異常層を生成しな
い、高強度浸炭用鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車、産業機械等におけるギア、シャ
フトなどの動力伝達部品は、高い耐摩耗性や疲労強度が
要求されることから、肌焼鋼に浸炭処理を施して用いら
れている。浸炭処理法としては、生産性ならびに経済性
の観点から、浸炭性ガス雰囲気炉内で行われているいわ
ゆるガス浸炭法が主流を占めている。この方法は、浸炭
ガス組成を調整することによって熱処理部品の炭素量を
容易に調整できるといった利点を有している。

【０００３】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　ＯやＨ２　Ｏガスを含むことが
多く、浸炭処理中に被処理材の表層部に粒界酸化層が形
成される。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、
疲労強度の低下を招き、浸炭処理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、浸炭処理後に異常層を除去する目的で
ショットピーニングや研磨処理等が行われている。その
ため製造コストの高騰、生産性の低下は避けることがで
きず、改善が強く望まれている。

【０００４】一方、鋼材自体で解決しようとする試みと
して、特開昭５７−７０２６１号公報では浸炭異常層の
発生原因であるＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒを低く調整し、Ｂを微
量添加することにより高い焼入性を保持する鋼材が開発
されている。しかし、このようなＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｂ
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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
の発生を防止できる高強度浸炭用鋼を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みてなされたものであり、発明者らが浸炭異常の発生に
対して広範な研究を行った結果、限定量のＣ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ａｌ，Ｖを含有し、さらにＳｂの限定量を含有する
ことによって、浸炭異常層の発生が防止できることを新
たに見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、
Ｃ　　：０．０５〜０．５５重量％Ｓｉ：０．８５重量％以下Ｍｎ：０．０５〜５．０重量％Ａｌ：０．００２〜０．０５重量％Ｖ　　：０．０５〜０．５重量％を含み、さらにＳｂ：０．００１〜０．０１５重量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする高強度浸炭用鋼を提供するものである。ま
た、上記の鋼に、Ｃｒ：２．５重量％以下Ｍｏ：１．５重量％以下Ｎｉ：１．５重量％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有させること
により、浸炭処理後の鋼の疲労強度、衝撃強度を向上さ
せることができる。

【０００７】

【作用】本発明による合金元素成分含有量の限定の理由
について以下詳述する。Ｃ：基地に固溶し疲労強度を向上させると共に、浸炭を
増進させる意味でも重要であり、０．０５重量％未満で
は十分な強度を維持できなくなると共に浸炭処理時間が
増大し生産性を劣化させることから、下限を０．０５重
量％とした。しかし０．５５重量％を越えると非浸炭層
である内部の硬さが上昇し、耐衝撃性ならびに被削性が
劣化する。さらに焼入時の歪が増大し、部品精度を劣化
させる。よって、上限を０．５５重量％とした。

【０００８】Ｓｉ：鋼の溶製時に脱酸剤として作用する
ほか、基地に固溶し疲労強度を向上させる。しかし、０
．８５重量％を越える添加は、浸炭時のＣ拡散を著しく
阻害し浸炭性を劣化させると共に、浸炭異常層の発生を
増大する。さらに固溶したＳｉ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。よって、
Ｓｉの上限を０．８５重量％とした。なお、Ｓｉが多い
と、ガス浸炭の場合に浸炭異常層が発生し易く、０．２
０重量％以下とすることが好ましい。さらに下限は浸炭
処理後の強度維持の点で０．０２重量％程度とすること
が好ましい。

【０００９】Ｍｎ：鋼の浸炭性を向上させると共に焼入
性を向上し、強度ならびに靭性を高める。この効果は０
．０５重量％以上で顕著となり、５．０重量％でほぼ飽
和する。さらに、５．０重量％を越える添加は切削性を
劣化させることから、下限を０．０５重量％、上限を５
．０重量％とした。Ａｌ：鋼の溶製時に脱酸剤として作用するほか、浸炭処
理時に窒化物を形成して組織を微細化する。この効果は
、０．００２重量％以上で顕著となることから下限を０
．００２重量％とした。しかし、０．０５重量％を越え
て添加すると疲労強度を低下させる。よって、上限を０
．０５重量％とした。

【００１０】Ｖ：基地に固溶させ、浸炭処理後の靭性及
び疲労強度を向上させると共にＳｂと共存することによ
り浸炭異常層の発生を防止する目的で積極的に添加する
。この効果は０．０５重量％以上で顕著となることから
、下限を０．０５重量％とした。しかし、０．５０重量
％を越えて添加すると炭化物が安定し、靭性、疲労強度
がかえって低下する。よって、上限を０．５０重量％と
した。

【００１１】Ｓｂ：Ｖ存在下で浸炭処理における浸炭異
常層の発生を防止するので、積極的に添加する。これら
の元素は、浸炭処理時に鋼表面及びγ粒界に偏析し易く
、浸炭ガス中に含まれる酸化性ガスと鋼中のＣｒ，Ｍｎ
，Ｓｉとの反応を抑制し、その結果、浸炭異常層の形成
を防止する。さらに、回転曲げ疲労限を向上させる目的
で添加する。この作用はＶを含有する場合に著しく顕著
となり、浸炭異常層の発生を防止する。また、この作用
は、Ｓｂの添加量が０．００１重量％以上で顕著となる
ことから、下限を０．００１重量％とした。しかし、０
．０１５重量％を越えて添加すると効果が飽和すると同
時に、熱間加工性、延性、靭性が著しく低下する。よっ
て、上限を０．０１５重量％とした。

【００１２】上記、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｖ，Ｓｂの
各限定量をもって本発明の基本成分とするが、必要に応
じてＣｒ，Ｍｏ，Ｎｉを添加することにより、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、次の通りである。Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ：浸炭処理後の
鋼の疲労強度、衝撃強度を向上させるために有効な元素
であり、必要に応じて適量添加する。しかし、多すぎる
と靭性及び被削性が低下することから、それぞれの上限
を、Ｃｒ：２．５重量％，Ｍｏ：１．５重量％，Ｎｉ：
１．５重量％とし、１種あるいは２種以上を含有させる
。

【００１３】

【実施例】表１〜表２に示す化学組成を有する供試材を
常法にて溶製し、１５０ｍｍ角ビレットに分塊圧延した
後、直径３０ｍｍの棒鋼に圧延した。次いで、この棒鋼
を直径２５φｍｍの棒状試験片、ならびに平行部直径８
ｍｍの小野式回転曲げ疲労試験片に切削加工し、カーボ
ンポテンシャル：０．８重量％の条件で９３０℃×４ｈ
の浸炭処理を行い、８５０℃×３０ｍｉｎ保持後、１２
０℃油冷中焼入れを行った後、１８０℃×１ｈの焼戻し
を行った。

【００１４】直径２５φｍｍの棒状試験片は、切断後走
査型電子顕微鏡により浸炭異常層の深さを測定すると共
に、断面硬さ分布をＪＩＳ−Ｇ０５５７に準拠して測定
し有効硬化深さを求めた。小野式回転曲げ疲労試験の結
果は、従来材（Ｎｏ．１）の疲労限度を１として評価を
行った。結果を表３に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】表３において、次の化学成分が本発明を満
足しない比較材、すなわち、Ｓｂの低いＮｏ．２０鋼、
Ｓｉの高いＮｏ．２５鋼、Ｍｎの高いＮｏ．２６鋼の浸
炭異常層は、従来材Ｎｏ．１に比べ若干改善されている
ものの、１２〜１５μｍと極めて厚く、浸炭異常層の発
生を防止するには至っていない。Ｎｏ．２１鋼は、Ｓｉ
の含有量が極めて低いことにより浸炭異常層は２μｍと
改善されているが、Ｓｂが本発明を満足していないこと
から、回転曲げ疲労限が従来材Ｎｏ．１の０．９倍と若
干劣っている。

【００１９】また、比較材において、Ｓｂの高いＮｏ．
２２鋼、Ｃの低いＮｏ．２３鋼、Ｃの高いＮｏ．２４鋼
の浸炭異常層は、それぞれ０〜１μｍと従来Ｎｏ．１に
比べ改善されている。しかし、Ｓｂの高いＮｏ．２２鋼
、Ｃの高いＮｏ．２４鋼は焼割れを発生していることか
ら実用上は問題が大きく、さらに、Ｃの低いＮｏ．２３
鋼は十分な有効硬化深さが得られておらず、回転曲げ疲
労限も従来材Ｎｏ．１に比べ劣る。

【００２０】Ｖが本発明の条件を満足しない比較材、Ｖ
の低いＮｏ．２７鋼ならびにＡｌの高いＮｏ．２８鋼は
、それぞれＳｂの効果により、浸炭異常層は２μｍと極
めて薄く、焼割れも発生していないものの、回転曲げ疲
労限は従来材Ｎｏ．１と同等である。これに対して、本
発明材であるＮｏ．２鋼は、浸炭異常層は２μｍであり
、有効硬化深さも従来材Ｎｏ．１と同等あるいは優れて
いる。また、回転曲げ疲労限も従来材Ｎｏ．１に比し１
．３〜１．６倍優れている。さらに、本発明例に示すご
とく、Ｓｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉの１種あるいは２種以上
の複合添加は、いずれの場合においても浸炭異常層に大
差なく、従来材Ｎｏ．１に比べ回転曲げ疲労限が向上し
ていることから、その使用目的に応じて自由な組合せを
行うことが可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上記実施例からも明らかなごと
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、さらに浸炭処理後の疲
労強度、衝撃強度及び被削性の優れた高強度浸炭用鋼で
ある。本発明により、従来浸炭異常層除去のため必要と
していたショットピーニングや研磨工程の省略が可能と
なり、大幅なコスト低減と生産性の向上が達成された。

【００２２】また、浸炭異常層発生防止の観点から添加
量が制限されていたＣｒについても、本発明では特に制
約されないことから、焼入性の制御を柔軟に行うことが
できると共に、さらにＶを適量添加することによって、
より利用者の要望に合致し得る高強度浸炭用鋼を提供す
ることが可能となった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　Ｃ　　：０．０５〜０．５５重量％Ｓ
ｉ：０．８５重量％以下Ｍｎ：０．０５〜５．０重量％Ａｌ：０．００２〜０．０５重量％Ｖ　　：０．０５〜０．５重量％を含み、さらにＳｂ：
０．００１〜０．０１５重量％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする高強度浸炭用鋼。
【請求項２】　　請求項１記載の鋼がさらにＣｒ：２．
５重量％以下Ｍｏ：１．５重量％以下Ｎｉ：１．５重量％以下のうちから選ばれた１種又は２種以上を含有することを
特徴とする高強度浸炭用鋼。