JPH05171347A

JPH05171347A - 冷間鍛造性に優れた軟窒化用鋼

Info

Publication number: JPH05171347A
Application number: JP35484291A
Authority: JP
Inventors: Yatsuka Takada; 八束高田; Isao Sumita; 庸住田; Hironori Ohashi; 浩典大橋; Yoshimi Aoyama; 善美青山; Makoto Sumitomo; 誠住友; Taisuke Miyamoto; 泰介宮本
Original assignee: Toyota Motor Corp; Aichi Steel Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aichi Steel Corp
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は圧延後の硬さがＨｖ２００以下であ
って、軟窒化性と冷間鍛造性が優れた軟窒化用鋼を提供
する。【構成】重量比にしてＣ；０．０５〜０．２５％、Ｓ
ｉ；０．５０％以下、Ｍｎ；０．５５％以下、Ｃｒ；
０．５０〜２．００％、Ｖ；０．０２〜０．３５％、Ａ
ｌ；０．００５〜０．０５０％を含有し、必要に応じて
Ｎｂ；０．０２〜０．３５％を含有し、残部がＦｅおよ
び不純物元素からなることを冷間鍛造性に優れた軟窒化
用鋼。【効果】軟窒化処理により表面硬さをＨｖ６００以
上、有効硬化深さを０．２ｍｍ以上とすることができ、
また、圧延後の硬さＨｖが２００以下になり、フェライ
ト＋パーライトの２相組織とすることができ、ベイナイ
トの生成を阻止して、軟窒化性と併せて冷間鍛造性を確
保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧延後の硬さがＨｖ２０
０以下であって、軟窒化性と併せて冷間鍛造性にも優れ
た軟窒化用鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】軟窒化処理は、５００〜５８０℃に加熱
した青酸塩の塩浴に鉄鋼を浸漬して表面硬化させる方法
であって、塩浴に酸素を供給することにより、生成した
シアン酸塩が分解し、ＮとＣＯとを生じ窒化と浸炭が同
時に行われる。

【０００３】軟窒化法がガス窒化法と異なる点は、窒化
層に窒素の他に少量の炭素を含むことと、窒化層に脆い
ζ相（Ｆｅ₂Ｎ）を含まず、軟らかく靱性に富んでいる
ことである。また、ガス窒化が５０〜１００時間を要す
るのに、軟窒化は僅かに９０〜１２０分の短い時間で処
理を終わることができる上に、軟窒化は炭素鋼の疲れ強
さを上昇させるので、機械構造用部品の表面硬化および
改質処理として、好んで用いられている。

【０００４】また、ガス窒化法では使用鋼材はこの目的
で作られた窒化鋼に限定されるが、軟窒化に応用し得る
鋼は、非常に範囲が広く鉄系合金であれば殆ど全ての材
料に適用できる。例えば、従来軟窒化用鋼として、ＳＣ
Ｍ４３５やＳＡＣＭ６４５が多く使用されている。しか
し、ＳＣＭ４３５鋼の場合、軟窒化処理後の有効硬化深
さが浅くしかも表面硬さが低く、疲労強度、耐摩耗性の
点で充分でなく、またＳＡＣＭ６４５鋼では表面硬さは
高くなるものの有効硬化深さが浅く、硬化部の剥離が起
こり易いので、耐ピッチング性、耐スポーリング性に劣
る。

【０００５】そのため、軟窒化用鋼として多くの提案が
なされているが、例えば、特公平１−３７４７２号公報
の軟窒化用鋼の発明においては、表面硬さを得るために
ＣｒおよびＡｌの添加量を調整すると共に、Ｖを添加し
Ｓｉ量を制限することにより硬化深さを大きくし、Ｎ量
を特定することにより芯部硬さを向上し、疲労強度、耐
摩耗性、耐ピッチング性および耐スポーリング性に優れ
た軟窒化用鋼を得ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら提案されている軟窒化用鋼は、前記の特公平１−３７
４７２号公報の発明をはじめとして、窒化層の有効硬化
深さの改善を目指したものであって、軟窒化性と併せて
冷間鍛造性を考慮したものは無かった。

【０００７】そのため、前記軟窒化用鋼においても、圧
延後の硬さがＨｖ２５０前後となり、組織もフェライト
とパーライトに混じってベイナイトが生成するために、
冷間鍛造性に劣るという欠点があった。

【０００８】本発明は従来の軟窒化用鋼が冷間鍛造性に
劣るという問題点を解決すべくなされたものであって、
所望の有効硬化深さが得られて軟窒化性を具備すると共
に、必要な冷間鍛造性が確保された冷間鍛造性に優れた
軟窒化用鋼を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者等は軟窒化用鋼に
おいて必要な冷間鍛造性を確保するために鋭意検討を重
ねた。その結果、圧延後の硬さＨｖを２００以下にする
と共に、フェライト＋パーライトの２相組織とすること
により、前記課題を解決できることを突き止めた。

【００１０】そこで、通常の軟窒化処理条件の下で、
０．２ｍｍ以上の有効硬化深さを得るべく、Ｃｒ、Ｖ、
Ａｌ等を含有させた軟窒化用鋼において、圧延後の硬さ
Ｈｖを２００以下にすると共に、フェライト＋パーライ
トの２相組織とするために、各元素の含有量について、
研究を重ねた。

【００１１】その結果、Ｃを０．０５〜０．２５％に規
制することにより、圧延後の硬さＨｖが２００以下にな
り、フェライト＋パーライトの２相組織とすることがで
き、Ｍｎを０．５５％以下に低減することにより、ベイ
ナイトの生成を阻止して、フェライト＋パーライトの２
相組織とすることができ、Ｓｉを０．５０％以下に規制
することにより、軟窒化性と併せて冷間鍛造性を確保で
きることを新たに知見して本発明を完成した。

【００１２】本発明の冷間鍛造性に優れた軟窒化用鋼
は、重量比にしてＣ；０．０５〜０．２５％、Ｓｉ；
０．５０％以下、Ｍｎ；０．５５％以下、Ｃｒ；０．５
０〜２．００％、Ｖ；０．０２〜０．３５％、Ａｌ；
０．００５〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび
不純物元素からなることを要旨とする。

【００１３】本発明においては、必要に応じてＮｂ；
０．０２〜０．３５％を含有せしめることにより、さら
に軟窒化性を改善することができる。また、本発明にお
いては圧延後の硬さをＨｖ２００以下とすることによ
り、さらに冷間鍛造性および軟窒化性を改善することが
できる。

【００１４】

【作用】本発明の軟窒化用鋼は、Ｃｒ；０．５０〜２．
００％、Ｖ；．０２〜０．３５％、Ａｌ；０．００５〜
０．０５０％、Ｎｂ；０．０２〜０．３５％を含有せし
めたので、通常の軟窒化処理条件の下において、表面硬
さをＨｖ６００以上、有効硬化深さを０．２ｍｍ以上と
することができる。

【００１５】Ｃを０．０５〜０．２５％に規制すること
により、圧延後の硬さＨｖが２００以下になり、フェラ
イト＋パーライトの２相組織とすることができ、Ｍｎを
０．５５％以下に低減することにより、ベイナイトの生
成を阻止して、Ｓｉを０．５０％以下に規制することに
より、軟窒化性と併せて冷間鍛造性を確保できる。

【００１６】本発明において成分組成を限定した理由に
ついて以下に説明する。Ｃ；０．０５〜０．２５％Ｃは鋼の芯部の硬さを確保し強度を付与するに必要な元
素である。０．０５％未満では圧延放冷時の硬さが低く
なり強度が不足するので下限を０．０５％とした。０．
２５％を越えると圧延放冷時の硬さがＨｖ２００を越
え、フェライトとパーライトにベイナイトの混じった３
相組織となり、冷間鍛造性を阻害するので、上限を０．
２５％とした。

【００１７】Ｓｉ；０．５０％以下Ｓｉは通常脱酸剤として添加されるが、軟窒化性を阻害
すると共に冷間鍛造性にも有害であるので、必要な冷間
鍛造性および軟窒化性を確保するために０．５０％以下
とした。なお、望ましくは上限を０．０２０％とするこ
とが好ましい。

【００１８】Ｍｎ；０．５５％以下Ｍｎは製鋼時に脱酸剤として添加され、強度および靱性
を付与し焼入れ性を向上させる元素であるが、本発明の
場合フェライト＋パーライト組織にして、冷間鍛造性を
確保するために、上限を０．５５％とした。

【００１９】Ｃｒ；０．５０〜２．００％Ｃｒは軟窒化処理において浸入するＮと結合して窒化層
を形成し、表面硬度を高め、窒化層の硬化深さを深くす
る。前記硬化により必要な軟窒化性を得るためには少な
くとも０．５０％以上を含有させる必要がある。しか
し、２．００％を越えると焼入れ性の関係で圧延後の硬
度が上がり冷間鍛造性が劣化し、軟窒化性が却って阻害
されるので、上限を２．００％とした。

【００２０】Ｖ；０．０２〜０．３５％Ｖは軟窒化により浸入するＮおよびＣと結合し、表面硬
さを向上させまた有効硬化深さを向上させる元素であ
る。前記効果を得るためには少なくとも０．０２％含有
させる必要がある。しかし、０．３５％を越えて含有さ
せると、炭窒化物の生成により冷間鍛造性を阻害するの
で、上限を０．３５％とした。

【００２１】Ａｌ；０．００５〜０．０５０％Ａｌは浸入するＮと結合して表面硬さを高めるので、軟
窒化性の向上に必要な元素である。前記効果を得るため
にはすくなくとも０．００５％以上含有させる必要があ
る。しかし、０．０５０％を越えて含有させると、Ｎの
拡散が却って阻害されて軟窒化性が悪くなり、また酸化
物系の介在物の増加により冷間鍛造性が阻害されるの
で、上限を０．０５０％とした。

【００２２】Ｎｂ；０．０２〜０．３５％Ｎｂは軟窒化により浸入するＮおよびＣと結合し、表面
硬さを向上させまた有効硬化深さを向上させる元素であ
る。前記効果を得るためには少なくとも０．０２％含有
させる必要がある。しかし、０．３５％を越えて含有さ
せると、炭窒化物の生成により冷間鍛造性を阻害するの
で、上限を０．３５％とした。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を従来例および比較例と比べ
て説明し、本発明の特徴を明らかにする。本発明の実施
例、従来例および比較例として、表１に示す化学成分の
供試鋼を溶製した。なお、表１においてＡ〜Ｈ鋼は発明
鋼で、Ａ〜Ｄ鋼はＮｂを含有しない発明鋼、Ｅ〜Ｈ鋼は
Ｎｂを含有する発明鋼である。また、Ｉ〜Ｌ鋼は比較鋼
であって、Ｉ鋼はＣ含有量が本発明の組成範囲より高
く、Ｊ鋼はＳｉ含有量が本発明の組成範囲より高く、Ｋ
鋼はＭｎ含有量が本発明の組成範囲より高く、Ｌ鋼はＶ
含有量が本発明の組成範囲より高い比較鋼である。Ｍ鋼
は特公平１−３７４７２号公報の発明鋼に相当する従来
鋼である。

【００２４】

【表１】

【００２５】得られた供試鋼を９５０℃で圧延し、直径
３０ｍｍの丸棒とした後放冷した。なお、放冷時の冷却
速度は８００〜２５０℃の間で２℃／ｓｅｃ以下であっ
た。得られた丸棒からφ２０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を
作製し、芯部硬度を測定することにより、冷間鍛造性を
評価した。

【００２６】続いてこれら試験片を５８０℃に加熱した
アンモニアガス＋ＲＸガス中で、３時間の軟窒化処理を
施した。軟窒化処理後、これら試験片の有効硬化深さ
（Ｈｖ４００以上の深さｍｍ）および表面硬さ（Ｈｖ）
を測定し、軟窒化性を評価した。得られた結果は、表２
にまとめて示した。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかなように、比較鋼であるＩ
鋼はＣ含有量が本発明の組成範囲より高かったので、圧
延放冷時の硬さがＨｖ２００を越え冷間鍛造性に劣り、
有効硬化深さが０．１９ｍｍであって軟窒化性に劣る。
Ｓｉ含有量が本発明の組成範囲より高い比較鋼であるＪ
鋼は、同様に芯部硬さがＨｖ２０８であり、有効硬化深
さは０．１７ｍｍであって、冷間鍛造性および軟窒化性
に劣る。

【００２９】比較鋼であるＫ鋼はＭｎ含有量が本発明の
組成範囲より高かったため、圧延放冷時の硬さがＨｖ２
１１となり冷間鍛造性に劣る。比較鋼であるＬ鋼はＶ含
有量が本発明の組成範囲より高く、冷間鍛造性に劣る。
なお、従来鋼Ｍは有効硬化深さは０．２４ｍｍであって
軟窒化性に優れるが、芯部硬度がＨｖ２６３であって冷
間鍛造性に劣る。

【００３０】これに対して本発明鋼であるＡ〜Ｈ鋼は、
圧延放冷時の芯部硬さがＨｖ１００〜１９６であって、
冷間鍛造性に優れ、また有効硬化深さは０．２０〜０．
２７ｍｍであって、冷間鍛造性と併せて軟窒化性にも優
れていることが判明し、本発明の効果を確認することが
できた。

【００３１】

【発明の効果】本発明の冷間鍛造性に優れた軟窒化用鋼
は以上詳述したように、Ｃｒ；０．５０〜２．００％、
Ｖ；０．０２〜０．３５％、Ａｌ；０．００５〜０．０
５０％、Ｎｂ；０．０２〜０．３５％を含有せしめたの
で、通常の軟窒化処理条件の下において、表面硬さをＨ
ｖ６２８以上、有効硬化深さを０．２ｍｍ以上とするこ
とができる。その上、Ｃを０．０５〜０．２５％に規制
することにより、圧延後の芯部硬さＨｖが２００以下に
なり、フェライト＋パーライトの２相組織とすることが
でき、Ｍｎを０．５５％以下に低減することにより、ベ
イナイトの生成を阻止して、Ｓｉを０．５０％以下に規
制することにより、軟窒化性と併せて冷間鍛造性を確保
できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大橋浩典愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者青山善美愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者住友誠愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者宮本泰介愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にしてＣ；０．０５〜０．２５
％、Ｓｉ；０．５０％以下、Ｍｎ；０．５５％以下、Ｃ
ｒ；０．５０〜２．００％、Ｖ；０．０２〜０．３５
％、Ａｌ；０．００５〜０．０５０％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冷間鍛
造性に優れた軟窒化用鋼。
【請求項２】重量比にしてＣ；０．０５〜０．２５
％、Ｓｉ；０．５０％以下、Ｍｎ；０．５５％以下、Ｃ
ｒ；０．５０〜２．００％、Ｖ；０．０２〜０．３５
％、Ａｌ；０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ；０．０２
〜０．３５％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冷間鍛造性に優れた軟窒化用
鋼。