JPH06100974A - 耐衝撃性に優れた肌焼鋼 - Google Patents

耐衝撃性に優れた肌焼鋼

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JPH06100974A
JPH06100974A JP22350792A JP22350792A JPH06100974A JP H06100974 A JPH06100974 A JP H06100974A JP 22350792 A JP22350792 A JP 22350792A JP 22350792 A JP22350792 A JP 22350792A JP H06100974 A JPH06100974 A JP H06100974A
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信行 石川
Tetsuo Shiragami
哲夫 白神
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐衝撃性に優れ、低コストで製造できる高靱
性肌焼鋼を提供すること 【構成】 C:0.05〜0.15wt%、Si:0.
15wt%以下、Mn:0.25〜1.50wt%、
P:0.015wt%以下、S:0.025wt%以
下、Cr:0.75〜2.50wt%を含有し、さらに
必要に応じて、Mo:1.0wt%以下、Ni:1.5
wt%以下、Nb:0.05wt%以下の1種または2
種以上を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からな
る高靱性肌焼鋼であり、C量の調整により芯部靭性を高
め、Si量の低減により粒界酸化層を低減させ、Cr等
により焼入性を調整すると同時に残留γ量を高めること
で、芯部および浸炭層の靭性をバランスよく向上させ
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車や産業機械等に
おいて耐衝撃性の要求される部品、特に歯車に好適な高
靭性肌焼鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】歯車等の機械構造用部品は、JISに規
定されたSC鋼、SCr鋼、SCM鋼またはSNCM鋼
等を素材とし、機械加工後浸炭焼入を施して用いられる
のが通例である。しかし、浸炭焼入を施した部品は表層
部の硬さが大幅に上昇し、また、その最表層部に不完全
焼入組織を伴った粒界酸化層を形成するために靭性の著
し低下を招き、このため、従来の材料では耐衝撃性が不
十分であるという問題があった。
【0003】このような問題に対して、従来、粒界酸化
層を生成しやすいSi,Mn,Crを低減し、Ni,M
oの増加により焼入性を補うとともに浸炭層の靭性を向
上させた歯車用鋼(特開昭60−243252号公
報)、Si,Moの添加により芯部を安定なフェライト
とオーステナイトの2相組織にするとともに、Tiの添
加により浸炭層および芯部を微細組織とすることにより
耐衝撃性を向上させた肌焼鋼(特開昭62−1843号
公報)が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
60−243252号公報に開示された歯車用鋼は、S
i,Mn,Crの低減による粒界酸化層の減少と、N
i,Moによる浸炭層の靭性向上により耐衝撃性がある
程度は改善されるものの、Ni,Moを多量に添加する
ためコスト上昇を招き、さらに、素材硬さの上昇により
被削性が低下するなどの問題点があり、また、耐衝撃性
も十分とは言い難い。
【0005】また、特開昭62−1843号公報に開示
された肌焼鋼は、高Siであるために粒界酸化層を生成
して、組織微細化の効果が打消されてしまい、十分な耐
衝撃性が得られない。また、Tiを多量に添加しなけれ
ばその効果が得られないという問題もある。このように
従来提案されている鋼は、耐衝撃性やコストの面で問題
があり、低コストでしかも優れた耐衝撃性を有する肌焼
鋼は、未だ開発されるに到っていない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
問題点を解決するため粒界酸化やその他の材料因子と耐
衝撃性との関係を詳細に検討した結果、耐衝撃性を向上
させるためには浸炭後の部材の芯部靭性を向上させるこ
とが最も有効であり、また、芯部靭性向上による効果を
有効に発揮させるためには、粒界酸化層を低減させ、さ
らには残留γ量の増加等により浸炭層の靭性を確保する
ことも必要であるという知見を得た。
【0007】図1に浸炭後の表層下12.5μmでの残
留γ量と衝撃値の関係を示した。但し、粒界酸化層の影
響を取り除くため、この衝撃値の測定は表層から30μ
m程度を電解研磨により除去した試験片を用いた。この
図1より、粒界酸化層の影響がない場合は残留γ量が多
いほど衝撃値が向上することが判る。また浸炭温度93
0℃、浸炭時間4時間、焼戻し温度150℃の浸炭処理
を施した場合の表層下12.5μmでの残留γ量は、 残留γ量(%)=23.0(C%)−12.6(Si%)+8.0(Mn%)+13.3(Cr%) +9.0(Mo%)+3.2(Ni%)+2.6 …(1)式 の関係式で表すことができる。この式よりSiの低減及
びCrの増加により、残留γ量を高めることができるこ
とが判る。
【0008】また、浸炭温度930℃、浸炭時間4時
間、焼戻し温度150℃の浸炭処理を施した場合の粒界
酸化層深さは、 粒界酸化層深さ(μm)=34.1(Si%)+9.0(Mn%)+0.6 …(2)式 の関係式で表すことができ、粒界酸化に対してはSiが
最も有害であることが判る。
【0009】このような知見に基づき、C量の調整によ
り芯部靭性を高め、Si量の低減により粒界酸化層を低
減させ、さらにはCr等により焼入性を調整すると同時
に残留γ量を高めることで、芯部および浸炭層の靭性を
バランスよく向上した高靭性肌焼鋼を開発するに到っ
た。
【0010】すなわち本願の第1の発明は、C:0.0
5〜0.15wt%、Si:0.15wt%以下、M
n:0.25〜1.50wt%、P:0.015wt%
以下、S:0.025wt%以下、Cr:0.75〜
2.50wt%を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなることを特徴とする耐衝撃性に優れた肌焼鋼で
ある。
【0011】また、本願の第2の発明は、C:0.05
〜0.15wt%、Si:0.15wt%以下、Mn:
0.25〜1.50wt%、P:0.015wt%以
下、S:0.025wt%以下、Cr:0.75〜2.
50wt%を含有し、さらに、Mo:1.0wt%以
下、Ni:1.5wt%以下、Nb:0.05wt%以
下の1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不
可避不純物からなることを特徴とする耐衝撃性に優れた
肌焼鋼である。
【0012】
【作用】本発明における各成分元素の限定理由は、以下
の通りである。 C:0.05〜0.15wt% Cは芯部強度を確保するために0.05wt%以上を必
要とするが、0.15wt%を超えると芯部靭性が低下
して、必要な耐衝撃性が得られないため、0.05〜
0.15wt%とする。 Si:0.15wt%以下 Siは酸素との親和力が強く粒界酸化を助長する元素で
あり、耐衝撃性を低下させるが、0.15wt%以下で
あれば問題はなく、このため上限を0.15wt%とす
る。
【0013】Mn:0.25〜1.50wt% Mnは芯部強度を確保し、また焼入性を向上させる元素
であり、このような作用を得るためには0.25wt%
以上の添加を必要とする。しかし、1.50wt%を超
えると焼入性が大きくなりすぎ、靭性の低下を招くた
め、0.25〜1.50wt%とする。 P:0.015wt%以下 Pは結晶粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、で
きるだけ低減することが望ましいが、0.015wt%
以下であれば問題はなく、このため上限を0.015w
t%とする。
【0014】S:0.025wt%以下 Sは被削性を確保するために必要な元素であるが、多量
に添加すると介在物量が増加し靭性が低下するので、そ
の上限を0.025wt%とする。 Cr:0.75〜2.50wt% Crは芯部強度を確保し、残留γ量を高めることにより
浸炭層の靭性を高める元素である。また焼入性を向上さ
せる元素でもあり、他の焼入性向上元素とのバランスに
より添加量を決定することが望ましい。しかし、0.7
5wt%未満では必要な焼入性が得られず、一方2.5
0wt%を超えると焼入性が大きくなりすぎ靭性の低下
を招くので、0.75〜2.50wt%とする。
【0015】本発明では上記した成分にさらに、Mo:
1.0wt%以下、Ni:1.5wt%以下、Nb:
0.05wt%以下のうちの1種または2種以上を含有
させることができる。これらの成分は靭性の向上のため
に添加され、それらの1種または2種以上の添加により
さらに優れた耐衝撃性が得られる。 Mo:1.0wt%以下 Moは焼入性を向上し、また、残留γ量を高めることに
より浸炭層の靭性を向上させるために有効な元素であ
る。しかし、1.0wt%を超えて添加すると焼入性が
大きくなりすぎ、またコスト的にも不利になるため、そ
の上限を1.0wt%とする。
【0016】Ni:1.5wt%以下 NiはMoと同様に焼入性及び靭性を向上させるために
有効な元素である。しかし、過剰に添加すると素材が硬
くなり過ぎて被削性が損なわれ、またコスト的にも不利
になるため、その上限を1.5wt%とする。 Nb:0.05wt%以下 Nbは鋼中で炭・窒化物を生成することで結晶粒を微細
化し、耐衝撃性に対して有効な元素である。しかし、
0.05wt%を超えて添加しても効果が飽和してしま
うため、その上限を0.05wt%とする。
【0017】
【実施例】表1に示す合金成分の鋼を溶製した。No.
1〜8が本発明鋼、No.9〜15が比較鋼または従来
鋼である。これらの供試鋼について圧延、焼ならしを行
った後、10mmRノッチのシャルピー試験片に加工し
た。次いで各試験片に対して、浸炭ガス雰囲気中で93
0℃×4時間加熱→油冷→150℃×2時間焼戻しの条
件で浸炭焼入れ・焼戻しを施し、各処理材についてミク
ロ観察による粒界酸化層深さの測定、残留γ量の測定、
硬さの測定及びシャルピー衝撃試験を実施した。
【0018】上記試験の結果を表2に示す。C及びSi
の含有量が通常レベルであるNo.9,No.10は、
NiまたはNbが添加されていても、従来鋼に較べ衝撃
値の大きな向上は見られない。No.11は低SiのM
o添加鋼であり粒界酸化層も小さいが、Cの含有量が通
常レベルであるため芯部の靭性が低く、衝撃値も従来鋼
に較べて大きな向上は見られない。No.12は低C鋼
であるが、Siの含有量が通常レベルであるために粒界
酸化層深さが大きく、衝撃値の低下につながっている。
No.13は低C、低Si鋼であるが、S量が多いため
介在物量が多くなり衝撃値の低下を招いている。これに
対してNo.1〜No.8の本発明鋼は何れも粒界酸化
層の生成が少なく、しかも残留γ量が多いため、比較鋼
や従来鋼に比べ高い衝撃値を示している。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の肌焼鋼は従
来鋼に較べて極めて優れた耐衝撃性を示し、しかも、低
コストで製造できる長所がある。このため、自動車や産
業機械等において耐衝撃性の要求される部品、特に歯車
用の材料として好適且つ有用な肌焼鋼である。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】残留γ量と、電解研磨により粒界酸化層を除去
した時の衝撃値との関係を示したグラフ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年7月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】歯車等の機械構造用部品は、JISに規
定されたSC鋼、SCr鋼、SCM鋼またはSNCM鋼
等を素材とし、機械加工後浸炭焼入を施して用いられる
のが通例である。しかし、浸炭焼入を施した部品は表層
部の硬さが大幅に上昇し、また、その最表層部に不完全
焼入組織を伴った粒界酸化層を形成するために靭性の
しい低下を招き、このため、従来の材料では耐衝撃性が
不十分であるという問題があった。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】
【表1】
【手続補正書】
【提出日】平成5年11月8日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】
【表1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.05〜0.15wt%、Si:
    0.15wt%以下、Mn:0.25〜1.50wt
    %、P:0.015wt%以下、S:0.025wt%
    以下、Cr:0.75〜2.50wt%を含有し、残部
    がFeおよび不可避不純物からなることを特徴とする耐
    衝撃性に優れた肌焼鋼。
  2. 【請求項2】 C:0.05〜0.15wt%、Si:
    0.15wt%以下、Mn:0.25〜1.50wt
    %、P:0.015wt%以下、S:0.025wt%
    以下、Cr:0.75〜2.50wt%を含有し、さら
    に、Mo:1.0wt%以下、Ni:1.5wt%以
    下、Nb:0.05wt%以下の1種または2種以上を
    含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなることを
    特徴とする耐衝撃性に優れた肌焼鋼。
JP4223507A 1992-07-31 1992-07-31 耐衝撃性に優れた肌焼鋼 Expired - Lifetime JP2943519B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04160136A (ja) * 1990-10-23 1992-06-03 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐摩耗性に優れた浸炭肌焼鋼

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04160136A (ja) * 1990-10-23 1992-06-03 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐摩耗性に優れた浸炭肌焼鋼

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