JPH07126803A - 浸炭歯車用鋼 - Google Patents
浸炭歯車用鋼Info
- Publication number
- JPH07126803A JPH07126803A JP27724793A JP27724793A JPH07126803A JP H07126803 A JPH07126803 A JP H07126803A JP 27724793 A JP27724793 A JP 27724793A JP 27724793 A JP27724793 A JP 27724793A JP H07126803 A JPH07126803 A JP H07126803A
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- JP
- Japan
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- steel
- less
- fatigue strength
- fatigue
- carburizing
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い曲げ疲労強度と、ばらつきが少なく高い
面疲労強度とをもつ浸炭歯車用鋼を提供する。 【構成】 合金元素の含有率が重量％で、Ｃ：０．１〜
０．３％、Ｓｉ：０．３５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜
１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：０．３〜５．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、
Ｏ：０．００１５％以下であり、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浸炭歯車用鋼。さら
に、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：
０．１％以下のうち１種または２種以上を含むことがで
きる。
面疲労強度とをもつ浸炭歯車用鋼を提供する。 【構成】 合金元素の含有率が重量％で、Ｃ：０．１〜
０．３％、Ｓｉ：０．３５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜
１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、
Ｃｒ：０．３〜５．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、
Ｏ：０．００１５％以下であり、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浸炭歯車用鋼。さら
に、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：
０．１％以下のうち１種または２種以上を含むことがで
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、曲げ疲労強度に加え
て、耐摩耗性と面疲労強度に優れた歯車を得るのに好適
な浸炭歯車用の鋼に関する。
て、耐摩耗性と面疲労強度に優れた歯車を得るのに好適
な浸炭歯車用の鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の歯車用鋼としては、表面硬さ、靭
性、曲げ疲労強度などの諸特性が優れた、ＪＩＳ ＳＣ
ｒ４２０、ＳＣＭ４２０に代表されるような肌焼鋼が用
いられてきた。歯車の小型軽量化に伴って、歯車の歯に
加わる負荷は増加し、ますます鋼の高強度化に対する要
求が高まっている。これに対処して曲げ疲労強度を向上
させた浸炭歯車用鋼が種々提案されている。これらの鋼
によれば、歯車の歯元の疲労強度は向上し、歯元からの
疲労破損は防がれるが、しかし、新たな問題として、歯
面に高い圧縮荷重が加わるために歯の表層部に生じる繰
返し圧縮応力による疲労（以後「面疲労」と呼ぶ）破壊
が発生し、このために歯面の破損が顕著になってきた。
性、曲げ疲労強度などの諸特性が優れた、ＪＩＳ ＳＣ
ｒ４２０、ＳＣＭ４２０に代表されるような肌焼鋼が用
いられてきた。歯車の小型軽量化に伴って、歯車の歯に
加わる負荷は増加し、ますます鋼の高強度化に対する要
求が高まっている。これに対処して曲げ疲労強度を向上
させた浸炭歯車用鋼が種々提案されている。これらの鋼
によれば、歯車の歯元の疲労強度は向上し、歯元からの
疲労破損は防がれるが、しかし、新たな問題として、歯
面に高い圧縮荷重が加わるために歯の表層部に生じる繰
返し圧縮応力による疲労（以後「面疲労」と呼ぶ）破壊
が発生し、このために歯面の破損が顕著になってきた。
【０００３】面疲労強度の向上については、従来、軸受
鋼においては、ＳｉやＣｒの添加が検討されているほ
か、ＣｕやＳｂなどを始め、種々の合金元素の添加の効
果も報告されている。しかし、これらの合金元素の添
加、増量により、面疲労強度は向上するが、その効果に
はばらつきが大きく、極端に強度の劣るものが生じるの
を避けがたい嫌いがあり、歯車用鋼としてそのまま用い
るわけにはいかない。
鋼においては、ＳｉやＣｒの添加が検討されているほ
か、ＣｕやＳｂなどを始め、種々の合金元素の添加の効
果も報告されている。しかし、これらの合金元素の添
加、増量により、面疲労強度は向上するが、その効果に
はばらつきが大きく、極端に強度の劣るものが生じるの
を避けがたい嫌いがあり、歯車用鋼としてそのまま用い
るわけにはいかない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情を背景としてなされたもので、高い曲げ疲労強度
と、高くて、かつ、ばらつきの少ない均一な面疲労強度
とをもつ浸炭歯車用鋼を提供することにある。
な事情を背景としてなされたもので、高い曲げ疲労強度
と、高くて、かつ、ばらつきの少ない均一な面疲労強度
とをもつ浸炭歯車用鋼を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は種々の合金元
素の組合せについて検討した結果、面疲労強度の向上に
対して、ＳｉとＶの複合添加が有効であることを見出し
た。すなわち、本発明の浸炭歯車用鋼は、合金元素の含
有率が重量％で、Ｃ ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．
３５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｐ ：０．
０３％以下、Ｓ ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．３〜
５．０％、Ｖ ：０．０５〜０．５％、Ｏ ：０．００
１５％以下であり、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。また、上記の合金元素に加え
て、重量％で、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以
下、Ｎｂ：０．１％以下のうち１種または２種以上を含
み、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。
素の組合せについて検討した結果、面疲労強度の向上に
対して、ＳｉとＶの複合添加が有効であることを見出し
た。すなわち、本発明の浸炭歯車用鋼は、合金元素の含
有率が重量％で、Ｃ ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．
３５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｐ ：０．
０３％以下、Ｓ ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．３〜
５．０％、Ｖ ：０．０５〜０．５％、Ｏ ：０．００
１５％以下であり、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。また、上記の合金元素に加え
て、重量％で、Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以
下、Ｎｂ：０．１％以下のうち１種または２種以上を含
み、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。
【０００６】以下に各合金成分の限定理由について説明
する。 Ｃ：０．１〜０．３％ Ｃは鋼の強度を保持するのに必須の元素であり、浸炭焼
入れ処理後に所要の心部硬さを維持するためには、０．
１％以上を含有する必要がある。しかし、その含有量が
多すぎれば、浸炭焼入れ処理後の心部硬さが高すぎて靭
性を損い、また、有効な熱処理残留応力を減じて曲げ疲
労強度の面でも不利となる。さらに、素材状態における
材料硬さを高め、被削性を損うなどの弊害をもたらすの
で、Ｃ含有量の上限を０．３％とする。
する。 Ｃ：０．１〜０．３％ Ｃは鋼の強度を保持するのに必須の元素であり、浸炭焼
入れ処理後に所要の心部硬さを維持するためには、０．
１％以上を含有する必要がある。しかし、その含有量が
多すぎれば、浸炭焼入れ処理後の心部硬さが高すぎて靭
性を損い、また、有効な熱処理残留応力を減じて曲げ疲
労強度の面でも不利となる。さらに、素材状態における
材料硬さを高め、被削性を損うなどの弊害をもたらすの
で、Ｃ含有量の上限を０．３％とする。
【０００７】Ｓｉ：０．３５〜３．０％ Ｓｉは鋼に焼戻し軟化抵抗性を与えるもので、Ｖと共存
することによって一層その効果を強めるという、本発明
において重要な役割をもつ元素である。その効果を発揮
させるのには０．３５％以上の含有率が必要である。し
かし、過剰に添加してもその効果は飽和するばかりでな
く、鋼の変態点を高めるので熱処理温度を高温とする必
要を生じるほか、鍛造性および被削性を損うなどの不都
合をもたらすので、Ｓｉ含有率の上限を３．０％とす
る。
することによって一層その効果を強めるという、本発明
において重要な役割をもつ元素である。その効果を発揮
させるのには０．３５％以上の含有率が必要である。し
かし、過剰に添加してもその効果は飽和するばかりでな
く、鋼の変態点を高めるので熱処理温度を高温とする必
要を生じるほか、鍛造性および被削性を損うなどの不都
合をもたらすので、Ｓｉ含有率の上限を３．０％とす
る。
【０００８】Ｍｎ：０．３〜１．５％ Ｍｎは鋼の熱間加工性を高め、焼入れ性を確保するため
に０．３％以上添加する。しかし、過剰に添加すると素
材の軟化焼鈍を困難とし被削性損うのでＭｎ含有率の上
限を１．５％とする。 Ｐ：０．０３％以下 Ｐはオ−ステナイト結晶粒界に偏析して鋼の靭性を損う
のでその含有率を０．０３％以下とする。
に０．３％以上添加する。しかし、過剰に添加すると素
材の軟化焼鈍を困難とし被削性損うのでＭｎ含有率の上
限を１．５％とする。 Ｐ：０．０３％以下 Ｐはオ−ステナイト結晶粒界に偏析して鋼の靭性を損う
のでその含有率を０．０３％以下とする。
【０００９】Ｓ：０．０３％以下 Ｓは鋼の熱間加工性を害し、また、鋼中で非金属介在物
を形成して横方向の靭延性を損うのでその含有率を０．
０３％以下とする。 Ｃｒ：０．３〜５．０％ Ｃｒは鋼の焼入れ性を増し、軟化抵抗性を高める元素な
ので、０．３％以上を添加するが、過剰に添加してもそ
の効果は飽和し、いたずらにコストを高めるのみなの
で、含有率の上限を５．０％とする。
を形成して横方向の靭延性を損うのでその含有率を０．
０３％以下とする。 Ｃｒ：０．３〜５．０％ Ｃｒは鋼の焼入れ性を増し、軟化抵抗性を高める元素な
ので、０．３％以上を添加するが、過剰に添加してもそ
の効果は飽和し、いたずらにコストを高めるのみなの
で、含有率の上限を５．０％とする。
【００１０】Ｖ：０．０５〜０．５％ Ｖは結晶粒を微細化する効果をもち、Ｓｉとの共存下に
おいて相乗的に焼戻し軟化抵抗性を高める効果をもつ。
また、鋼中で炭窒化物を形成してＳｉの偏析を抑制し、
疲労寿命のばらつき、特に面疲労において短寿命で破壊
する現象を防止するのに有効な元素である。これらの効
果を発揮するにはＶ含有率０．０５％以上を必要とす
る。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和し、いた
ずらに鋼の変態点を高めのみなので含有率の上限を０．
５％とする。
おいて相乗的に焼戻し軟化抵抗性を高める効果をもつ。
また、鋼中で炭窒化物を形成してＳｉの偏析を抑制し、
疲労寿命のばらつき、特に面疲労において短寿命で破壊
する現象を防止するのに有効な元素である。これらの効
果を発揮するにはＶ含有率０．０５％以上を必要とす
る。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和し、いた
ずらに鋼の変態点を高めのみなので含有率の上限を０．
５％とする。
【００１１】Ｏ：０．００１５％以下 Ｏは、鋼中において疲労破壊の基点となる硬質の非金属
介在物を形成する元素なのでその含有率は少ないほど好
ましいが、鋼精錬上の経済性をも勘案して０．００１５
％以下とする。 Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．
１％以下 Ｎｉ、Ｍｏ、およびＮｂは、鋼の靭性を向上し、浸炭鋼
の浸炭層硬さ、内部硬さを高める元素なので、それぞれ
３．０％以下、１．０％以下および０．１％以下の範囲
で単独に、または複合して添加してもよい。
介在物を形成する元素なのでその含有率は少ないほど好
ましいが、鋼精錬上の経済性をも勘案して０．００１５
％以下とする。 Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．
１％以下 Ｎｉ、Ｍｏ、およびＮｂは、鋼の靭性を向上し、浸炭鋼
の浸炭層硬さ、内部硬さを高める元素なので、それぞれ
３．０％以下、１．０％以下および０．１％以下の範囲
で単独に、または複合して添加してもよい。
【００１２】
【実施例】表１に示す化学組成をもつ熱間圧延鋼材か
ら、試験部直径８ｍｍのＶ溝環状切欠き回転曲げ疲労試
験片（応力集中係数１．８）および試験部直径１２ｍｍ
のラジアル型転動疲労試験片を削り出し、図１に示す条
件で浸炭焼入れ、焼戻しの熱処理を施した。ただし実施
例８のみは浸炭温度を１０５０℃とした。これにアーク
ハイト１．０ｍｍＡのショットピーニングを施し、回転
曲げ疲労試験片はそのまま、また、転動疲労試験片はさ
らに表面研削を施して、それぞれ回転曲げ疲労試験およ
び転動疲労試験に供した。試験結果を表２に示す。
ら、試験部直径８ｍｍのＶ溝環状切欠き回転曲げ疲労試
験片（応力集中係数１．８）および試験部直径１２ｍｍ
のラジアル型転動疲労試験片を削り出し、図１に示す条
件で浸炭焼入れ、焼戻しの熱処理を施した。ただし実施
例８のみは浸炭温度を１０５０℃とした。これにアーク
ハイト１．０ｍｍＡのショットピーニングを施し、回転
曲げ疲労試験片はそのまま、また、転動疲労試験片はさ
らに表面研削を施して、それぞれ回転曲げ疲労試験およ
び転動疲労試験に供した。試験結果を表２に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】表２から明らかなように、ＳｉとＶとを複
合添加した本発明の実施例１〜１０は転動疲労試験にお
ける累積破損確率１０％（Ｌ10）および累積破損確率５
０％（Ｌ50）のいずれにおいても著しい向上を示し、特
にＬ10寿命の向上が顕著であって、これにより転動疲労
寿命のばらつきが低減していることが認められる。ま
た、曲げ疲労強度においても本発明の実施例１〜１０は
比較例に較べて同等以上の高い疲れ限度を示している。
合添加した本発明の実施例１〜１０は転動疲労試験にお
ける累積破損確率１０％（Ｌ10）および累積破損確率５
０％（Ｌ50）のいずれにおいても著しい向上を示し、特
にＬ10寿命の向上が顕著であって、これにより転動疲労
寿命のばらつきが低減していることが認められる。ま
た、曲げ疲労強度においても本発明の実施例１〜１０は
比較例に較べて同等以上の高い疲れ限度を示している。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、固有の合金組成の選択
によって、高い曲げ疲労強度と、高くて、かつ、ばらつ
きの少ない均一な面疲労強度とをもつ浸炭歯車用鋼を提
供することができる。
によって、高い曲げ疲労強度と、高くて、かつ、ばらつ
きの少ない均一な面疲労強度とをもつ浸炭歯車用鋼を提
供することができる。
【図１】 供試材の浸炭焼入れ、焼戻し熱処理の温度曲
線を示す図である。
線を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 合金元素の含有率が重量％で、 Ｃ ：０．１〜０．３％、 Ｓｉ：０．３５〜３．０％、 Ｍｎ：０．３〜１．５％、 Ｐ ：０．０３％以下、 Ｓ ：０．０３％以下、 Ｃｒ：０．３〜５．０％、 Ｖ ：０．０５〜０．５％、 Ｏ ：０．００１５％以下であり、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る浸炭歯車用鋼。 - 【請求項２】 請求項１記載の合金元素に加えて、重量
％で、 Ｎｉ：３．０％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 Ｎｂ：０．１％以下のうちいずれか一種または２種以上
を含み、 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る浸炭歯車用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27724793A JPH07126803A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 浸炭歯車用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27724793A JPH07126803A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 浸炭歯車用鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07126803A true JPH07126803A (ja) | 1995-05-16 |
Family
ID=17580872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27724793A Pending JPH07126803A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 浸炭歯車用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07126803A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1167561A2 (en) * | 2000-06-28 | 2002-01-02 | Mitsubishi Steel Muroran Inc. | Carburizing and carbonitriding steel |
| US9200354B2 (en) | 2010-11-29 | 2015-12-01 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Rolled steel bar or wire for hot forging |
| US9410232B2 (en) | 2011-11-01 | 2016-08-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Method for producing steel component |
| KR20170121267A (ko) | 2015-03-31 | 2017-11-01 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 열간 압연 봉선재, 부품 및 열간 압연 봉선재의 제조 방법 |
-
1993
- 1993-11-08 JP JP27724793A patent/JPH07126803A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1167561A2 (en) * | 2000-06-28 | 2002-01-02 | Mitsubishi Steel Muroran Inc. | Carburizing and carbonitriding steel |
| EP1167561A3 (en) * | 2000-06-28 | 2009-03-04 | Mitsubishi Steel Muroran Inc. | Carburizing and carbonitriding steel |
| US9200354B2 (en) | 2010-11-29 | 2015-12-01 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Rolled steel bar or wire for hot forging |
| US9410232B2 (en) | 2011-11-01 | 2016-08-09 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Method for producing steel component |
| KR20170121267A (ko) | 2015-03-31 | 2017-11-01 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 열간 압연 봉선재, 부품 및 열간 압연 봉선재의 제조 방법 |
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