JPH07278762A - 窒素肌焼き用ステンレス鋼 - Google Patents

窒素肌焼き用ステンレス鋼

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JPH07278762A
JPH07278762A JP7109888A JP10988895A JPH07278762A JP H07278762 A JPH07278762 A JP H07278762A JP 7109888 A JP7109888 A JP 7109888A JP 10988895 A JP10988895 A JP 10988895A JP H07278762 A JPH07278762 A JP H07278762A
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steel
nitrogen
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surface layer
case hardening
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JP7109888A
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Hans-Werner Zoch
ハンス−ヴエルネル・ツオツホ
Hans Berns
ハンス・ベルンス
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IHO Holding GmbH and Co KG
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FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA
Kugelfischer Georg Schaefer and Co
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表層部に強い耐食性をもつ窒素肌焼き用ステ
ンレス鋼を提供する。 【構成】 ステンレス鋼は C ≦0.03Wt% N 0.05〜0.18 Si ≦1.0 Mn ≦1.5 Co 1.0〜4.0 Cr 11〜16 Ni 1.0〜3.0 Mo 0.5〜2.5 V ≦0.4 を含有している.

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項1の前提部分に
述べられた種類のステンレス鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】肌焼鋼は概して低合金鋼であり、例えば
0.15〜0.20Wt%の炭素を含有している。表層
部を0.5〜1.0Wt%Cの炭素含有量になるまで浸
炭し、引き続き焼入れすることによつて、靭性心部と硬
くて耐摩耗性の表層部とを有する部材が得られ、表層部
は残留圧縮応力を受けている。この残留応力状態が、例
えば歯車装置部品、転り軸受部品等の部材の静的強度及
び繰返し強度を高める。
【0003】特定の応用分野ではステンレス製部材が要
望されている。例えば航空機製造用の転り軸受は、X
105 CrMo 17(AISI 440 C)等の
完全焼入れステンレス鋼から製造される。ステンレス部
材の静的強度及び繰返し強度を高めるために、ステンレ
ス肌焼鋼が開発された(欧州特許出願第411931号
明細書参照)。この鋼は以下の合金成分を含有している
(単位;Wt%): C 0.05〜0.1 Mn ≦1.5 Si ≦1 Cr 11〜15 Mo 1〜3 Ni 1.5〜3.5 Co 3〜8 V 0.1−1 N ≦0.04
【0004】クロムとモリブデンが本来有する防錆性が
この鋼に付与される。マンガン、ニツケル及びコバルト
が周知のように、心部におけるδフエライト化を抑制す
るのに役立ち、バナジウムは焼戻し安定性を向上させ
る。高い合金含有量によつて心部中の固溶体の硬度が増
し、心部硬度を調整するために必要となる炭素含有量が
低合金肌焼鋼に比べて少ない。窒素は、好ましくは0.
002Wt%以下に制限される。この鋼からなる部材が
炭素で肌焼きされる。
【0005】ステンレスマルテンサイト鋼を熱処理する
ための方法がドイツ連邦共和国特許第4033706号
明細書に述べられており、そこでは浸炭の代わりに窒化
が行われる。窒素は炭素と同様に、表層部硬度を高める
ことができるが、炭素がマルテンサイトの耐薬品性を下
げるのに対して、窒素はそれを向上させる。それ故に窒
素で肌焼きすると表層部が事実上炭素を含まないとき、
表層部の最高の耐食性を期待することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、窒素
肌焼き用ステンレスマルテンサイト鋼を提供することで
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項1に
開示された合金組成によつて解決される。有利な特定の
合金組成は請求項2及び3に開示されている。請求項4
は鋼の使用を開示する。
【0008】それ故に、欧州特許出願第411931号
の記載に鑑み、本発明の要旨は鋼の肌焼きに際して浸炭
の代わりに窒化を行うことによつて合金中の炭素を窒素
で置換することにある。
【0009】即ちまず窒素肌焼きの際に最大可能な耐食
性を達成するために、炭素の含有量を抑える。このため
に、この新規な鋼の炭素含有量は、妥当なコストで達成
することのできる0.03Wt%以下、好ましくは0.
02Wt%以下の低い値に制限される。これにより好ま
しくない心部硬度の損失及びδフエライト相の増加が生
じる。次に窒素を添加して合金化することによつて上述
の変化を補償する。これにより心部硬度が再び所望範囲
に高められ、δフエライト相が不安定化される。
【0010】この新規な鋼はクロム11〜16Wt%と
モリブデン0.5〜2.5Wt%とによつてステンレス
化される。ケイ素は1Wt%以下に制限される。完全マ
ルテンサイト心部組織を達成するために、δフエライト
相を安定化させるこれらの元素に対応して、窒素、マン
ガン、ニツケル及びコバルト等の不安定化元素を添加す
る必要がある。窒素は心部硬度決定の主要因子であり、
その量は0.05〜0.18Wt%に制限される。マン
ガンとニツケルは肌焼き表層部中の残留オーステナイト
量を増大する。このことは程度は少ないがコバルトにも
妥当する。これらの元素の含有量は、マンガンが1.5
Wt%以下、ニツケルが1〜3Wt%、コバルトが1〜
4Wt%とする。鋼の焼戻し安定性を更に高める必要が
ある場合には、0.4Wt%以下のバナジウムが添加さ
れる。以下の関係式によつて、δフエライトをほとんど
含まない心部組織が達成される:Wt%Cr+1.4W
t%Mo+1.2Wt%Si+1.8Wt%V−25W
t%C−17Wt%N−1.2Wt%Ni−0.6Wt
%Co−0.2Wt%Mn−10≦0.
【0011】本発明による鋼はインゴツト鋳造によつ
て、そして窒素含有量が0.12Wt%以上の場合、好
ましくは高圧冶金法又は粉末冶金法によつて製造され
る。熱間加工と硬度を270HV30以下とするための
球状化焼鈍の後に、鋼は切削加工することができる。最
終形状に近い部材は、温度1050〜1200℃、好ま
しくは1100〜1150℃、窒素分圧0.5〜3ba
rの窒素ガス又は窒素ガス混合物のなかで表層部が窒化
され、直接焼入れ、1回焼入れ又は2回焼入れを施し、
引き続きサブゼロ処理される。次に150〜500℃の
温度で焼戻しが行われ、こうして430〜470℃の2
次硬度極大が得られる。公差の狭い部品や表面品質に対
する要求条件が厳しい部品の場合、研削による仕上げ加
工が続く。
【0012】
【実施例】以下実施例に基づいて、本発明による窒素含
有ステンレス肌焼鋼を説明し、炭素含有鋼と比較する.
【0013】本発明による鋼の心部硬度と窒素含有量と
の関係が図1に示されており、(a)は窒化し直接焼入
れしかつサブゼロ処理した後の鋼、(b)は450℃の
2次硬度極大で焼戻した後の鋼である。表層部硬度は
(a)が570〜630HV0.1、(b)が670〜
730HV0.1である。0.05Wt%未満の窒素が
心部硬度を、例えば転り軸受には不適な値に下げる。
0.18Wt%を超える窒素は心部中の靭性を下げ、心
部硬度表層部硬度との間の望ましい差異を極端に減少さ
せる。窒素含有量0.05〜0.18Wt%間に、心部
硬度が100HV30を超える範囲が得られる。この範
囲は窒素含有量を(c)0.05〜0.11Wt%と
(d)0.12〜0.18Wt%とに区分することによ
つて小さくすることができる。(c)は心部硬度の低い
部材に適し、(d)は心部硬度の高い部材に適してい
る。
【0014】図2は本発明による鋼Aに関する窒素肌焼
きの結果を示しており、その化学組成は後に公知の鋼
B,Cと対比されている。図2a)から明らかとなるよ
うに、窒化によつて表面に約0.5Wt%の窒素含有量
が達成され、この含有量は内側になるにつれて0.11
Wt%の心部値まで減少する。それに応じて表層部硬度
も表面との距離に応じて心部硬度にまで減少する。45
0℃の2次硬度極大において焼戻すと硬度が上昇する。
図2b)は直接焼入れ、サブゼロ処理、焼戻し等の個々
の工程の後に、窒化された表層部のX線で求められた残
留応力の曲線を示す.肌焼きのときに望ましい表層部の
残留圧縮応力は窒素で肌焼きする場合にも達成される.
【0015】図3は本発明による鋼の耐食性に関する利
点を示しており、これは例えば不動態電流密度iPによ
つて表すことができる。iPが小さければ小さいほど、
耐食性が高い.窒素で肌焼きされた本発明による窒素含
有ステンレス鋼Aと、炭素で肌焼きされた炭素含有ステ
ンレス鋼Bと、完全焼入れステンレス転り軸受鋼C(X
105 CrMo 17又はAISI 440 C)
を比較する。これらの鋼の合金成分を以下に示す(単
位:Wt%):
【0016】Bは腐食試験(1NHSO)において
Cにほぼ匹敵する酎食性を示したのに対して、本発明に
よる鋼Aは焼入れ状態でも焼戻し状態でも約1桁だけ良
好である。Aは焼戻し後でもなお、焼入れ後のCと同様
な耐食性を有する。
【0017】本発明による鋼の2次硬度極大をバナジウ
ムによつて上昇させ、より高い焼戻し温度の方にずらす
ことができる。
【0018】パナジウム0.3Wt%の作用を図4に認
めることができる。窒素含有量が0.5Wt%に達した
表層部5の焼戻し安定性がバナジウムによつて向上する
が、これは耐熱性の増大となつて表れる。バナジウム含
有鋼の硬度は、例えば370℃で1000時間加熱した
後でも変化がない.こうして焼戻し後の比較的良好な耐
食性とともに、湿食と約350℃以下に高められた使用
温度とによつて応力が変化する場合に、鋼Aの有用性が
本質的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による鋼の心部硬度と窒素含有量との関
係を示す。
【図2】本発明による鋼Aの窒素肌焼き結果であり、
a)は表層部の窒素含有量と硬度の推移、b)はX線で
求めた表層部の残留応力の推移を示す。
【図3】希硫酸中における腐食率の尺度としての不動態
電流密度を、窒素で肌焼きされた本発明による鋼A、炭
素で肌焼きされた公知の鋼B、及び完全焼入れされた公
知の鋼Cのそれぞれについて示す。
【図4】窒素で肌焼き後の本発明による鋼の表層部の2
次焼入れに対するバナジウム0.3Wt%含有合金の影
響を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒素肌焼き用ステンレス鋼であつて、下
    記の合金成分(単位:Wt%): C ≦0.03 N 0.05〜0.18 Si ≦1.0 Mn ≦1.5 Co 1.0〜4.0 Cr 11〜16 Ni 1.0〜3.0 Mo 0.5〜2.5 V ≦0.4 を含有することを特徴とするステンレス鋼。
  2. 【請求項2】 下記の合金成分(単位:Wt%): C ≦0.02 N 0.05〜0.11 Si ≦0.3 Mn ≦0.3 Co 2.0〜3.0 Cr 11.5〜13.5 Ni 1.5〜2.8 Mo 1.0〜2.0 V 0.1〜0.2 を含有することを特徴とする心部硬度の低い請求項1に
    記載の鋼。
  3. 【請求項3】 下記の合金成分(単位:Wt%): C ≦0.02 N 0.12〜0.18 Si ≦0.5 Mn ≦0.5 Co 1.0〜2.0 Cr 11.5〜13.5 Ni 1.2〜2.5 Mo 1.0〜2.0 V 0.1〜0.2 を含有することを特徴とする心部硬度の高い請求項1に
    記載の鋼。
  4. 【請求項4】 一体化された歯又は軌道を有する転り軸
    受、ボールねじ、歯車及び軸用のステンレス部品の製造
    に対する請求項1ないし3のいずれか1つに記載の鋼の
    使用。
JP7109888A 1994-04-06 1995-03-31 窒素肌焼き用ステンレス鋼 Pending JPH07278762A (ja)

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