JPH0849058A - 熱処理歪みの少ない耐摩耗窒化鋼部材の製造方法 - Google Patents

熱処理歪みの少ない耐摩耗窒化鋼部材の製造方法

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JPH0849058A
JPH0849058A JP18240494A JP18240494A JPH0849058A JP H0849058 A JPH0849058 A JP H0849058A JP 18240494 A JP18240494 A JP 18240494A JP 18240494 A JP18240494 A JP 18240494A JP H0849058 A JPH0849058 A JP H0849058A
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JP18240494A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Ishikawa
信行 石川
Tetsuo Shiragami
哲夫 白神
Moriyuki Ishiguro
守幸 石黒
Hitoshi Kabasawa
均 椛澤
Yoshihiro Kuwabara
美博 桑原
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NAGAOKA DENSHI KK
Nihon Techno KK
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NAGAOKA DENSHI KK
Nihon Techno KK
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】優れた耐摩耗性を有し、かつ熱処理歪みが少な
い窒化鋼部材の製造方法を提供することを目的とする。 【構成】C:0.25〜0.40wt%、Cr:0.5
〜1.5wt%、Mo:0.5〜1.5wt%、V:
0.3〜1.0wt%、Al:0.1〜0.5wt%を
含有する鋼に対し、処理開始温度が480〜550℃、
処理終了温度が560〜630℃の範囲であり、処理開
始から処理終了までを連続的に昇温させる窒化処理を施
し、熱処理歪みが少なくかつ耐摩耗性に優れた窒化鋼部
材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性に優れ、かつ熱
処理歪みの少ない窒化鋼部材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼の表面硬化処理方法の一つとして窒化
処理がある。この窒化処理は、同じ表面硬化処理方法で
ある高周波焼入や浸炭焼入に比べて熱処理歪が小さいた
め、寸法精度が要求される機械構造部品、耐摩耗用部品
等に広く適用されている。
【0003】窒化処理用鋼材としては、従来からJIS
SACM645や、JIS SCM435等が使用さ
れている。しかしこれらの鋼は硬化深さが小さいため十
分な耐摩耗性が得られず、また必要な硬化層深さを得る
ために長時間の窒化処理を行うと表面に厚い化合物層が
形成され、これが歪みの原因となる。
【0004】このような窒化処理により生ずる歪みは、
マルテンサイト変態を伴う浸炭焼入れや高周波焼入れに
よって生ずる歪みよりも小さいが、製品の寸法精度を高
めるためにはより熱処理歪みが小さいほうが望ましい。
【0005】耐摩耗性の改善を目的とした技術として
は、特公昭55−31168号公報にCr−Mo−V添
加鋼を溶体化処理後窒化することにより、表面硬さ及び
硬化層深さの向上を図った窒化製品の製造方法が開示さ
れている。また、特公平4−71987号公報には、
0.5wt%を超えるCを含有し、化合物層のポーラス
化を図った窒化用鋼が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
55−31168号公報に開示された技術は窒化時に析
出硬化を利用することに重点をおいているために窒化時
間が長く、またこの技術では化合物層が厚くなり大きな
歪みが発生してしまう。
【0007】一方、特公平4−71987号公報に開示
された窒化高は、ポーラスな化合物層による潤滑作用で
耐摩耗性が向上するが、化合物厚さが厚いためにやはり
歪みが大きくなってしまう。本発明は、かかる事情に鑑
みてなされたものであって、優れた耐摩耗性を有し、か
つ熱処理歪みが少ない窒化鋼部材を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本願発明者ら
は、耐摩耗性及び熱処理歪みに及ぼす化学成分・組成及
び窒化条件の影響を詳細に検討した結果、以下の2つの
知見を得るに至った。第1に、Mo及びVを多量に添加
すると共に、Alを適量添加することにより、短時間の
窒化処理でHv750になる深さが0.25mm以上と
なり、耐摩耗性に優れるが、Mo量が1.5wt%を超
えると窒化処理による膨張量が大きくなり、歪みの原因
となる。
【0009】第2に、窒化により部品の表層部に化合物
層が生成すると、大きな膨張を伴うため、歪みが大きく
なる。化合物層の生成を抑制する窒化処理方法として従
来から2段窒化法が採用されているが、2段窒化法では
十分な硬化層深さが得られず耐摩耗性が劣っていた。こ
れに対し、処理開始温度及び処理終了温度をある特定の
温度範囲に規定し、その間を連続的に昇温する窒化処理
方法を適用すれば、化合物層の生成が抑制されるために
熱処理歪みが小さく、かつ大きな硬化層深さが得られる
ために耐摩耗性が著しく向上する。
【0010】本発明は、このような知見に基づいてなさ
れたものであって、C:0.25〜0.40wt%、C
r:0.5〜1.5wt%、Mo:0.5〜1.5wt
%、V:0.3〜1.0wt%、Al:0.1〜0.5
wt%を含有する鋼に対し、処理開始温度が480〜5
50℃、処理終了温度が560〜630℃の範囲であ
り、処理開始から処理終了までを連続的に昇温させる窒
化処理を施すことを特徴とする、熱処理歪みの少ない耐
摩耗窒化鋼部材の製造方法を提供するものである。
【0011】以下、本発明の限定理由について説明す
る。先ず化学成分の限定理由について示す。 (1)C:0.25〜0.40wt% Cは強度確保のため必要な元素である。しかし、その量
が0.25wt%未満では十分な芯部強度が得られな
い。一方、0.40wt%を超えると素材強度が高くな
りすぎ靭性が劣化するばかりでなく、被削性等の加工性
も著しく低下する。従ってC量を0.25〜0.40w
t%の範囲とした。
【0012】(2)Cr:0.5〜1.5wt% Crは窒化処理後の表面硬さ及び硬化層深さを増加さ
せ、また化合物層の生成を抑制する元素である。しか
し、その量が0.5wt%未満ではその効果が小さく、
1.5wt%を超えると硬化層深さに悪影響を及ぼす。
従ってCr含有量を0.5〜1.5wt%の範囲とし
た。
【0013】(3)Mo:0.5〜1.5wt% MoはVと複合添加することにより硬化層深さ及び表面
硬度を著しく向上させる元素である。しかし、その量が
0.5wt%未満ではその効果が不十分であり、1.5
wt%を超えると窒化処理による膨張量が大きくなる。
従ってMo量を0.5〜1.5wt%の範囲とした。
【0014】(4)V:0.3〜1.0wt% VはMoとの複合添加により硬化層深さを向上させる元
素である。しかし、その量が0.3wt%未満ではその
効果が不十分であり、1.0wt%を超えて添加しても
その効果が飽和すると共にコスト的にも不利になる。従
ってV量を0.3〜1.0wt%の範囲とした。
【0015】(5)Al:0.1〜0.5wt% Alは窒化処理後の表面硬度を高め、優れた耐摩耗性を
得るために必要なHv750以上となる深さを上昇させ
る元素である。しかし、その量が0.1wt%未満では
窒化処理後の表面硬度が低く必要な耐摩耗性が得られ
ず、0.5wt%を超えると硬化層深さに悪影響を及ぼ
す。従ってAl量を0.1〜0.5wt%の範囲とし
た。
【0016】なお、本発明において使用される鋼には、
上記元素の他、脱酸剤として添加されるSi、素材の強
度及び靭性を調整するためのMn、Ni、Cu、被削性
改善のためのS、Pb、Ca等を含有してもよく、これ
らの元素の含有により本発明の目的とする特性が損なわ
れるものではない。
【0017】次に、窒化処理条件の限定理由について示
す。 (1)処理開始温度:480〜550℃ 処理開始温度が480℃未満では窒化反応が遅いため有
効な硬化深さが得られず、一方、550℃を超えると化
合物層厚さが大きくなるために歪みが大きくなる。従っ
て窒化処理開始温度を480℃〜550℃の範囲に規定
した。
【0018】(2)処理終了温度:560〜630℃ 処理終了温度が560℃未満では窒素の拡散が遅いため
有効な硬化深さが得られず、一方、630℃を超えると
表面硬さが低下し必要な耐摩耗性が得られない。従って
窒化処理終了温度を560〜630℃の範囲に規定し
た。
【0019】(3)処理開始から処理終了までを連続的
に昇温 処理開始から終了まで連続的に昇温することにより、低
温で化合物が形成されてもすぐに昇温されて化合物層が
消滅しやすく、結果として化合物層の生成が抑制され、
かつ大きな硬化深さが得られるため、熱歪みが少なくか
つ耐摩耗性が高くなるからである。なお、本発明では処
理開始から処理終了までを連続的に昇温させる限りその
態様は限定されないが、直線的に昇温することが好まし
い。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 (実施例1)表1の化学成分・組成を有する鋼150k
gを真空溶解により溶製し、熱間圧延により60mmφ
の丸棒とした後、950℃×1時間の焼ならし処理を行
なった。そして、図1に示すような、外形:a=52m
m、内径:b=46mm、肉厚:t=3mm、高さ:c
=10mmのリング状試験片を作成し、窒化処理を施し
た。窒化処理はN2 −NH3 −CO2 雰囲気のガス窒化
炉を用い、図2に示す温度パターンの中で連続的に昇温
する方法(傾斜窒化法)にて行った。なお、窒化処理
は、処理開始温度:510℃、処理終了温度:620
℃、処理時間:20時間の条件にて行った。
【0021】このように窒化処理を施した供試材につい
て熱歪みを測定し、窒化処理後の表面硬さ(表面から
0.05mmの位置の硬さ)、硬化層深さ(Hv750
になる深さ)及び化合物層厚さ(表面に形成された窒化
物層の厚さ)の測定も行った。熱処理歪みは窒化処理前
後でのリング状試料の外形の変形量(窒化後の外径−窒
化処理前の外径)で評価し、同一試料10個の平均値で
表した。これらの結果を表2に示す。なお、表1及び表
2において、No.1〜6は本発明例であり、No.7
〜13は比較例である。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】表2から明らかなように、本発明例である
No.1〜6はいずれも窒化処理後の表面硬さがHv9
00以上、硬化層深さが0.25mm以上となるために
耐摩耗性に優れ、かつ外径変化量が小さく熱処理歪みが
少ないことが確認された。
【0025】一方、比較例であるNo.7はMo量が本
発明で規定する範囲よりも多いために硬化層深さは深い
が、窒化処理での膨張量が大きくなるため外径変形量も
大きくなった。No.8はMo量が本発明で規定する範
囲よりも低いために硬化層深さが小さい。またNo.
9、10はAlが本発明で規定する範囲から外れている
ため、またNo.11はV量が本発明で規定する範囲よ
りも低いために、硬化深さが小さく、必要な耐摩耗性が
得られなかった。No.12はCr量が本発明で規定す
る範囲よりも低いため硬化層深さが小さく、また化合物
層が厚いため歪みも大きくなった。No.13はCr量
が本発明で規定する範囲よりも高く、高い表面硬度が得
られるが、硬化層深さが逆に小さくなった。
【0026】(実施例2)次に、No.1の組成を有す
る鋼を用いて実施例1と同様にリング状試験片を作成
し、図2に示す3つの温度パターンを用い、表3に示す
条件で処理時間20時間の窒化処理を施した。そして、
これら供試材について、実施例1と同様に、熱歪みを測
定し、窒化処理後の表面硬さ、硬化層深さ及び化合物層
厚さの測定も行った。この際の窒化処理後の表面硬さ、
硬化層深さ、化合物層厚さ、及び外径変形量を併せて表
3に示す。なお、記号A〜Dは本発明例であり、記号E
〜Lは本発明の窒化処理条件から外れる比較例である。
【0027】
【表3】
【0028】表3から明らかなように、本発明例である
記号A〜Dはいずれも、表面硬さ、表面層深さが大きく
耐摩耗性に優れ、かつ化合物層厚さが小さいために外形
変形量が小さかった。
【0029】これに対して、記号E〜Hは傾斜窒化法を
採用してはいるが、処理開始温度又は処理終了温度が本
発明の範囲から外れており、硬化層深さが劣るか、又は
化合物層厚さが厚くなり外径変化量が増大した。
【0030】記号I,Jは二段窒化法を採用したもので
あり、化合物層厚さは小さいが、硬化層深さが小さかっ
た。記号K,Lは最も一般的な一段の窒化方法を採用し
たものであり、No.Kは窒化温度が低すぎるために硬
化層深さが小さく、No.Lは化合物層厚さが厚すぎる
ために外径変化量が著しく増大した。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、特定の組
成の鋼材に対し、処理開始温度と処理終了温度とを特定
温度範囲に規定すると共にその間を連続的に昇温するこ
とにより、化合物層の生成が非常に少なく、かつ高い表
面硬さ及び大きな硬化層深さが得られるため、優れた耐
摩耗性を有し、かつ熱処理歪みが少ない窒化鋼部材を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で使用した試験片の形状を示す図。
【図2】本発明及び比較例における窒化処理の温度パタ
ーンを示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白神 哲夫 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 石黒 守幸 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 椛澤 均 埼玉県蓮田市大字閏戸2358番地の1 株式 会社日本テクノ内 (72)発明者 桑原 美博 新潟県長岡市下条町777番地 長岡電子株 式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.25〜0.40wt%、Cr:
    0.5〜1.5wt%、Mo:0.5〜1.5wt%、
    V:0.3〜1.0wt%、Al:0.1〜0.5wt
    %を含有する鋼に対し、処理開始温度が480〜550
    ℃、処理終了温度が560〜630℃の範囲であり、処
    理開始から処理終了までを連続的に昇温させる窒化処理
    を施すことを特徴とする、熱処理歪みの少ない耐摩耗窒
    化鋼部材の製造方法。
JP18240494A 1994-08-03 1994-08-03 熱処理歪みの少ない耐摩耗窒化鋼部材の製造方法 Pending JPH0849058A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2783840A1 (fr) * 1998-09-30 2000-03-31 Aubert & Duval Sa Acier permettant des cinetiques de nitruration elevees, procede pour son obtention et pieces formees avec cet acier
KR100988702B1 (ko) * 2006-12-14 2010-10-18 유겐가이샤 유키코슈하 침질 담금질품 및 그 제조방법
JP2019119899A (ja) * 2017-12-28 2019-07-22 愛知製鋼株式会社 Cvtリング素材、cvtリング部材及びこれらの製造方法

Cited By (4)

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WO2000018975A1 (fr) * 1998-09-30 2000-04-06 Aubert & Duval Acier de nitruration, procede pour son obtention et pieces formees avec cet acier
KR100988702B1 (ko) * 2006-12-14 2010-10-18 유겐가이샤 유키코슈하 침질 담금질품 및 그 제조방법
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