JPH0860294A - 疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法および該機械構造部品製造用肌焼鋼 - Google Patents
疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法および該機械構造部品製造用肌焼鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ショットピーニング後の表面粗さを低減する
ため、浸炭処理後の残留オーステナイト量を低減する化
学成分設計を行い、特に機械構造部品の表面起点の疲労
破壊に対する抵抗力を高めることに成功した肌焼鋼、お
よび同鋼を用いた機械構造部品の製造方法を提供する。 【構成】 Ｃ：０．１〜０．４％，Ｓｉ：０．１５％以
下，Ｍｎ：０．２〜１．２％，Ｐ：０．０１２％以下，
Ｓ：０．００５〜０．０７％，Ｃｒ：０．２〜１．２
％，Ａｌ：０．０１５〜０．１％，Ｎ：０．００５〜
０．０２５％を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純
物からなる機械構造部品製造用肌焼鋼において、下記
（１）式を満足する。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］≦２．５％
…（１） 但し、［ ］は鋼中に存在する各元素の含有量（％）を
示す。
ため、浸炭処理後の残留オーステナイト量を低減する化
学成分設計を行い、特に機械構造部品の表面起点の疲労
破壊に対する抵抗力を高めることに成功した肌焼鋼、お
よび同鋼を用いた機械構造部品の製造方法を提供する。 【構成】 Ｃ：０．１〜０．４％，Ｓｉ：０．１５％以
下，Ｍｎ：０．２〜１．２％，Ｐ：０．０１２％以下，
Ｓ：０．００５〜０．０７％，Ｃｒ：０．２〜１．２
％，Ａｌ：０．０１５〜０．１％，Ｎ：０．００５〜
０．０２５％を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純
物からなる機械構造部品製造用肌焼鋼において、下記
（１）式を満足する。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］≦２．５％
…（１） 但し、［ ］は鋼中に存在する各元素の含有量（％）を
示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、疲労強度に優れた機械
構造部品を製造する為の肌焼鋼、および同鋼を用いた機
械構造部品の製造方法に関し、詳しくは自動車、建築機
械および各種産業機械に使用される歯車やシャフト類等
の浸炭焼入れ部品の製造に際して、特に機械構造部品の
表面起点の疲労破壊に対する抵抗力を高めることを可能
にした肌焼鋼および同鋼を用いた機械構造部品の製造方
法に関するものである。
構造部品を製造する為の肌焼鋼、および同鋼を用いた機
械構造部品の製造方法に関し、詳しくは自動車、建築機
械および各種産業機械に使用される歯車やシャフト類等
の浸炭焼入れ部品の製造に際して、特に機械構造部品の
表面起点の疲労破壊に対する抵抗力を高めることを可能
にした肌焼鋼および同鋼を用いた機械構造部品の製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車、建設機械および各種産業機械等
に使用される機械構造部品の中で、耐疲労特性が特に強
く要望される部品に関しては、浸炭焼入れ処理に引き続
きショットピーニングによる表面硬化処理を施すことが
多い。しかしながら、浸炭焼入れ時に発生する表層部の
オーステナイト粒界に沿った表面異常層は、硬さや圧縮
残留応力を低下させ、充分な疲労強度が達成できないこ
とが従来から問題となっていた。
に使用される機械構造部品の中で、耐疲労特性が特に強
く要望される部品に関しては、浸炭焼入れ処理に引き続
きショットピーニングによる表面硬化処理を施すことが
多い。しかしながら、浸炭焼入れ時に発生する表層部の
オーステナイト粒界に沿った表面異常層は、硬さや圧縮
残留応力を低下させ、充分な疲労強度が達成できないこ
とが従来から問題となっていた。
【０００３】この様な問題に対して、特開平１−３０６
５２１号公報には、浸炭時に表面異常層の発生を防止し
得る成分設計を行ない、且つ高速でのショットピーニン
グ処理によって疲労強度に優れた歯車を製造する方法が
開示されている。しかしながら、表層部に残存する残留
オーステナイトによりショットピーニング後の表面は荒
れており、それによって摩擦係数が高くなって接触疲労
強度が低下するという問題が生じる。また、切欠効果に
よって、曲げ疲労強度が低下するという事態も発生して
いる。
５２１号公報には、浸炭時に表面異常層の発生を防止し
得る成分設計を行ない、且つ高速でのショットピーニン
グ処理によって疲労強度に優れた歯車を製造する方法が
開示されている。しかしながら、表層部に残存する残留
オーステナイトによりショットピーニング後の表面は荒
れており、それによって摩擦係数が高くなって接触疲労
強度が低下するという問題が生じる。また、切欠効果に
よって、曲げ疲労強度が低下するという事態も発生して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの様な事情
に着目してなされたものであって、その目的は、ショッ
トピーニング後の表面粗さを低減するため、浸炭処理後
の残留オーステナイト量を低減する化学成分設計を行
い、特に機械構造部品の表面起点の疲労破壊に対する抵
抗力を高めることに成功した肌焼鋼、および同鋼を用い
た機械構造部品の製造方法を提供することにある。
に着目してなされたものであって、その目的は、ショッ
トピーニング後の表面粗さを低減するため、浸炭処理後
の残留オーステナイト量を低減する化学成分設計を行
い、特に機械構造部品の表面起点の疲労破壊に対する抵
抗力を高めることに成功した肌焼鋼、および同鋼を用い
た機械構造部品の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の肌焼鋼とは、Ｃ：０．１〜０．４％，Ｓｉ：０．
１５％以下（０％を含む），Ｍｎ：０．２〜１．２％，
Ｐ：０．０１２％以下（０％を含む），Ｓ：０．００５
〜０．０７％，Ｃｒ：０．２〜１．２％，Ａｌ：０．０
１５〜０．１％，Ｎ：０．００５〜０．０２５％を夫々
含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる機械構造
部品製造用肌焼鋼において、下記（１）式を満足する点
に要旨を有するものである。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］≦２．５％ …（１） 但し、［ ］は鋼中に存在する各元素の含有量（％）を
示す。
発明の肌焼鋼とは、Ｃ：０．１〜０．４％，Ｓｉ：０．
１５％以下（０％を含む），Ｍｎ：０．２〜１．２％，
Ｐ：０．０１２％以下（０％を含む），Ｓ：０．００５
〜０．０７％，Ｃｒ：０．２〜１．２％，Ａｌ：０．０
１５〜０．１％，Ｎ：０．００５〜０．０２５％を夫々
含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる機械構造
部品製造用肌焼鋼において、下記（１）式を満足する点
に要旨を有するものである。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］≦２．５％ …（１） 但し、［ ］は鋼中に存在する各元素の含有量（％）を
示す。
【０００６】本発明の肌焼鋼は、上記の化学成分の他、
必要によって、Ｍｏ：０．０７〜１．０％やＮｉ：０．
２〜４．０％を含有させても良い。但し、これらの元素
を含含有させるときには、これらの含有量に応じて前記
（１）式の代わりに、下記（２）式の関係式を満足する
必要がある。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］ ＋［Ｍｏ］＋０．３［Ｎｉ] ≦２．５％ …（２） 但し、上記（２）式において、［ ］は鋼中に存在する
各元素の含有量（％）を示す。
必要によって、Ｍｏ：０．０７〜１．０％やＮｉ：０．
２〜４．０％を含有させても良い。但し、これらの元素
を含含有させるときには、これらの含有量に応じて前記
（１）式の代わりに、下記（２）式の関係式を満足する
必要がある。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］ ＋［Ｍｏ］＋０．３［Ｎｉ] ≦２．５％ …（２） 但し、上記（２）式において、［ ］は鋼中に存在する
各元素の含有量（％）を示す。
【０００７】また本発明の肌焼鋼は、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｐｂ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅ等の元素を含有さ
せることも有効である。更に、疲労強度をより向上させ
るという観点からすれば、鋼中の酸素（Ｏ）の含有量を
０．００２％以下に抑制することが好ましい。
Ｐｂ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅ等の元素を含有さ
せることも有効である。更に、疲労強度をより向上させ
るという観点からすれば、鋼中の酸素（Ｏ）の含有量を
０．００２％以下に抑制することが好ましい。
【０００８】上記の様な各種肌焼鋼を用いて所定の部品
形状に成形加工し、浸炭処理後、オーステナイト単相域
から焼入れを行なうことによって、表面から０．１ｍｍ
深さまでにおける残留オーステナイト面積率が２０％以
下となる様にし、その後ショットピーニング処理を施せ
ば、希望する様な疲労強度に優れた機械構造部品が得ら
れる。
形状に成形加工し、浸炭処理後、オーステナイト単相域
から焼入れを行なうことによって、表面から０．１ｍｍ
深さまでにおける残留オーステナイト面積率が２０％以
下となる様にし、その後ショットピーニング処理を施せ
ば、希望する様な疲労強度に優れた機械構造部品が得ら
れる。
【０００９】
【作用】本発明者らは、浸炭焼入れ後の浸炭異常層の厚
さや、表面から０．１ｍｍ深さまでにおける残留オース
テナイト量（以下、残留γ量と記すことがある）と、そ
の後引続き行なうショットピーニング処理後の表面粗さ
との関係を、種々実験を重ねることにより調査した。そ
の結果、浸炭異常層の厚さが２０μｍ程度以下であれ
ば、その下部に残存する残留γ量が主にショットピーニ
ング処理後の表面粗さを支配することを見出した。そし
て、このときの残留γ量を面積率で２０％以下とするこ
とによって表面粗さを大幅に改善できるとの知見を得
た。これは、残留γ量を２０％以下とすることにより、
表面硬さが極めて高いものとなり、その後のショットピ
ーニングによる表面荒れを低減することが可能になった
ことによると考えられた。
さや、表面から０．１ｍｍ深さまでにおける残留オース
テナイト量（以下、残留γ量と記すことがある）と、そ
の後引続き行なうショットピーニング処理後の表面粗さ
との関係を、種々実験を重ねることにより調査した。そ
の結果、浸炭異常層の厚さが２０μｍ程度以下であれ
ば、その下部に残存する残留γ量が主にショットピーニ
ング処理後の表面粗さを支配することを見出した。そし
て、このときの残留γ量を面積率で２０％以下とするこ
とによって表面粗さを大幅に改善できるとの知見を得
た。これは、残留γ量を２０％以下とすることにより、
表面硬さが極めて高いものとなり、その後のショットピ
ーニングによる表面荒れを低減することが可能になった
ことによると考えられた。
【００１０】一方、本発明者らは、オーステナイト中に
固溶している元素と残留γ量との関係についても検討し
たところ、前記（１）式または（２）式を満足する様に
鋼中の化学成分組成を規定すれば、表面炭素濃度が０．
８％程度となる浸炭処理によって、表面から０．１ｍｍ
深さまでにおける残留γ量を２０％以下に管理できると
いうことを見出し、本発明を完成した。本発明の肌焼鋼
における化学成分限定理由は下記の通りである。
固溶している元素と残留γ量との関係についても検討し
たところ、前記（１）式または（２）式を満足する様に
鋼中の化学成分組成を規定すれば、表面炭素濃度が０．
８％程度となる浸炭処理によって、表面から０．１ｍｍ
深さまでにおける残留γ量を２０％以下に管理できると
いうことを見出し、本発明を完成した。本発明の肌焼鋼
における化学成分限定理由は下記の通りである。
【００１１】Ｃ：０．１〜０．４％ Ｃは、浸炭処理した部品に所定の芯部硬さを付与すると
共に、有効硬化層深さを確保するのに有効な元素であ
り、０．１％以上含有させる必要があるが、多過ぎると
靭性や被削性、冷間加工性等が低下するので、０．４％
以下にする必要がある。
共に、有効硬化層深さを確保するのに有効な元素であ
り、０．１％以上含有させる必要があるが、多過ぎると
靭性や被削性、冷間加工性等が低下するので、０．４％
以下にする必要がある。
【００１２】Ｓｉ：０．１５％以下（０％を含む） Ｓｉは、Ｆｅに比べて酸化物を形成し易い元素であるた
め、０．１５％を超えて含有させると浸炭処理時に形成
される粒界酸化の深さが深くなり、疲労強度が低下する
ので添加量は０．１５％以下とした。
め、０．１５％を超えて含有させると浸炭処理時に形成
される粒界酸化の深さが深くなり、疲労強度が低下する
ので添加量は０．１５％以下とした。
【００１３】Ｍｎ：０．２〜１．２％ Ｍｎは、溶製時の脱酸およびＭｎＳの形成による被削性
向上を目的として、０．２％以上含有させる必要のある
元素であるが、Ｓｉと同様に浸炭処理時に粒界酸化の生
成を助長すること、および残留γ量を増加させるので、
１．２％以下とする必要がある。
向上を目的として、０．２％以上含有させる必要のある
元素であるが、Ｓｉと同様に浸炭処理時に粒界酸化の生
成を助長すること、および残留γ量を増加させるので、
１．２％以下とする必要がある。
【００１４】Ｐ：０．０１２％以下（０％を含む） Ｐが０．０１２％を超えると、疲労亀裂の伝播経路とな
る粒界の強度を低下させ、曲げ疲労強度、特に衝撃強度
が低下するので、０．０１２％を上限とした。
る粒界の強度を低下させ、曲げ疲労強度、特に衝撃強度
が低下するので、０．０１２％を上限とした。
【００１５】Ｓ：０．００５〜０．０７％ Ｓは、例えば、ＭｎＳのような硫化物系介在物を形成
し、この介在物は、例えば、歯車の場合であれば、歯元
強度を低下させる。しかし、Ｓは、他方において、切削
等の加工性を向上させる効果を有する。従って、本発明
において用いる鋼では、上記した様な歯元強度を低下さ
せない範囲であって、しかも、加工性の向上を得るため
に、Ｓは０．００５〜０．０７％の範囲で含有する。
し、この介在物は、例えば、歯車の場合であれば、歯元
強度を低下させる。しかし、Ｓは、他方において、切削
等の加工性を向上させる効果を有する。従って、本発明
において用いる鋼では、上記した様な歯元強度を低下さ
せない範囲であって、しかも、加工性の向上を得るため
に、Ｓは０．００５〜０．０７％の範囲で含有する。
【００１６】Ｃｒ：０．２〜１．２％ Ｃｒは、浸炭処理した部品の芯部硬さを付与すると共
に、有効硬化層深さを増大するのに有効な元素であり、
その為には０．２％以上含有する必要があるが、Ｍｎと
同様に浸炭処理時に粒界酸化の生成を助長すること、お
よび残留γ量を増加させるので、１．２％以下とする必
要がある。
に、有効硬化層深さを増大するのに有効な元素であり、
その為には０．２％以上含有する必要があるが、Ｍｎと
同様に浸炭処理時に粒界酸化の生成を助長すること、お
よび残留γ量を増加させるので、１．２％以下とする必
要がある。
【００１７】Ａｌ：０．０１５〜０．１％，Ｎ：０．０
０５〜０．０２５％ ＡｌとＮは鋼中で窒化物を形成し、表面硬化熱処理時の
オーステナイト結晶粒の成長を抑制することによって疲
労強度を低下させない効果があるので、夫々Ａｌ：０．
０１５％以上、Ｎ：０．００５％以上含有させる必要が
あるが、多量の含有は加工性を劣化させると共に、オー
ステナイト結晶粒の微細化効果も飽和するので、夫々Ａ
ｌ：０．１％、Ｎ：０．０２５％を上限とする。
０５〜０．０２５％ ＡｌとＮは鋼中で窒化物を形成し、表面硬化熱処理時の
オーステナイト結晶粒の成長を抑制することによって疲
労強度を低下させない効果があるので、夫々Ａｌ：０．
０１５％以上、Ｎ：０．００５％以上含有させる必要が
あるが、多量の含有は加工性を劣化させると共に、オー
ステナイト結晶粒の微細化効果も飽和するので、夫々Ａ
ｌ：０．１％、Ｎ：０．０２５％を上限とする。
【００１８】本発明の肌焼鋼は、以上の元素を基本成分
とし、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるものである
が、必要により、Ｍｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅ等の元素を含有させても
良く、また鋼中のＯ含有量を所定の値以上に抑制するこ
とも有効である。これらの元素を添加若しくは抑制する
ときの範囲限定理由は下記の通りである。
とし、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるものである
が、必要により、Ｍｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｂ，
Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅ等の元素を含有させても
良く、また鋼中のＯ含有量を所定の値以上に抑制するこ
とも有効である。これらの元素を添加若しくは抑制する
ときの範囲限定理由は下記の通りである。
【００１９】Ｍｏ：０．０７〜１．０％および／または
Ｎｉ：０．２〜４．０％ ＭｏおよびＮｉは、Ｆｅに比べ酸化物を生成しにくく、
且つ浸炭層のような高Ｃの領域で焼入れ性を大きく向上
させる元素である。従って、ＭｎやＣｒの粒界酸化によ
り生じた焼入れ性の低下を補って表層を強化できる。こ
うした観点から、各々０．０７％，０．２％を下限とす
るが、浸炭処理時に多量の残留γ量を生成するため、上
限は各々１．０％，４．０％とすべきである。
Ｎｉ：０．２〜４．０％ ＭｏおよびＮｉは、Ｆｅに比べ酸化物を生成しにくく、
且つ浸炭層のような高Ｃの領域で焼入れ性を大きく向上
させる元素である。従って、ＭｎやＣｒの粒界酸化によ
り生じた焼入れ性の低下を補って表層を強化できる。こ
うした観点から、各々０．０７％，０．２％を下限とす
るが、浸炭処理時に多量の残留γ量を生成するため、上
限は各々１．０％，４．０％とすべきである。
【００２０】Ｎｂ：０．００５〜０．１％，Ｖ：０．０
３〜１．０％，Ｔｉ：０．００５〜０．１％よりなる群
から選ばれる１種以上の元素 Ｎｂ，ＶおよびＴｉは、いずれも炭窒化物を形成して加
熱時のオーステナイト結晶粒を微細化する元素である。
その為には、Ｎｂ：０．００５％以上，Ｖ：０．０３％
以上およびＴｉ：０．００５％以上含有させる必要があ
るが、Ｎｂについては０．１％を超えて添加しても上記
効果が飽和し、Ｖ，Ｔｉについては１．０％，０．１％
を超えて添加すると炭窒化物の過剰による靭性低下や疲
労強度低下を招く。
３〜１．０％，Ｔｉ：０．００５〜０．１％よりなる群
から選ばれる１種以上の元素 Ｎｂ，ＶおよびＴｉは、いずれも炭窒化物を形成して加
熱時のオーステナイト結晶粒を微細化する元素である。
その為には、Ｎｂ：０．００５％以上，Ｖ：０．０３％
以上およびＴｉ：０．００５％以上含有させる必要があ
るが、Ｎｂについては０．１％を超えて添加しても上記
効果が飽和し、Ｖ，Ｔｉについては１．０％，０．１％
を超えて添加すると炭窒化物の過剰による靭性低下や疲
労強度低下を招く。
【００２１】Ｐｂ：０．０９％以下，Ｃａ：０．０００
５〜０．００５％，Ｚｒ：０．０１〜０．０５％，Ｔ
ｅ：０．００５〜０．１％，Ｓｂ：０．００５〜０．１
％およびＳｅ：０．００５〜０．１％よりなる群から選
ばれる１種以上の元素 Ｐｂ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅは、いずれも被削
性を向上させるのに有効な元素である。またこのうちＺ
ｒ，Ｔｅ，Ｓｅ等は靭性を向上させるのにも有効であ
る。しかしながらＰｂについては、０．０９％を超えて
過剰に添加すると、摩擦熱によってＰｂが溶融して表面
破壊の起点となってピッチング寿命を低下させる。また
Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅについては０．００５％未満では上記
効果が期待できず、０．１％を超えて過剰添加してもそ
の効果が飽和するばかりか、粗大な非金属介在物を生成
して表面破壊の起点となってピッチング寿命を低下させ
る。Ｃａは、Ａｌ2 Ｏ3 の周囲にＣａＯを生成し、ピッ
チング強度を劣化させずに被削性が向上する。その効果
は、０．０００５％未満では期待できず、０．００５％
程度を超えると、その効果は飽和する。Ｚｒも熱間圧延
時にＭｎＳの変形を抑制してＭｎＳの粒状化に寄与する
ことによって、ピッチング強度を劣化させずに被削性の
向上を図るのに有効な元素である。その効果は０．０１
％未満では期待できず、０．０５％を超えるとＺｒＯ2
等の非金属介在物が多く生成して耐ピッチング性を劣化
するので、上限を０．０５％とした。
５〜０．００５％，Ｚｒ：０．０１〜０．０５％，Ｔ
ｅ：０．００５〜０．１％，Ｓｂ：０．００５〜０．１
％およびＳｅ：０．００５〜０．１％よりなる群から選
ばれる１種以上の元素 Ｐｂ，Ｃａ，Ｚｒ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅは、いずれも被削
性を向上させるのに有効な元素である。またこのうちＺ
ｒ，Ｔｅ，Ｓｅ等は靭性を向上させるのにも有効であ
る。しかしながらＰｂについては、０．０９％を超えて
過剰に添加すると、摩擦熱によってＰｂが溶融して表面
破壊の起点となってピッチング寿命を低下させる。また
Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅについては０．００５％未満では上記
効果が期待できず、０．１％を超えて過剰添加してもそ
の効果が飽和するばかりか、粗大な非金属介在物を生成
して表面破壊の起点となってピッチング寿命を低下させ
る。Ｃａは、Ａｌ2 Ｏ3 の周囲にＣａＯを生成し、ピッ
チング強度を劣化させずに被削性が向上する。その効果
は、０．０００５％未満では期待できず、０．００５％
程度を超えると、その効果は飽和する。Ｚｒも熱間圧延
時にＭｎＳの変形を抑制してＭｎＳの粒状化に寄与する
ことによって、ピッチング強度を劣化させずに被削性の
向上を図るのに有効な元素である。その効果は０．０１
％未満では期待できず、０．０５％を超えるとＺｒＯ2
等の非金属介在物が多く生成して耐ピッチング性を劣化
するので、上限を０．０５％とした。
【００２２】本発明の肌焼鋼において、鋼中のＯを０．
００２％以下に抑制することが有効であることは上述し
た通りであるが、これはＯの含有量が過剰になると、Ａ
ｌ2Ｏ3 やＳｉＯ2 等の酸化物系介在物が多く生成し、
これらの存在が疲労強度に悪影響を及ぼすからである。
００２％以下に抑制することが有効であることは上述し
た通りであるが、これはＯの含有量が過剰になると、Ａ
ｌ2Ｏ3 やＳｉＯ2 等の酸化物系介在物が多く生成し、
これらの存在が疲労強度に悪影響を及ぼすからである。
【００２３】本発明の目的は、部品の表面粗さを小さく
することにより、相手部品との摩擦抵抗および応力集中
を低減し、面および曲げ疲労に対する抵抗力を増すこと
である。従って本発明においては、浸炭処理後表面より
０．１ｍｍ以内の深さ範囲内では残留γ量が２０％を超
えないことが極めて重要かつ必要である。この定量的意
味は、肌焼鋼の化学成分が上記限定内において、その化
学成分組成に応じて前記（１）または（２）式のいずれ
かを満足すれば達成できるものであり、浸炭処理による
表面硬さ向上効果を最大限に活用できることにある。即
ち、その後引続き行われるショットピーニング処理によ
る表面荒れを低減することができるという実験事実に基
づいているのである。
することにより、相手部品との摩擦抵抗および応力集中
を低減し、面および曲げ疲労に対する抵抗力を増すこと
である。従って本発明においては、浸炭処理後表面より
０．１ｍｍ以内の深さ範囲内では残留γ量が２０％を超
えないことが極めて重要かつ必要である。この定量的意
味は、肌焼鋼の化学成分が上記限定内において、その化
学成分組成に応じて前記（１）または（２）式のいずれ
かを満足すれば達成できるものであり、浸炭処理による
表面硬さ向上効果を最大限に活用できることにある。即
ち、その後引続き行われるショットピーニング処理によ
る表面荒れを低減することができるという実験事実に基
づいているのである。
【００２４】尚浸炭処理後の浸炭異常層の厚さは、前述
の如く、２０μｍ程度以下であることが望ましい。浸炭
異常層とは、粒界酸化層および／または不完全焼入層の
ことであるが、この層は硬度が大変低いので、ショット
ピーニングによってその表面は荒れることになる。しか
しながら、この浸炭異常層が２０μｍ以下であれば、シ
ョットピーニングによって表層の低硬化層は塑性変形し
て伸延し、表面の荒れは顕著にならないのである。また
浸炭異常層はＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ等の酸化物形成による粒
界酸化層生成に起因するのであるが、本発明で規定する
化学成分組成であると、浸炭異常層はおのずと２０μｍ
程度以下になる。
の如く、２０μｍ程度以下であることが望ましい。浸炭
異常層とは、粒界酸化層および／または不完全焼入層の
ことであるが、この層は硬度が大変低いので、ショット
ピーニングによってその表面は荒れることになる。しか
しながら、この浸炭異常層が２０μｍ以下であれば、シ
ョットピーニングによって表層の低硬化層は塑性変形し
て伸延し、表面の荒れは顕著にならないのである。また
浸炭異常層はＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ等の酸化物形成による粒
界酸化層生成に起因するのであるが、本発明で規定する
化学成分組成であると、浸炭異常層はおのずと２０μｍ
程度以下になる。
【００２５】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
【００２６】
【実施例】供試鋼の化学成分を表１に示す。これらの供
試鋼を鍛造、溶体化・焼ならし処理し、図１（ａ），
（ｂ）に示す形状の試験片に加工した後、図２に示す浸
炭処理を施し、表２に示すショットピーニング処理後、
表３および表４に示すローラーピッチングおよび小野式
回転曲げ疲労試験条件で疲労試験に供した。浸炭処理後
の残留γ量、ショットピーニング処理後の最大表面粗さ
およびローラーピッチングと小野式回転曲げ寿命を表５
に示す。尚表１および表５において、Ｐ値とは前記
（１）または（２）式の左辺の値である。また残留γ量
は、ＰＳＰＣ型Ｘ線回折装置を用いて測定した面積率で
あり、この面積率は体積率と近似する値である。Ｐ値と
残留γ量との関係、残留γ量と表面粗さとの関係、ロー
ラーピッチング疲労試験結果、小野式回転曲げ疲労試験
結果を、夫々図３〜６に示す。
試鋼を鍛造、溶体化・焼ならし処理し、図１（ａ），
（ｂ）に示す形状の試験片に加工した後、図２に示す浸
炭処理を施し、表２に示すショットピーニング処理後、
表３および表４に示すローラーピッチングおよび小野式
回転曲げ疲労試験条件で疲労試験に供した。浸炭処理後
の残留γ量、ショットピーニング処理後の最大表面粗さ
およびローラーピッチングと小野式回転曲げ寿命を表５
に示す。尚表１および表５において、Ｐ値とは前記
（１）または（２）式の左辺の値である。また残留γ量
は、ＰＳＰＣ型Ｘ線回折装置を用いて測定した面積率で
あり、この面積率は体積率と近似する値である。Ｐ値と
残留γ量との関係、残留γ量と表面粗さとの関係、ロー
ラーピッチング疲労試験結果、小野式回転曲げ疲労試験
結果を、夫々図３〜６に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
【表３】
【００３０】
【表４】
【００３１】
【表５】
【００３２】表５のＡ１〜Ａ６のものは本発明で規定す
る残留γ量が２０％以下、即ちＰ値が２．５％以下を満
足する本発明鋼であり、全ての試料において疲労試験中
にピッチングは発生せず、さらに小野式回転曲げ疲労試
験においても切損しなかった。これに対し、Ｂ１〜Ｂ６
のものは残留γ量が２０％超えており、それに伴い表面
は大きく荒れており、両疲労特性は本発明鋼に比べ劣っ
ていた。また小野式回転曲げ疲労試験において、残留γ
量が多い供試鋼、即ち表面粗さの大きい領域で疲労寿命
が逆転するのは、残留γがショットピーニングによりマ
ルテンサイトへ加工誘起変態することによる圧縮残留応
力付与が原因であると考えられる。
る残留γ量が２０％以下、即ちＰ値が２．５％以下を満
足する本発明鋼であり、全ての試料において疲労試験中
にピッチングは発生せず、さらに小野式回転曲げ疲労試
験においても切損しなかった。これに対し、Ｂ１〜Ｂ６
のものは残留γ量が２０％超えており、それに伴い表面
は大きく荒れており、両疲労特性は本発明鋼に比べ劣っ
ていた。また小野式回転曲げ疲労試験において、残留γ
量が多い供試鋼、即ち表面粗さの大きい領域で疲労寿命
が逆転するのは、残留γがショットピーニングによりマ
ルテンサイトへ加工誘起変態することによる圧縮残留応
力付与が原因であると考えられる。
【００３３】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、特
に表面起点の疲労破壊に対する抵抗力の大きい機械構造
用部品、およびこの様な部品を製造する為の肌焼鋼が実
現できた。
に表面起点の疲労破壊に対する抵抗力の大きい機械構造
用部品、およびこの様な部品を製造する為の肌焼鋼が実
現できた。
【図１】疲労試験片形状を示す説明図である。
【図２】浸炭処理パターン例を示す説明図である。
【図３】Ｐ値と残留γ量との関係を示すグラフである。
【図４】残留γ量と表面粗さとの関係示すグラフであ
る。
る。
【図５】ローラーピッチング疲労試験結果を示すグラフ
である。
である。
【図６】小野式回転曲げ疲労試験結果を示すグラフであ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/44 38/50 38/60 (72)発明者 安木 真一 兵庫県神戸市灘区灘浜東町２番地 株式会 社神戸製鋼所神戸製鉄所内
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｃ：０．１〜０．４％（重量％の意味、
以下同じ），Ｓｉ：０．１５％以下（０％を含む），Ｍ
ｎ：０．２〜１．２％，Ｐ：０．０１２％以下（０％を
含む），Ｓ：０．００５〜０．０７％，Ｃｒ：０．２〜
１．２％，Ａｌ：０．０１５〜０．１％，Ｎ：０．００
５〜０．０２５％を夫々含有し、残部Ｆｅおよび不可避
不純物からなる機械構造部品製造用肌焼鋼において、下
記（１）式を満足することを特徴とする疲労強度に優れ
た機械構造部品製造用肌焼鋼。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］≦２．５％ …（１） 但し、［ ］は鋼中に存在する各元素の含有量（％）を
示す。 - 【請求項２】 Ｃ：０．０１〜０．４％，Ｓｉ：０．１
５％以下（０％を含む），Ｍｎ：０．２〜１．２％，
Ｐ：０．０１２％以下（０％を含む），Ｓ：０．００５
〜０．０７％，Ｃｒ：０．２〜１．２％，Ａｌ：０．０
１５〜０．１％，Ｎ：０．００５〜０．０２５％を夫々
含有すると共に、Ｍｏ：０．０７〜１．０％および／ま
たはＮｉ：０．２〜４．０％を含有し、残部Ｆｅおよび
不可避不純物からなる機械構造部品製造用肌焼鋼におい
て、下記（２）式を満足することを特徴とする疲労強度
に優れた機械構造部品製造用肌焼鋼。 １．５［Ｍｎ］−［Ｓｉ］＋１．５［Ｃｒ］ ＋［Ｍｏ］＋０．３［Ｎｉ] ≦２．５％ …（２） 但し、［ ］は鋼中に存在する各元素の含有量（％）を
示す。 - 【請求項３】 更に、Ｎｂ：０．００５〜０．１％，
Ｖ：０．０３〜１．０％，Ｔｉ：０．００５〜０．１％
よりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有するもの
である請求項１または２に記載の肌焼鋼。 - 【請求項４】 更に、Ｐｂ：０．０９％以下，Ｃａ：
０．０００５〜０．００５％，Ｚｒ：０．０１〜０．０
５％，Ｔｅ：０．００５〜０．１％，Ｓｂ：０．００５
〜０．１％およびＳｅ：０．００５〜０．１％よりなる
群から選ばれる１種以上の元素を含有するものである請
求項１〜３のいずれかに記載の肌焼鋼。 - 【請求項５】 鋼中の酸素の含有量を０．００２％以下
に抑制したものである請求項１〜４のいずれかに記載の
肌焼鋼。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の肌焼鋼
を用いて所定の部品形状に成形加工し、浸炭処理後、オ
ーステナイト単相域から焼入れを行なうことによって、
表面から０．１ｍｍ深さまでにおける残留オーステナイ
ト面積率が２０％以下となる様にし、その後ショットピ
ーニング処理を施すことを特徴とする疲労強度に優れた
機械構造部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19342694A JPH0860294A (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法および該機械構造部品製造用肌焼鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19342694A JPH0860294A (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法および該機械構造部品製造用肌焼鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0860294A true JPH0860294A (ja) | 1996-03-05 |
Family
ID=16307779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19342694A Withdrawn JPH0860294A (ja) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | 疲労強度に優れた機械構造部品の製造方法および該機械構造部品製造用肌焼鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0860294A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1081237A3 (de) * | 1999-09-02 | 2004-05-12 | Benteler Ag | Verfahren zur Herstellung eines biegesteifen, torsionsweichen Rohrprofils |
| EP1420078A2 (en) | 2002-11-12 | 2004-05-19 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brearing steel excellent in corrosion resistance |
| JP2006097035A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Aichi Steel Works Ltd | 高速ドライ切削用歯車素材の製造方法及びその歯車素材を用いた歯車の製造方法 |
| CN115386798A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-25 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种超低硅Nb微合金化齿轮钢及其制造方法 |
| US11691390B2 (en) | 2011-06-24 | 2023-07-04 | Corning Incorporated | Light-weight hybrid glass laminates |
-
1994
- 1994-08-17 JP JP19342694A patent/JPH0860294A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1081237A3 (de) * | 1999-09-02 | 2004-05-12 | Benteler Ag | Verfahren zur Herstellung eines biegesteifen, torsionsweichen Rohrprofils |
| EP1577404A1 (de) * | 1999-09-02 | 2005-09-21 | Benteler Ag | Verfahren zur Herstellung eines biegesteifen, torsionsweichen Rohrprofils |
| EP1420078A2 (en) | 2002-11-12 | 2004-05-19 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brearing steel excellent in corrosion resistance |
| EP1420078A3 (en) * | 2002-11-12 | 2006-05-03 | Koyo Seiko Co., Ltd. | Brearing steel excellent in corrosion resistance |
| JP2006097035A (ja) * | 2004-09-28 | 2006-04-13 | Aichi Steel Works Ltd | 高速ドライ切削用歯車素材の製造方法及びその歯車素材を用いた歯車の製造方法 |
| JP4534694B2 (ja) * | 2004-09-28 | 2010-09-01 | 愛知製鋼株式会社 | 高速ドライ切削用歯車素材の製造方法及びその歯車素材を用いた歯車の製造方法 |
| US11691390B2 (en) | 2011-06-24 | 2023-07-04 | Corning Incorporated | Light-weight hybrid glass laminates |
| US12059870B2 (en) | 2011-06-24 | 2024-08-13 | Corning Incorporated | Light-weight hybrid glass laminates |
| CN115386798A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-25 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种超低硅Nb微合金化齿轮钢及其制造方法 |
| CN115386798B (zh) * | 2022-08-31 | 2024-01-30 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种超低硅Nb微合金化齿轮钢及其制造方法 |
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