JPH10287959A - 高強度高周波焼入用鋼 - Google Patents

高強度高周波焼入用鋼

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JPH10287959A
JPH10287959A JP13272497A JP13272497A JPH10287959A JP H10287959 A JPH10287959 A JP H10287959A JP 13272497 A JP13272497 A JP 13272497A JP 13272497 A JP13272497 A JP 13272497A JP H10287959 A JPH10287959 A JP H10287959A
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JP
Japan
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strength
steel
induction hardening
fatigue strength
hardenability
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JP13272497A
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English (en)
Inventor
Koichiro Inoue
幸一郎 井上
Sadayuki Nakamura
貞行 中村
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被削性や加工性に優れかつ静的強度や曲げ疲
労強度および転がり接触疲労強度に優れた高強度高周波
焼入用鋼。 【構成】 重量基準でC:0.45〜0.80%,S
i:0.15〜1.00%,Mn:0.10〜1.50
%,Cr:0.10〜1.00%,B :0.0005
〜0.0050%,Ti:0.005〜0.050%,
s−Al:0.015〜0.050%と必要に応じてS
:0.20%以下,Te:0.10%以下のうちから
選ばれる1種または2種以上を含むことができ,残部F
eおよび不純物よりなり,かつ下記の式を満たすことを
特徴とする高強度高周波焼入用鋼であり,被削性や加工
性を損なうことなく高い転がり接触疲労強度と高周波焼
入性を得ることができる。 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,機械構造用部品,例え
ば変速ギヤ,無段変速機用転動体,等速ジョイントアウ
ターレース,その他の高周波焼入を施して機械構造部品
に用いられる静的強度や曲げ疲労強度および転がり接触
疲労強度に優れた高強度高周波焼入用鋼の開発に関す
る。
【0002】
【従来の技術】これまで機械構造用炭素鋼のうちS40
C−S45Cなどの中炭素鋼を高周波焼入により表面硬
化処理を行い,曲げ疲労強度や転がり接触疲労強度およ
び静的強度を得てきた。しかしながら高周波焼入に用い
られる炭素鋼は,一般的に低Cであるため初析フェライ
ト量が多く高周波焼入のような短時間の加熱では均質な
硬化層が得られなかったり,表面硬さが低いため高い転
がり接触疲労強度や静的強度が要求される部品には不適
当であった。
【0003】高周波焼入材の転がり接触疲労強度および
静的強度を向上させるためには,初析フェライト量の減
少と高周波焼入後の表面硬さを高めるC含有量の増加が
最も有効であるが,C含有量を高めれば素材状態におけ
る硬が上昇するが,被削性や加工性を損なったり焼割れ
感受性が高くなるなどの弊害をもたらす。
【0004】また,被削性や加工性を向上させるため,
Si,Mn,Cr含有量を低減することも考えられる
が,この場合には高周波焼入性が低下したり,共析炭素
濃度の低下により,かえって初析フェライト量が増加
し,必要な硬化層深さを確保できないため強度が低下す
るという問題があった。
【0005】
【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,本発明の目的とす
るところは,被削性や加工性に優れかつ静的強度や曲げ
疲労強度および転がり接触疲労強度に優れた高強度高周
波焼入用鋼を提供するところにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は,種々の合金元
素の組み合わせについて検討した結果,静的強度や曲げ
疲労強度および転がり接触疲労強度を向上させるために
C含有量を通常のS40C〜S45Cの炭素鋼より高い
0.45%以上の添加とした。また,焼入性向上元素で
あるBを添加することにより安定した高周波焼入性を確
保した。さらにC,Mn,Crの含有量によって求めら
れる焼入性指数を適当な範囲に調整することにより,高
周波加熱のような短時間の加熱でも均質な硬化層が得ら
れることを見いだした。これにより優れた被削性と高い
強度を合わせ持つ高強度高周波焼入用鋼を開発した。
【0007】すなわち,本発明の高強度高周波焼入用鋼
は重量基準で C :0.45〜0.80% Si:0.15〜1.00% Mn:0.10〜1.50% Cr:0.10〜1.00% B :0.0005〜0.0050% Ti:0.005〜0.050% s−Al:0.015〜0.050% 残部Feおよび不純物よりなり,かつ下記の式を満たす
ことを特徴とする高強度高周波焼入用鋼。 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3
【0008】また,上記の合金元素に加えて重量基準で S :0.20%以下 Te:0.10%以下 のうちから選ばれる1種または2種以上を含み, 残部
Feおよび不純物よりなり,かつ下記の式を満たすこと
を特徴とする高強度高周波焼入用鋼。 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3
【0009】以下に各合金成分の限定理由について説明
する。 C:0.45〜0.80% Cは高周波焼入後,鋼の強度を保持するための必須の元
素であり,高周波焼入後の表面硬さを確保し,静的強度
や曲げ疲労強度および転がり接触疲労強度を向上させる
ために0.45%以上添加する必要がある。しかし,そ
の含有量が0.80%の共析点を超えて添加するとかえ
って表面硬さが低下し,強度向上の劣化を招く。また,
初析セメンタイトが生成して靭性を損なうなどの弊害を
もたらすので,C含有量の上限を0.80%にした。
【0010】Si:0.15〜1.00% Siは溶製時の脱酸剤として作用する元素であると同時
に転動疲労を向上させる元素でもある。このため0.1
5%以上の添加が必要であるが,多量に添加すると熱間
加工時の脱炭が促進され表層部での高周波焼入性を著し
く低下させるため1.00%を上限とした。また,その
好ましい範囲は0.35〜0.70%である。
【0011】Mn:0.焼入〜1.50% Mnは溶製時の脱酸剤として作用する元素であり,また
高周波焼入性を向上させる元素であが,十分な焼入性を
得るために0.10%以上添加する必要がある。しか
し,1.50%を超えると被削性および加工性を劣下さ
せる。このため,Mn含有量は0.10〜1.50%に
限定した。
【0012】Cr:0.10〜1.00% CrはMnと同様に高周波焼入性を向上させる元素であ
るが,多量の添加は素材硬さを高め被削性および加工性
を劣化させるので0.10〜1.00%に規定した。
【0013】B:0.0005〜0.0050% Bは素材の硬さを高めることなく,硬化層深さを深める
元素である。このB添加によりSi含有量の低減および
Mn,Cr含有量の変化による焼入性の変動を効果的に
抑制することができる。この効果を安定して得るために
も0.0005%以上の添加を必要とする。しかし,過
剰に添加してもその効果はかえって低下するので上限を
0.005%以下にした。
【0014】Ti:0.005〜0.05% Tiは鋼中のNと結びつき,TiN化合物の生成により
BN化合物の生成を抑制し,Bによる焼入性向上効果を
確保するために必要な元素である。しかし,多量に添加
すると靭性や疲労強度の低下をきたすので0.005〜
0.05%に限定した。また,Ti望ましい添加量はT
i/N≧3.4である。
【0015】s−Al:0.015〜0.050% s−Alは溶製時の脱酸剤として作用する元素であり,
0.015%以上添加する必要がある.しかし,多量に
添加すると靭性や疲労強度の低下をきたすので0.05
0%以下に限定した. 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3 上記計算式で算出される指数が0.3をこえると高周波
焼入性に劣る。
【0016】S :0.20%以下 Te:0.10%以下 S,Teは被削性を高める元素であって,それぞれ0.
20%以下,0.10%以下の範囲で単独に,または複
合添加しても良い。ただしこれ以上添加すると機械的性
質が劣化するので上限を定めた。
【0017】
【実施例】表1に示す化学組成をもつ各鋼材を高周波誘
導炉で溶解し150kgの鋼塊に鋳造した。その後,鍛
造によって直径15と32mmの丸棒に鍛造した。この
ようにして得られた丸棒を850℃で1時間の焼ならし
処理を行い1/2R部の硬さ測定を行った。またこれら
の丸棒より下記の試験条件にて転動試験,高周波焼入試
験を行った。その結果を表2に示す。また,ホブ歯切り
加工性試験を表3に示す条件で行い評価した結果も表2
にあわせて示す。実施例に示される鋼には通常の鋼に含
まれるP:0.030%以下,Cu:0.30%以下,
Ni:0.20%以下,N:0.030%以下,O:
0.003%以下の不純物が含有されていてもさしつか
えない。
【0018】転動試験は直径15mmの丸棒より試験部
直径12.3mmの疲労試験片を削りだし,周波数:1
00kHz,方式:定置焼入,加熱時間:2.5s,電
力:50kW,最高加熱温度:980℃,冷却水:水,
焼戻し:160℃×1時間の条件で高周波焼入焼戻し処
理を施した。試験はラジアル型転動試験機により,SU
J2製ボールを用いて面圧5880MPaにて試験を実
施した。
【0019】高周波焼入性は直径32mmの丸棒より直
径25mm,長さ100mmの試験片を加工し,周波
数:10kHz,電力:55kW,加熱時間:4sの条
件で高周波焼入をし,表面からビッカース硬さで450
HVになる硬さまでの距離を測定した。
【0020】被削性は歯切り試験によって行った。15
0kg鋼塊を直径90mmの丸棒に鍛造した。これを8
50℃で1時間の焼ならし処理を行い,その後,直径8
6.4mmの試験片に加工し,表3に示した条件で試験
に供した。工具寿命はクレーター磨耗が50μmに達し
た時点とし,発明鋼Bの工具寿命を100としたときの
相対値で示した。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】表1の実施例1〜13は本発明にかかわる
成分組成および焼入性指数の全ての条件を満足する実施
例であり,転動疲労特性および高周波焼入性のすべてに
優れている。また,快削元素を添加した12,13鋼は
快削元素を添加しない2鋼に比べて被削性が改善されて
いることがわかる。
【0025】これに対して比較鋼Aは成分範囲は満足す
るが,焼入性指数が請求範囲外であるため均質な硬化層
を得ることができず,転動疲労強度が低い。また,比較
鋼BはC含有量が低すぎるため十分な転動疲労強度が得
られていない。
【0026】比較鋼C,DはそれぞれC,Mn,Cr含
有量が高すぎるため,焼ならし後の硬さが高くなりすぎ
ている。
【0027】比較鋼EはSi含有量が低すぎるため,転
動疲労強度が低くなっている。また,FはSi含有量が
高すぎるため焼ならし時の脱炭が激しく,表面付近の硬
さが低下したため転動疲労強度が低下している。
【0028】比較鋼GはB含有量が低すぎるために十分
な高周波焼入性が得られず,そのため転動疲労強度も低
下する。また,比較鋼HはTi含有量が不足しているた
めBの効果が十分に得られず,高周波焼入性が低下す
る。このためG鋼と同様に転動疲労強度が低下してい
る。
【0029】比較鋼Iはs−Alが過剰に添加されてい
るため転動疲労強度の低下が見られる。また,比較鋼J
は被削性を改善させる元素であるS,Teを過剰に含有
するため,被削性は大幅に改善されているが転動疲労強
度が低下している。
【0030】a鋼は高周波焼入用鋼として一般的に用い
られているJIS−S45Cである。C含有量が低いa
鋼では十分な転動疲労強度が得られないことがわかる。
また,b鋼は転動疲労強度を高めるためにC含有量を増
加させたAISI−1070である。b鋼はC含有量が
高いため転動疲労特性には優れているが,硬さが高く被
削性に劣っている。
【0031】
【発明の効果】以上説明してきたように,本発明に係わ
る高強度高周波焼入用鋼は重量基準でC:0.45〜
0.80%,Si:0.15〜1.00%,Mn:0.
10〜1.50%,Cr:0.10〜1.00%,B
:0.0005〜0.0050%,Ti:0.005
〜0.050%,s−Al:0.015〜0.050%
と必要に応じてS :0.20%以下,Te:0.10
%以下のうちから選ばれる1種または2種以上を含むこ
とができ,残部Feおよび不純物よりなり,かつ下記の
式を満たすことを特徴とする高強度高周波焼入用鋼であ
り,被削性や加工性を損なうことなく高い転がり接触疲
労強度と高周波焼入性を得ることができる。 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量基準で C :0.45〜0.80% Si:0.15〜1.00% Mn:0.10〜1.50% Cr:0.10〜1.00% B :0.0005〜0.0050% Ti:0.005〜0.050% s−Al:0.015〜0.050% 残部Feおよび不純物よりなり,かつ下記の式を満たす
    ことを特徴とする高強度高周波焼入用鋼。 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
    n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3
  2. 【請求項2】重量基準で C :0.45〜0.80% Si:0.15〜1.00% Mn:0.10〜1.50% Cr:0.10〜1.00% B :0.0005〜0.0050% Ti:0.005〜0.050% s−Al:0.015〜0.050% および S :0.20%以下 Te:0.10%以下 のうちから選ばれる1種または2種以上を含み,残部F
    eおよび不純物よりなり,かつ下記の式を満たすことを
    特徴とする高強度高周波焼入用鋼。 焼入性指数:1.2−1.4×C(%)−0.28×M
    n(%)−0.49×Cr(%)≦0.3
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012144495A1 (ja) * 2011-04-18 2012-10-26 本田技研工業株式会社 冷間打抜用鋼及びこれを用いたスチールベルト用エレメント

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012144495A1 (ja) * 2011-04-18 2012-10-26 本田技研工業株式会社 冷間打抜用鋼及びこれを用いたスチールベルト用エレメント
JP2012224896A (ja) * 2011-04-18 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd 冷間打抜用鋼及びこれを用いたスチールベルト用エレメント

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