JPH11350069A - 耐ピッティング性にすぐれた肌焼鋼 - Google Patents

耐ピッティング性にすぐれた肌焼鋼

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JPH11350069A
JPH11350069A JP16393298A JP16393298A JPH11350069A JP H11350069 A JPH11350069 A JP H11350069A JP 16393298 A JP16393298 A JP 16393298A JP 16393298 A JP16393298 A JP 16393298A JP H11350069 A JPH11350069 A JP H11350069A
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JP
Japan
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case hardening
steel
alloy
pitting resistance
hardening steel
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JP16393298A
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Juichi Ito
樹一 伊藤
Tomonori Haniyuda
智紀 羽生田
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】 【課題】 自動車用変速機の歯車に代表される、過酷な
条件下に使用される機械部品を製造する肌焼鋼であっ
て、耐ピッティング性が優れ、従って、長寿命の歯車を
実現することのできる肌焼鋼を提供すること。 【解決手段】 重量で、C:0.10〜0.35%、S
i:0.05〜1.50%、Mn:0.3〜1.0%、
S:0.005〜0.030%、Cr:0.3〜5.0
%およびAl:0.1〜1.0%を含有し、残部が実質
的にFeからなり、かつ、 A=Si%+0.9Mn%
+0.8Cr%+Al%1/2 とするとき、A>1.6の
条件を満たす合金組成を有する肌焼鋼。 この鋼は、上
記の基本組成の合金成分に加えて、次のグループの一ま
たは二つ以上に属する合金成分を、任意に含有すること
ができる。 1)Mo:0.05〜1.50%、V:
0.05〜0.50%およびW:0.5〜1.00%の
1種または2種以上、2)Ni:0.20〜2.50
%、および3)Nb:0.005〜0.100%。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐ピッティング性
に優れた肌焼鋼に関する。 本発明の肌焼鋼は、産業用
機械や自動車用変速機の歯車のように、高い面圧を受け
ながらすべる構成部品を製造する材料として好適であ
る。
【0002】
【従来の技術】高い面圧を受けた状態ですべりながら働
く機械部品の代表として、自動車用変速機の歯車を取り
上げると、それらは、JISのSCr420HやSCM
420Hのような肌焼鋼を歯車形状に成形した後、浸炭
焼入れ・焼戻しをすることにより製造されている。
【0003】高面圧下のすべりという過酷な条件下に使
用される歯車は、マイクロピッティングが生じるとギヤ
ノイズが高くなり、使用時間の経過にともなってマイク
ロピッティングのマクロピッティングへの発達とマイク
ロピッティングの数の増加とが進み、ギヤノイズの増大
から、ついには破損に至る。 このような歯車の劣化を
遅らせて寿命を伸ばすためには、まず、使用の初期にお
けるマイクロピッティングの発生を極力抑えることが必
要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、自動
車用変速機の歯車に代表される、過酷な条件下に使用さ
れる機械部品を製造する肌焼鋼であって、耐ピッティン
グ性が優れ、従って、長寿命の歯車を実現することので
きる肌焼鋼を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の耐ピッティング性にすぐれた肌焼鋼は、基本的に
は、重量で、C:0.10〜0.35%、Si:0.0
5〜1.50%、Mn:0.3〜1.0%、S:0.0
05〜0.030%、Cr:0.3〜5.0%およびA
l:0.1〜1.0%を含有し、残部が実質的にFeか
らなり、かつ、 A=Si%+0.9Mn%+0.8Cr%+Al%1/2 とするとき、A>1.6の条件を満たす合金組成を有す
ることを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の肌焼鋼は、上記の基本的
な合金成分に加えて、下記のグループの一つまたは二つ
以上に属する合金成分を、任意に含有することができ
る。
【0007】1)Mo:0.05〜1.50%、V:
0.05〜0.50%およびW:0.05〜1.00%
の1種または2種以上、 2)Ni:0.20〜2.50%、および 3)Nb:0.005〜0.100%。
【0008】本発明の肌焼鋼において、各合金成分のは
たらきと、組成範囲の限定理由を説明すれば、次のとお
りである。
【0009】C:0.10〜0.35% 肌焼鋼製品、代表的には歯車の心部の強度を確保するた
め、Cを0.10%以上存在させる必要がある。 C量
が高くなると、熱間鍛造で歯車の素材を得て、これを焼
ならした後の硬さが高くなり過ぎて、切削が困難にな
る。 0.35%が適切な量の上限である。
【0010】Si:0.05〜1.50% Siは、脱酸に役立つほか、焼戻し軟化抵抗の確保に寄
与するから、少なくとも0.05%は添加すべきであ
る。 しかし、多量の添加は浸炭性を低下させるので、
1.50%を限度とする。
【0011】Mn:0.3〜1.0% Mnも脱酸剤であるうえ、焼入れ性を高める。 この効
果は、0.3%以上の添加で明確に得られるが、0.4
%を超える添加が好ましい。 多量に添加すると焼なら
し後の硬さが高くなって、Cについて上記したところと
同じ不利益が出てくるから、上限1.0%を設けた。
【0012】S:0.005〜0.030% 耐ピッティング性の観点からは、Sは好ましくない存在
であるが、その問題が顕著にならない範囲で、快削元素
として利用するのが得策である。 0.005%は被削
性改善が認められる下限として、0.030%は耐ピッ
ティング性を損なわない上限として、それぞれ選択し
た。
【0013】Cr:0.3〜5.0% 肌焼鋼の中でCrは表面のC濃度を高めて浸炭を促進す
る。 しかし、この効果が過ぎると浸炭異常層が発生
し、粒界酸化を招いて硬さの低い部分ができてしまう。
0.3〜5.0%の範囲は、これらの兼ね合いで定め
た。
【0014】Al:0.1〜1.0% 焼戻し軟化抵抗を高めるので、少なくとも0.1%、好
ましくは0.5%を超える量を添加する。 しかし、多
量の添加をすると、圧延時に地疵が多く発生して好まし
くない。 1.0%が限度である。 この地疵の問題が
あって、肌焼鋼にAlを添加することは従来試みられな
かったが、適量のAlが有用であることを発明者らは見
いだした。
【0015】前掲の式、すなわち A=Si%+0.9Mn%+0.8Cr%+Al%1/2 に関して、A>1.6の条件が満たされることは、肌焼
鋼製品に、十分に高い焼戻し硬さ、具体的にはHV60
0以上、を実現するため必要である。
【0016】任意に添加する合金成分の作用と、組成範
囲の限定理由は次のとおりである。
【0017】1)Mo:0.05〜1.50%、W:
0.05〜1.00%およびV:0.05〜0.50%
の1種または2種以上、これらの元素は、いずれも炭化
物を形成して耐摩耗性を確保するから、その効果が明確
に得られる下限値の、0.05%以上を添加することが
好ましい。 多量に添加すると、MoおよびWは被削性
を低下させ、Vは焼入れ性を低下させるので、それぞれ
の上限値である1.50%、1.00%および0.50
%までの添加量をえらぶ。
【0018】2)Ni:0.20〜2.50% Niは靭性を高める効果があるから、必要に応じて、効
果が明確になる0.20%以上の量を添加する。 被削
性にとっては不利な成分で、2.50%が実用上の限度
である。
【0019】3)Nb:0.005〜0.100% Nbは、結晶粒の微細化ないし粗大化防止に有用であ
る。 その効果は、0.005%の少量から認められ、
0.100%に至ると飽和する。
【0020】
【実施例】表1に示す化学組成の合金を溶製し、得られ
たインゴットを熱間圧延して直径31mmの丸棒にした。
【0021】 表 1No. C Si Mn S Cr Al その他 A値 実施例 1 0.21 0.11 0.51 0.014 2.23 0.71 3.20 2 0.22 0.21 0.79 0.015 1.02 0.54 2.47 3 0.22 0.66 0.51 0.017 2.09 0.65 3.60 4 0.20 0.28 0.84 0.012 1.29 0.56 Mo:0.22 W: 0.42 2.82 5 0.21 0.55 0.61 0.019 0.82 0.61 V: 0.39 2.58 6 0.21 0.25 0.75 0.016 1.38 0.72 W: 0.11 V: 0.21 2.90 7 0.21 0.35 0.49 0.016 2.12 0.75 Ni:2.38 3.35 8 0.20 0.55 0.44 0.015 2.59 0.73 Mo:0.15 V: 0.32 Ni:0.52 3.90 9 0.23 0.85 0.63 0.014 1.76 0.52 Nb:0.02 3.55 10 0.21 0.21 0.62 0.019 3.05 0.84 W: 0.24 Nb:0.01 4.1211 0.20 0.53 0.75 0.013 1.37 0.61 V: 0.01 Ni:1.03 Nb:0.02 3.08 比較例 A 0.21 0.21 0.72 0.015 1.05 0.04* 1.90 B 0.16 0.23 0.47 0.018 0.60 0.09* 1.44* C 0.38 0.17 0.15* 0.023 1.21 0.41 1.91D 0.14 0.21 0.49 0.014 0.16* 0.21 1.24 * 重量% 残部Fe *本発明の範囲外。
【0022】上記の丸棒から、ローラーピッティング試
験片を製作した。 試験片は、図1に示す形状および寸
法の回転体である。 各試験片に、下記の手順に従って
浸炭窒化および焼入れ・焼戻し処理を施し、 930℃(CP:1.1%,NH3:0.2m3/hr)×
6時間⇒ 840℃(CP:0.95%,NH3:0.2m3/hr)
×0.5時間⇒ 油冷⇒170℃×2時間 (「CP」はカーボンポ
テンシャルの略) 実施例No.1〜8の試験片に対しては、ショットピー
ニング処理をした。
【0023】図2に示すように、大径の円盤状に加工し
たSCr420Hを、上記と同じ条件で浸炭処理したも
のを相手材(2)として使用し、上で用意した各試験片
を接触させて、下記の条件で、ローラーピッティング試
験を行なった。 面圧2400MPa すべり率−60%。
【0024】試験片の接触面を倍率20倍の顕微鏡で観
察し、マイクロピッティングが観察されたとき、寿命が
きたと判定した。
【0025】曲げ疲れ特性は、小野式回転曲げ疲労試験
機により評価した。 試験片の平滑部だけに表面硬化処
理を施したものについて、回転速度3500rpm で試験
し、107 回の疲れ限度を求めた。
【0026】表面硬さを、深さ50μmの位置で測定し
た。 焼戻し硬さを、350℃×2時間−空冷の処理を
施した試験片について測定した。 それらの値を、上記
の試験の結果とともに表2に示す。
【0027】 表 2 No. 表面硬さ 焼戻し硬さ 107回疲れ限度 ローラーピッ (HV) (HV) (MPa) ティング寿命 実施例 1 752 639 590 7.5×106 2 734 635 615 8.1×106 3 794 753 630 1.0×107以上 4 780 690 625 9.6×106 5 771 706 620 8.5×106 6 747 691 590 6.3×106 7 784 657 580 7.1×106 8 737 726 590 9.4×106 9 791 762 620 1.0×107以上 10 776 700 625 9.2×106 11 793 695 630 6.2×106 比較例 A 612 523 540 1.4×106 B 731 497 560 3.5×106 C 694 534 570 2.9×106 D 733 429 550 2.0×106 本発明の肌焼鋼製品は、焼戻し硬さはHV600以上が
確保され、それに伴って、ローラーピッティング寿命が
従来品の数倍ないし10倍以上に伸びている。
【0028】
【発明の効果】本発明の肌焼鋼は、Al成分を積極的に
活用するとともに、Si,Mn,CrおよびAlの関係
についての「A値」を特定したことにより、窒化層の焼
戻し硬さをHV600以上という高いレベルに到達さ
せ、耐ピッティング性を改善したものである。
【0029】この鋼を材料として、たとえば自動車用変
速機の歯車を製造すれば、ギヤノイズの発生をもたらす
ピッティングの発生、とくに初期のマイクロピッティン
グの発生を効果的に遅らせることができ、従ってそれが
発達してできるマクロなピッティングの発生も遅らせる
ことができ、ギヤの寿命が大幅に延びる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例で行なったローラーピッティ
ング試験について、試験片の形状を寸法を示す平面図。
【図2】 図1の試験片を用いて行なうローラーピッテ
ィング試験の方法について、試験片と相手材との組み合
わせを示す斜視図。
【符号の説明】
1 試験片 2 相手材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で、C:0.10〜0.35%、S
    i:0.05〜1.50%、Mn:0.3〜1.0%、
    S:0.005〜0.030%、Cr:0.3〜5.0
    %およびAl:0.1〜1.0%を含有し、残部が実質
    的にFeからなり、かつ、A=Si%+0.9Mn%+
    0.8Cr%+Al%1/2 とするとき、A>1.6の条
    件を満たす合金組成を有することを特徴とする耐ピッテ
    ィング性にすぐれた肌焼鋼。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の合金成分に加え、M
    o:0.05〜1.50%、V:0.05〜0.50%
    およびW:0.05〜1.00%の1種または2種以上
    を含有し、かつ前記A>1.6の条件を満たす合金組成
    を有することを特徴とする耐ピッティング性にすぐれた
    肌焼鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の合金成分に加
    え、Ni:0.20〜2.50%を含有し、かつ前記A
    >1.6の条件を満たす合金組成を有することを特徴と
    する耐ピッティング性にすぐれた肌焼鋼。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の合
    金成分に加え、Nb:0.005〜0.100%を含有
    し、かつ前記A>1.6の条件を満たす合金組成を有す
    ることを特徴とする耐ピッティング性にすぐれた肌焼
    鋼。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107312974A (zh) * 2016-04-26 2017-11-03 宝钢特钢有限公司 一种高性能低合金壳体用钢及其制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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