JPS59123743A - 熱処理歪の少ない浸炭用鋼 - Google Patents

熱処理歪の少ない浸炭用鋼

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JPS59123743A
JPS59123743A JP22984182A JP22984182A JPS59123743A JP S59123743 A JPS59123743 A JP S59123743A JP 22984182 A JP22984182 A JP 22984182A JP 22984182 A JP22984182 A JP 22984182A JP S59123743 A JPS59123743 A JP S59123743A
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川上 平次郎
Morifumi Nakamura
中村 守文
Yoshitake Matsushima
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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱処理歪の少ない浸炭用鋼に関する。
歯車や軸受等の鋼製品は、耐磨耗性や耐疲労性の改善を
目的として浸炭焼入れ等の表面硬化処理がなされること
が多いが、この際に熱処理歪が不可避的に発生し、しか
も、上記浸炭処理が部品加工の最終工程であるため、上
記熱処理歪がそのまま製品に残されて、強度の低下等の
有害な影響となって現われる。このような問題を解決す
るために、焼入れの際に拘束治具を用いたり、或いは熱
処理歪の少ない焼入れ液を用いる等の方法により熱処理
歪の低減を図り、又は浸炭処理後に矯正を行なう等の方
法を採用しているが、いずれも多大の費用と労力を要す
る問題がある。特に、例えば、自動車産業に代表される
ように、省エネルギーを背景として、部品の軽量化が推
進されている最近においては、部品は小型化、薄肉化す
る傾向が強いが、このように部品を薄肉化した場合に、
上記の浸炭処理後の熱処理歪が大きくなるので、従来に
も増して熱処理歪の少ない浸炭用鋼が要望されるに至っ
ている。
一般に、鋼におりるC及びその他の合金元素の含有量を
増すとき、その焼入れ性が高まって、焼入れ時にマルテ
ンサイトやヘーナイト組織の生成量が多くなるために、
芯部硬さが増すと共に熱処理歪が増大する。本発明者ら
はかがる事実に鑑み、鋼におけるC、Mn及びその伯の
合金元素の含有量によって本発明によって規定される焼
入れ性パラメータ(以下、Dl と称することがある。
)が、上記各合金元素の含有量が所定範囲にあるときは
、その含有量の変動にもががわらず、熱処理歪挙動、特
に熱処理歪率とそのばらつきがDl により連続関数的
に規制されることを見出して、本発明に至ったものであ
る。
本発明による第1の熱処理歪の少ない浸炭用鋼は、C0
,22〜0.28重量%、S i 0.50重量%以下
及びMn0.30〜1.5重量%を含有すると共に、A
fO,o 20−0.06 ON量%、N b O,0
05〜0.050 MM%及びT i 0.005〜0
.050重量%(以下、第1選択元素群と称することが
ある。)から選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、
残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、上記元素に
よって次式で規定される焼入れ性パラメータ D1=25.4X  (1,3%C+0.1 )  X
  (2,1%Mn+0.6 )  X  (1,4%
Cr+0.7 )  x  (2,5%NO+ 1.0
 )(但し、%元素はその元素の重量%を示す。)が3
5〜45(un)の範囲にあることを特徴とする。
通常、浸炭用鋼においては、芯部強度や靭性を考慮して
、C量は0.12′〜0.25重量%であるが、一般に
Cは焼入れ性を介して熱処理歪に関与するばかりではな
く、マルテンサイトやヘーナイト等の中間組織の結晶格
子定数を変化させるため、他の合金元素に比べて熱処理
歪に与える影響が大きい。本発明者らの実験によれば、
C量が増せば歪量は低減するが、歪のばらつきが大きく
なるため、歪が低位で安定するためには、0.22〜0
.28重量%の範囲にあることを要する。
Siは溶製時の脱酸元素として0.05重量%以上が必
要であるが、余りに多量に含有するときは、冷間鍛造等
の加工性が低下するので、0.50重量%を上限とする
Mnも脱酸脱硫元素として、また、焼入れ性を増大させ
て、芯部強度を向上させるために0.30重量%以上を
含有する必要があるが、余りに多量に含有するときは、
芯部強度が高くなりすぎると共に、後述する本発明によ
る焼入れ性パラメータDを過度に大きくして歪量を大き
くするので、1゜50重量%を上限とする。
Aβは一般に浸炭加熱時のオーステナイト結晶粒の成長
を抑制する効果をもつが、0.020重量%未満ではこ
の効果が殆ど発現されず、一方、0゜060M量%を越
えて多量に含有させても、上記効果が飽和し、また、却
って転勤疲労性を劣化させるアルミナ系介在物量も増す
ので、0.060重量%を上限とする。
Nb及びTiもAffと同様にいずれも浸炭加熱時のオ
ーステナイト結晶粒の成長を抑制する効果をもつが、こ
の効果か有効に発現されるためには、いずれの元素につ
いても0.005重量%以上含有させることを要する。
しかし、0.05重量%を越えて多量に含有させても上
記効果が飽和する。
以上のように、C,Sl及びMnに加えて、上記第1選
択元素群の少なくとも1種を含有する浸炭用鋼は、更に
、これら合金元素の鋼における含有量によって次式で規
定される焼入れ性パラメータ D  =25.4X  (13%C+0.1 )  X
  (2,1%Mn+0.6 )X  (14%(:r
+0.7 )  X  (2,5%Mo+ 1.0 )
(但し、%元素はその元素の重量%を示す。以下、同じ
。) が35〜45龍の範囲にあることを要する。
即ち、本発明者らの広範な実験による結果、上記合金元
素の含有量が上記所定範囲にあるとき、その含有量の変
動にかかわらず、歪量と歪のばらつきがDl に対して
連続関数的に変化し、痔が35〜45mtNの範囲にあ
るとき、歪を低位に安定させることができる。D が3
5mmよりも小さいと■ きは、歪量は少なくなるが、そのばらつきが太きくなり
、一方、D□が45龍よりも大きいときは、歪のばらつ
きは小さくなるが、歪量が大きくなる。
本発明による第2の浸炭用鋼は、CO,22〜0゜28
重量%、Si0.50重量%以下及びM n O,30
〜1.5M量%を含有すると共に、Al1.020〜0
.060重量%、Nb0.005〜0.050重量%及
びT i O,005〜0.050重量%がら選ばれる
少なくとも1種の元素と、Cr O,30〜1.50E
N%以下及びMo0.05〜0.50重量%(以下、第
2選択元素群と称することがある。)から選はれる少な
くとも1種の元素とを含有し、残部鉄及び不可避的不純
物よりなり、且つ、前記焼入れ性パラメータD□が35
〜45(+n)の範囲にあることを特徴とする。
即ち、この浸炭用鋼は、既に説明した合金元素以外に更
に上記の第2選択元素群の少なくとも1種の所定量を含
有する。
Crは鋼の焼入れ性を向上させる合金元素であって、0
.30重量%以上を含有させるときにその効果が有効に
発現されるが、余りに多量に含有させるときは、芯部硬
さが高くなりすぎたり、また、表面に異常組織か生じた
りするので、その上限は1.50ffi量%とする。
Moも焼入れ性を向上させる合金元素であり、0.05
重量%以上を含有させるときにその効果か有効に発現さ
れるが、本発明においては主として経済性の面から、そ
の上限は0.50重量%とする。
本発明による第2の浸炭用鋼においても、前記D が3
5〜45龍の範囲にあることを要する。
その理由は、第1の浸炭用鋼について説明したと同しで
ある。
本発明による第3の浸炭用鋼は、C0,22〜0゜28
重量%、SiO,5OJii量%以下及びM n 0.
30〜1.5重量%を含有すると共に、Al1.020
〜0.060重量%、N b 0.005〜0.050
重量%及びTiO,005〜0.050重量%から選ば
れる少なくとも1種の元素と、30.03〜0.40重
量%、Pb0.05−0.35重量%及びZ r O,
05〜0.20重量%(以下、第3選択元素群と称する
ことがある。)から選ばれる少なくとも1種の元素とを
含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、前
記焼入れ性パラメータD1が35〜45(m11)の範
囲にあることを特徴とする。
この第3の浸炭用鋼は、既に説明した第1選択元素群の
少なくとも1種に加えて、第3選択元素群の少なくとも
1種を含有する。これらs、pb及びZrはいずれも被
剛性を向上させる合金元素であるか、その効果が有効に
認められるのは、Sについては0.03重量%以上、p
 b ニツイテハ0゜05重量%以上、また、7.rに
ついては0.05重量%以上である。しかし、余りに多
量に含有させるときは、鋼の強度特性を劣化させ、また
、被削性についても飽和現象が認められるので、その上
限をS O,4,0重量%、P b 0.35重量%、
Z r 0゜20重量%とする。
この浸炭用鋼も、上記各合金元素の含有量によって規定
される前記D□が35〜45nmの範囲にあることを要
する。その理由は既に説明したのと間しである。
本発明による第4の浸炭用鋼は、C0,22〜0゜28
重量%、Si0.50重量%以下及びM n 0.30
〜1.5重量%を含有すると共に、A11.020〜0
.060ff量%、N b 0.005〜0.050重
量%及びT i O,OO5〜0.050重量%から選
ばれる少なくとも1種の元素と、Cr 0.30〜1.
50重量%以下及びM o 0.05〜0.50重量%
から選ばれる少なくとも1種の元素と、30.03〜0
.40重量%、PbO,05〜0.35重量%及びZ 
r 0゜05〜0.20重量%から選ばれる少なくとも
1種の元素とをを含有し、残部鉄及び不可避的不純物よ
りなり、且つ、前記焼入れ性パラメータD1が35〜4
5(n)の範囲にあることを特徴とする。
各合金元素の含有量範囲は既に説明したとおりであり、
また、これら合金元素によって規定されるDlについて
も既に説明した通りである。
以上のように、本発明の浸炭用鋼は、特定の合金元素を
特定の範囲で含有すると共に、これら合金元素の含有量
によって規定される前記焼入れ性パラメータD□を所定
の範囲とすることによって、熱処理後の歪を低位に安定
させることができる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。
実施例1 第1表に示すように、本発明による化学成分と焼入れ性
パラメータD工とを有する種々の鋼材を高周波炉にて/
8製し、この鋼材を1150 ’Cに加熱して熱間鍛造
し、直径80mmの丸棒に加工し、これを925°Cで
2時間加熱した後、空気中で放冷する焼ならし処理をし
、次に、第1図に示すように、高さ25鶴、内径58m
、、最少外径62n、最大外径71■であって、胴部中
央部に幅71、深さ4.51の環状溝ををする薄肉円筒
型の全試験片に加工した後、925°Cで3時間加熱し
て浸炭、油焼入れ(油温40/60’c、H値0.50
 in−’)を施した。この試験片について、浸炭焼入
れ処理前後の図示した内径の変化から歪量を測定し、ま
た、そのばらつきを標準偏差で求めた。結果を第1表及
び第2図に示す。第2図より歪量及びそのばらつきがD
工に対して連続関数的に変化し、財が35〜451mの
範囲にあるときに歪を低位に安定させることができるこ
とが明らかである。
実施例2 SCr420を素材鋼として、本発明による鋼材と、比
較鋼、即ち、D□は本発明の範囲内にあるが、合金元素
含有量が本発明の範囲外にある鋼材及びDlが本発明の
範囲外であるが、合金元素含有量が本発明の範囲内にあ
る鋼材とを実施例1と同様にして溶製した。これら鋼材
の化学成分及びDlを第2表に示す。
これら鋼材を用いて実施例1と同様にして試験片を加工
し、同様にして浸炭焼入れ(油温度110/130°C
,H値0.20 in−’)による熱処理歪の挙動を調
べた。結果を第2表に示す。
本発明の浸炭用鋼によれば、歪が低位に安定しているこ
とが明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は浸炭焼入れによる熱処理歪の挙動を調べるため
に本発明において用いた試験用円筒を示ず断面図、第2
図は本発明による焼入れ性ノくラメータD と熱処理歪
との関係を示すグラフである。 236−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11C0,22〜0.28 Jtit%、SiQ、5
    0!iTh;以下及びMn0.30〜1.5.ili量
    %を含有すると共に、A60.020−0.060ii
    量%、Nbo、o。 5〜0.050 mtE9A及びT i 0.005〜
    0.050重量%から選ばれる少な(とも1種の元素を
    含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、上
    記元素によって次式で規定される焼入れ性パラメータ D1=25.、IX  (1,3%C+0.1 )  
    X  (2,1%Mn+0.6 )  X  (1,4
    %Cr+0.7 )  X  (2,5%門o+ 1.
    0 )(但し、%元素はその元素の重量%を示ず。)が
    35〜45(+u+)の範囲にあることを特徴とする熱
    処理歪の少ない浸炭用鋼。 f21  C0,22〜0.28 mm%、S i 0
    .50 Mfik %以下及びM n 0.30〜1.
    5重量%を含をすると共に、A e 0.020−0.
    06011fit%、Nb0.005〜0.050重量
    %及びTiO,005〜0.050M量%から選ばれる
    少な(とも1種の元素と、Cr0130〜1.50重量
    %以下及びM O0,05〜0.50重量%から選ばれ
    る少なくとも1種の元素とを含有し、残部鉄及び不可避
    的不純物よりなり、且つ、上記元素によって次式で規定
    される焼入れ性パラメータ D1=25.4X (1,3%G+0.1 )  X 
     (2,1%Mn+0.6 )X (1,4%叶+0.
    7 )X (2,5%Mo+ 1.0 )(但し、%元
    素はその元素の重量%を示ず。)が35〜45(1m)
    の範囲にあることを特徴とする熱処理歪の少ない浸炭用
    鋼。 +31  C0,22〜0.28重量%、S i 0.
    50重量%以下及びMnO,30〜1.5重量%を含有
    すると共に、Affo、020〜0.060重量%、N
     b 0.005〜0.050重量%及びT i O,
    005〜0.050重量%から選ばれる少なくとも1種
    の元素と、So、03〜0.40fif%、P b 0
    .05〜0.35M量%及びZ r O,05〜0.2
    0重量%から選ばれる少なくとも1種の元素とを含有し
    、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、上記元素
    によって次式で規定される焼入れ性パラメータ DJ、 〜25.4X (1,3%C+O,1,) X
     (2,1%Mn+0.6 ) ×(、1,4%Cr+
    0.7 ) X (2,5%Mo+ 1.0 )(但し
    、%元素はその元素の重量%を示す。)が35〜45(
    mal)の範囲にあることを特徴とする熱処理歪の少な
    い浸炭用鋼。 +4)  C0,22〜0.28重量%、S i O,
    50重量%以下及びM n 0.30〜1.5重量%を
    含有すると共に、A If 0.020〜0.060重
    量%、N b O,005〜0.050重量%及びT 
    i 0.005〜0.050重量%から選ばれる少な(
    とも1種の元素と、CrO,30〜1.50MM%以下
    及びMo0.05〜0.50重量%から選ばれる少なく
    とも1種の元素と、30.03〜0.40重量%、P 
    b O,05〜0.35重量%及びZ r 0.05〜
    0.20重量%から選ばれる少な(とも1種の元素とを
    を含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、
    上記元素によって次式で規定される焼入れ性パラメータ
    D −r 〜25.4 ×(1−3%C+0.1 )X
     (2,1%Mn+0.6 )  X  (1,4%C
    r+0.7 )  X  (2,5%Mo+ 1.0 
    )(但し、%元素はその元素の重量%を示す。)が35
    〜45(i+m)の範囲にあることを特徴とする熱処理
    歪の少ない浸炭用鋼。
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