JPS59179759A

JPS59179759A - 軟窒化鋼

Info

Publication number: JPS59179759A
Application number: JP5385883A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Takada; 高田　勝典; Kenji Isogawa; 礒川　憲二
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-10-12

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】この発明は、時効硬化性の優れた軟窒化鋼に関するもの
である。

例えば、ラック２ギヤ、紡織機用リンダなどの構造部品
においては、表面の耐摩耗性や疲労強度などが十分良好
であることが要求されるため、浸炭処理や高周波焼入れ
等の表面硬化処理を施すのが普通である。しかし、この
ような表面硬化処理では熱処理歪が大きいため、寸法精
度が低下するおそれがあるという問題を有しており、製
品の歩留りを上げるために矯正作業を行う場合にはその
コストは無視できないものであるという問題を有してい
た。

そこで、このような熱処理歪の発生を防ぐために、変態
点以下で行う表面硬化処理として軟窒化処理が見直され
るようになってきている。しかしながら、この軟窒化処
理は熱処理歪は小さいものの低温処理であるために十分
な硬化層深さを得ることができず、高強度を必要とする
部品への適用には限界があるという問題点を有していた
。

そこで、部品の強度を確保するために、成分調整などの
非調質手段によって当該成分の強度が得られるようにし
、この部品に対して軟窒化処理を施すことにより、心部
強度が大でかつ表面の硬さが犬である部品を得ることが
可能であるが、この場合には軟窒化処理前の部品の加工
段階において、切削加工性や、ε構造等の塑性加工性が
あまり良好でなく、寸法精度が低下したり、工具や金型
寿命が短くなったりするという問題を有していた。

この発明は、このような従来の問題点を解消するために
なされたもので、軟窒化処理前の状態においては硬さが
低く、切削加工性や鍛造等の塑性加工性が良好であり、
軟窒化処理後の状態においては表面硬化層が形成されて
いると共に軟窒化処理時に時効硬化を生じて高強度とな
っている構造部品を得ることができる時効硬化性の優れ
た軟窒化鋼を提供することを目的としている。

この発明による軟窒化鋼は、重量％で、Ｃ：０．０５〜
０．２５％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ＋２％以下、Ｃ
ｒ：０．３〜３％、Ａ文＝０．０２〜０．５％、Ｖ　：
　Ｖ／Ｃ≧０．２％、オヨび必要ニ応じて、Ｎｂ＋Ｔａ
：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０．３〜１．５％、ＭＯ
＝０．０５〜０．５％、Ｃｕ：０．５−１．５％、Ｐｂ
：０．０１〜０．３％、Ｓ：０．０３〜０．２％、Ｃａ
：０．０００５〜０．００５％、Ｚｒ：０．０１−０．
４％、Ｔｉ：０．０１〜０．４％、Ｗ：　Ｏ、１〜ｌ　
、’５％、Ｃｏ：０．３〜１．５％、Ｎ：Ｏ，Ｏｌ　〜
０．０３％等を適宜含有し、残部Ｆｅおよび不純物より
なることを特徴とし、さらに必要に応じて、不純物中の
（０）５０．００２０％、（ｓ）≦ｏ、ｏｉｏ％、Ｐ≦
０．０２％に規制したことを特徴としている。

以下、この発明の時効硬化性に優れた軟窒化鋼の成分範
囲（重量％）の限定理由について説明する。

Ｃは、構造用部品あるいは製品として必要な強度を確保
するために添加する元素であるが、０．０５％未満では
上記強度の確保が困難であるので０．０５％以上とする
必要がある。このＣは、冷却中にＶの析出を促進する元
素であるが、Ｖ／Ｃ≧０，２を満足する範囲内でかつ０
．２５％以下であれば、冷却中にほとんど析出せず、軟
窒化処理時の時効硬化を有効に行わせることができる。

しかし、多すぎると硬さが増大し、軟窒化処理前の加工
性が低下し、部品製作時の切削加工や鍛造加工等の加工
性が悪くなり、加工精度の低下や工具および金型寿命の
低下などをもたらすとともに、軟窒化性が劣化するので
、０．２５％以下とする必要がある。

Ｓｉは、製鋼時に脱酸剤として作用すると共に、基地の
強度を高めるのに有効な元素であるが、多すぎるとかえ
って靭性を劣化し、軟窒化処理前の加工性を低下するの
で、１．５％以下とする必要がある。

Ｍｎは、製鋼時に脱酸および脱硫剤として作用し、鋼中
における介在物の形態をコントロールするのに有効であ
ると共に、鋼の焼入れ性を向上して強度の改善をはかる
のに有効な元素であるが。

多すぎると冷間加工性を害するので、２％以下とする必
要がある。

Ｃｒは、鋼の軟窒化性を向上してその表面硬さおよび強
度を向上するのに有効な元素であり、このような効果を
得るためには、０．３％以」二含有させることが必要で
ある。しかし、多すぎるとかえって靭性を劣化し、また
軟窒化処理前の加工性を悪化するので、３％以下とする
必要がある。

Ａ文は、結晶粒度を制御し、軟窒化性を高めるのに有効
な元素であって、そのためには０．０２％以上含有させ
ることが必要である。しかし、多すぎると靭性および加
工性を劣化させるので０．５％以下とする必要がある。

■は、軟窒化処理時に十分な時効硬化を生じて部品の心
部強度を高めるのに有効な元素であり、そのためにはＶ
（％）／Ｃ（％）≧０．２の関係を満たすように添加す
る必要がある。しかし、多すぎると靭性を劣化するので
、０．５％以下とすることがより望ましい。

Ｎｂ、Ｔａは、軟窒化処理時に十分な時効硬化を生じて
部品の心部強度を高めるのに有効な元素であり、添加す
る場合にはＮｂ＋Ｔａでｏ、ｏｉ％以上とすることが必
要である。しかし、多すぎるとかえって靭性を劣化する
ので、Ｎｂ＋Ｔａで０．５％以下とする必要がある。

Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗは、いずれも鋼の基地を強
化して強度の向上をはかるのに有効な元素であるので、
これらの１種または２種以上を添加することもできる。

この場合、このような効果を得るためには、Ｎｉは０．
３％以上、ＭＯは０．０５％以上、Ｃｕは０．５％以上
、Ｃｏは０．３％以上、ｗ＋ｔ、ｏ、ｔ％以上添加する
のが良い。しかし、Ｎｉが１．５％を超えると軟窒化性
が著しく劣化するので好ましくなく、Ｍｏが０．５％を
超えると靭性が劣化するので好ましくなく、Ｃｕが１．
５％を超えると熱間加工性が劣化するので好ましくなく
、ＣＯが１．５％を超えると軟窒化性が劣化するので好
ましくなく、Ｗが１．５％を超えると靭性が劣化するの
で好ましくない。

ｐｂ、ｓは、いずれも鋼の被剛性を向上させるのに有効
な元素であるので、これらの１種または２種を適宜添加
することもできる。この場合、このような効果を得るた
めには、Ｐはｏ、ｏｉ％以上、Ｓは０．０３％以」二添
加するのが良い。しかし、Ｐｂが０．３％を超えると熱
間加工性が劣化するので好ましくなく、Ｓが０．２％を
超えると熱間加工性が劣化するので好ましくない。

Ｃａ、Ｚｒは、いずれも介在物の形態を制御して被削性
の向上をはかるのに有効な元素であるので、これらの１
種または２種を適宜添加することもできる。この場合、
このような効果を得るためには、Ｃａは０．０００５％
以」二、Ｚｒは０．０１％以上とするのが良い。しかし
、Ｃａが０．００５％を超えるとその効果は飽和するの
で意味がなく、Ｚｒが０．４％を超えると靭性が劣化す
るので好ましくない。

Ｔｉは、軟窒化性を向上させて部品の強度を高めるのに
有効な元素であり、添加する場合には０．０１％以上と
することが必要である。しかし、多すぎるとかえって靭
性を劣化するので、０．５％以下とする必要がある。

Ｎは、組織を微細にするのに有効な元素であるが、０．
０３％を超えるとブローホールが発生しやすくなり、健
全な鋼材が得られなくなるおそれがある。

Ｏは、鋼中の介在物量を増大し、疲労強度を低下させる
原因ともなるので、０．００２０％以下に規制すること
がより望ましい。

Ｓは、鋼中の介在物量を増加し、その被削性は向上する
ものの、塑性加工性を劣化するので、必δ 要に応じてｏ、ｏｉｏ以下に規制することがより望まし
い。

そして、このような化学成分の鋼を溶製したのち鋳片ま
たは鋼塊を製造し、その後分塊圧延、製品圧延あるいは
鍛造等を行うが、この軟窒化処理前の圧延あるいは鍛造
等の熱間加工後においては、８００〜５００°Ｃの間に
おける平均冷却速度を３００℃／ｍｉｎ以下に制御する
ことがより望ましい。これは、変態温度領域において平
均冷却速度を３００’Ｏ／ｍｉｎ以下に制御することに
よって、冷却中にベーナイト変態などを生じて硬さが増
大し、その後の切削加工や研削加工が困難になるのを防
ぐようにするためである。

また、その後の軟窒化処理に際しては、加熱温度を５５
０〜６５０°Ｃとし、加熱時間を３０分以上とすること
がより望ましい。この理由は、軟窒化処理時に時効硬化
を十分に生じさせ、部材の心部強度を高めることができ
るようにするためである。

以下、この発明の実施例を比較例とともに説明する。

まず、第１表に示す化学成分の鋼を２　ｔｏｎ電気炉に
より溶製したのち、分塊圧延および製品圧延し、直径５
０ｍｍの圧延材を製造した。次いで、この圧延材を加熱
温度１１００°Ｃ９加熱時間３０分の条件で加熱したの
ち鍛造を開始し、直径３０ｍｍの鍛造材を得たのち、第
２表に示す冷却速度で冷却した。

次に、上記鍛造材を直径２０ｍｍに切削加工し、断面硬
さくＨＶ＋）の測定を行った。続いて、上記切削加工材
に対し、Ｎ　Ｈｓ　／　Ｒｘ　＝　１　／　１のガス雰
囲気中で同じく第２表に示す処理温度および処理時間ガ
ス軟窒化処理を行った。その後、得られた軟窒化処理品
の６部硬さくＨＶ２）および有効硬化層深さくｍｍ；Ｈ
ｖ５００が得られる表面からの距離）を調べた。なお、
硬さについては、硬さ増加量（ΔＨｖ＝＝Ｈｖ２−Ｈｖ
１）　で評価した。これらの結果を同じく第２表に示す
。

／第　　　２　　　表第１表および第２表に示すように、■含有量か少なすぎ
るＮＯ６１、Ｃ含有量が少なすぎるＮ００５およびＣ含
有量が多すぎるＮｏ、　８ではいずれも硬さの増加量が
少ないことが明らかである。このＮ０１８では、Ｃ含有
量が多いので、軟窒化処理後の６部硬さは大きいが、軟
窒化処理前の硬さも大きいので鍛造や切削加工が良好に
行いがたい。これに対して、この発明の成分範囲を満足
するＮｏ。

２．３，４，６．７ではいずれも軟窒化処理前後の硬さ
の増加量が大きく、軟窒化処理前の加工性および軟窒化
処理後の強度に優れていることが明らかである。

また、同一化学成分であっても熱間加工後の冷却速度が
大きすぎるＮｏ、　３−２　、Ｎｏ、　４−２の場合に
は軟窒化処理前の硬さが大きいため、加工性が良くない
と同時に、軟窒化処理による硬さの増加量が小さいので
、熱間加工後の冷却速度はある程度遅い方がより望まし
いことも明らかとなった。さらに、軟窒化処理温度が低
すぎるＮｏ。

３−３　、　Ｎｏ、　４−３の場合、あるいは高すぎる
Ｎｏ、　３−４　、Ｎｏ、　４−４の場合、さらには処
理時間が短すぎるＮｏ、４−５の場合にはいずれも十分
な軟窒化処理を行いがたいので、適切な処理温度および
時間を採用することがより望ましいことも明らかとなっ
た。

以上説明してきたように、この発明による軟窒化鋼は、
重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｉ：１．５％
以下、Ｍｎ＋２％以下、Ｃｒ二０．３〜３％、Ａ文：０
．０２〜０．５％、■：Ｖ／Ｃ≧０．２％、必要に応じ
て、Ｎｂ十Ｔａ：０．０１〜０．５％その他適宜の合金
成分を含み、残部Ｆｅおよび不純物からなるものである
から、軟窒化処理前における硬さが低く、切削加工性や
鍛造等の塑性加工性が良好であり、部材の寸法精度を高
めることが可能であると共に、軟窒化処理後においては
十分良好な軟窒化表面硬化層が形成されていると同時に
軟窒化処理時に時効硬化を生じて硬さが増大して高強度
となっており、このような軟窒化鋼を素材として用いる
ことによって、高品質でかつ高強度の自動車および航空
機等のギヤ、ロッド、ミッション部品、あるいは紡織機
用リングなどを得ることができるという著大なる効果を
有している。

特許出願人　　大同特殊鋼株式会社代理人弁理士　小　　塙　　豊

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％で、Ｃ＋０．０５〜０．２５％、Ｓｉ　：
１．５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ二０．３〜３％、
／ｌ　＋　０　、０２〜０　、５％、Ｖ：Ｖ／Ｃ≧０．
２％、残部Ｆｅおよび不純物よりなることを特徴とする
時効硬化性の優れた軟窒化鋼。
（２）重量％で、Ｃ：０．０５〜０．２５％、Ｓｆ：１
．５％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ：０．３〜３％、Ａ
ｎ：０．０２〜０．５％、Ｖ：Ｖ／Ｃ≧０，２％、Ｎｂ
＋Ｔａ　：　０　、０１〜０．５％、残部Ｆｅおよび不
純物よりなることを特徴とする時効硬化性の優れた軟窒
化鋼。