JPS6024351A

JPS6024351A - 浸炭用鋼

Info

Publication number: JPS6024351A
Application number: JP12039084A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yamamoto; 俊郎山本; Kenichi Kumagai; 憲一熊谷; Shigehiro Wakikado; 脇門　恵洋
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1985-02-07
Also published as: JPS6332858B2

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】本発明は歯車、ころがり軸受等に用いられる浸炭用鋼に
関するものである。一般に浸炭用鋼ば０．１２〜０．２
５％の炭素量を含有する低合金鋼を浸炭処理−焼入焼戻
処理を施すことによりその表面の耐摩耗性を向上させ、
かつ内部靭性も優れていることから軸受、歯車等に広（
使用されている。

ところで従来の浸炭用鋼は浸炭処理に６〜１０時間と長
時間を要しているため、省エネルギーの立場から浸炭時
間を短縮する試みが検討されている。

その一つは、浸炭温度を従来の９００〜９３０°Ｃから
９５０〜１０００℃に上げる高温浸炭法である。しかし
、この方法は浸炭炉の耐久性の低下、浸炭材のオースナ
イト結晶粒度の粗大化を招く等の問題かある。

このため、本発明者等の先に特願昭４８−２６７０２号
として浸炭温度を従来のままで浸炭時間を短縮し得る転
勤接触体用浸炭用鋼を提案した。この６１１１の組成は
、重量比にしてＣＯ，３６〜０．５０％、Ｓｉ　０．５
０〜２．００％、Ｍｎ　Ｏ，５０〜１．７０％、Ｃｒ　
Ｏ，５０〜１．５０％を含有して残部Ｆｅならびに若干
の不純物元素からなる浸炭用鋼で、従来の浸炭用鋼に比
較してＣ１１ｌか高いので浸炭時間を大幅に短縮でき、
かつ（■れた強度と疲労寿命を有していることが確認さ
れている。しかしながら、前記先願浸炭用鋼（以下車に
先願鋼という）は、小物の歯車、軸受等において従来鋼
と比較して浸炭焼入後の内部硬さが高くなること、熱処
理歪が大きいことおよび被削性が劣るという欠点を有し
ている。

本発明は従来の浸炭用鋼の浸炭時間を短縮するとともに
前記先願鋼の欠点を解消する鋼を提供しようとするもの
である。

以下に本発明鋼について詳述する。

第１発明鋼は重量比にしてＣＯ，２６〜０．３３％、５
ｉＯ０５０〜１．５０％、Ｍｎ　Ｏ，５０〜１．５０％
、Ｃｒ　Ｏ，５０〜１．５０％、　八ｌ　Ｏ，０２０〜
０．０５０　％、　ＯＯ，００２５％以下を含有し、さ
らにＮｂ、Ｖ、　Ｔｉのうち１種ないし２種以上をそれ
ぞれ０．２５％以下含有させ、浸炭時間の短縮を図ると
ともに浸炭材の内部硬さを下げ、かつ熱処理歪を軽減さ
せ、また同時に被削化を改善し、さらに結晶粒を微細課
し初生を改善したもので、第２発明鋼は第１発明鋼にＭ
ｏ　０．０５〜０．３０％含有し第１発明鋼の浸炭層の
焼人生を高めるとともに硬さを確保したものである。

つぎに本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃ量０．２６〜０．３３％Ｃは浸炭時間を大きく左右する元素であり、０．２６％
以下では浸炭時間短縮の効果が小さいので下限を０．２
６％とした。一方Ｃ量が多くなり過ぎると浸炭材の内部
硬さが高くなるとともに熱処理歪が大きくなるので上限
を０．３３％とした。

Ｓｉ量　０．５０〜１．５０％Ｓｉは焼入マルテンザイト組織を緻密にし、浸炭材の強
靭性、１」ｉ撃疲労寿命を向上させる。この効果はＳｉ
Ｎが０，５０％以上において認められるため下限を０．
５０％とした。しかし、Ｓｉ量が１．５０％以上になる
と機械加工性が劣化するので上限を１．５０％とした。

Ｍｎｓ　Ｃｒ量ともに０．５０〜１．５０％ＭｎとＣｒ
ばともに焼入性を向上させ、浸炭材の内部硬さを確保す
る上で欠くことのできない元素である。浸炭用鋼として
必要な焼入性を得るにはＭｎ、Ｃｒともに０．５０％以
上含有させる必要がある。しかしＭｎ、　Ｃｒはともに
含有量が増加すると浸炭材の内部硬さが高くなり過ぎる
ので上限をそれぞれ１．５０％とした。

＾ｌ量　０．０２０〜０　、０５０％ ■は浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化防止に効果
のある元素であり、０．０２０％以上含有させる必要が
ある。しかし、０．０５０％以上ではその効果がかえっ
て小さくなるので上限を０．０５０％とした。

０量　０．００２５％以下０ば八１やＳｉと硬い参加物を形成し、被削性を低下さ
せる。本発明鋼はＳｔを積極添加することを大きな特徴
としているが、Ｓｉは地鉄を強化させると同時に前述の
硬い酸化物を形成し工具摩耗を助長する。このためＯｉ
をできるだけ低下させることが好ましく上限を０．００
２５％とした。

Ｍｏ量　０．０５〜０．３０％Ｍｏは浸炭層の焼入性を向上させ、浸炭層の硬さを確保
するために効果のある元素であり、０．０５％以上含有
させる必要がある。しかし０．３０％以上になると内部
硬さが高くなりすぎるため上１（１ｉ！を０．３０％と
した。

Ｎｂ、　Ｖ、　Ｔｉ１ｉともニ０．２５％以下Ｎｂ、　
Ｖ、　Ｔｉはともに結晶粒を微細化し靭性の改善に効果
のある元素である。本発明鋼Ｇこおし１てむよ内部靭性
を一段と向上させるものである力（、しめ・し多（添加
しても効果の向上が少なむ）のでそれぞれ０．２５％以
下とした。

つぎに本発明Ｃ１７１の’ｍ徴を従来鋼、先願鋼、ａ　
ＩＲｆｉｔ／Ｊと比べ実施例でもって明らかＧこする。

第１表におい°ζＡ−１釦１は現用の浸炭層ｔｌｔｌ　
ＳＣｒ’２２に相当する鋼で、八−５鋼は先願鋼で、Ａ
２−Ａ４６１ｉｉ、Ｂ、ｃ、Ｆ鉗１は比中■イ１、　Ｃ
，Ｇ、１１　Ｌ−１）　各１１°１番Ｊ、第１発明ξ１
４、Ｄ、Ｊ、Ｋ、Ｑ〜′１゛６．１■Ｊ、第２発［Ｊｌ
　Ｇｌｉ’ｊ炭素ボテンシ中ル０．９５％、浸炭温度９
２０℃という現用の浸炭処理条件のもとで、浸炭処理時
間は第１表に見られるようにε１４中のＣｆｆ１により
大きく左右されＡ−１鋼はＣ量が０．１８％と最も低い
ので浸炭時間は７時間、ｎ〜八へ鋼、Ｂ〜′Ｆ鋼はＣ量
が０．２６〜０．３３％と高いので、５〜３時間、Δ−
５鋼はＣ量が０．３９％と最も高いので１．５時間と６
１４中のＣ量の増加とともに浸炭処理時間は短くなって
いる。

ついで前記処理条件で浸炭を施したへ１〜八５ε１４、
Ｂ〜Ｔ鋼を８６０℃で３０分保持し、ついで油中に直接
焼入れし、しかる後に１６０℃で９０分間焼もどしを行
った場合の浸炭深さと内部硬さを第２表に示す。

なお、この試験に用いた試験片は直径１５ｍｍφ、長さ
５０ｍｍの丸棒である。

また、浸炭深さとしてはＣ量が０．４５％になる表面か
らの距離である。

第２表第２表から明らかなように、０．９５ｍｍ程度の浸炭深
ざを得るに本発明鋼は従来鋼である＾−１１１が７時間
浸炭して得られる浸炭深さをいずれも３〜５時間という
短い浸炭処理時間で得られること力く知られる。

なお、先願鋼＾−５は同−浸炭深さを得るに必要な浸炭
処理時間が１．５時間と本発明鋼よりさらに短縮される
が、内部硬さがｌ１ｑＣ５５と高くなり過き゛るという
欠点が顕著に示されている。

また、前述の浸炭処理を施し、ついで焼入、焼もとじを
行ったＡ−１〜Ａ−５、Ｂ〜′ｌ′鋼の熱処理歪測定１
図に示す。

熱処理歪測定に際しては第２図に示すＣタイプの全試験
片を用い、歪取り焼鈍を行った後、前述の浸炭処理−焼
入、焼もどし処理を行い、歪取り焼鈍後の試験片頂部の
間隙（２ｍｍで加工）が浸炭処理−焼入、焼もどし後ど
れだけ変化するかをｉＪｉ、１べた。

第１図から知られるように、熱処理歪は鋼中のＣ量の増
加とともに大き（なるが、本発明鋼であるＣ、Ｄ、Ｊ−
Ｔ鋼はいずれも従来鋼／ｌ−１と比較するとやや大きく
なる程度で先願鋼へ−５と比べると大幅に改善されてい
ることかわかる。

つぎに第３図は第３表に示す組成からなる鋼について、
Ｓｉ量を変化させた場合、工具寿命にどのような影響を
及ばずかを調べたものである。工具寿命試験に際しては
１１−１〜トロ鋼に焼鈍処理を施し、工具としては高速
度鋼工具ＪＩＳｉ２−３型Ｓｌ（＋１４種を用い、切込
み深さ１ｍｍ、送り　０．２ｍｍ／ｒｅｖで旋削し、工
具寿命の判定は完全錬磨として実施し′（いる。

第３表第３図に見られるように工具寿命が２０分に相当する切
削速度（２０分寿命切削速度）はＳｉ量の増加とともに
低下し、Ｓｉ量が１．５０％を越えると工具寿命の低下
が顕著に示されている。

また、第４図は第３表に示した鋼についてＳｉ量の変化
により繰り返し７１１Ｍ疲労寿命がとのように影響され
るかを６１ｍべたものである。繰り返し仔ｊ撃疲労試験
に際しては、松村式繰り返し衝撃疲労試験機を用い、試
験片としては第５図に示す形状の試験片を用い第４表に
示す浸炭処理条件により浸炭処理し、ついて８６０℃で
３０分保持後、油中に直接焼入れし、しかる後に１６０
℃で９０分焼もとじを行い松村式繰り返し衝撃疲労試験
を実施した。

なお、衝撃疲労試験における打撃エネルギーは３０ｋｇ
／ｃＩ＋！である。

第４表繰り返し衝撃疲労試験の結果は第４図に見られるように
Ｓｉ量の増加とともに衝撃疲労寿命は向上しＳｉ量０．
５０％において実用に供せるに十分な値が得られている
。

以上の如く本発明鋼においてＳｉは工具寿命および繰り
返し衝撃疲労寿命に大きな影響を与える元素でありその
含有量を０．５０〜１．５０％、好ましくは被耐性の点
から上限を１．１５％にすることが望ましい。

つぎに、前記処理を施した前記の八−１〜八−５鋼およ
びＢ−Ｔ鋼の曲げ破断強度と松村式繰り返しｉ）Ｉ撃疲
労試験を行った結果を第５表に示す。

曲げ破断試験に際しては、試験片として８×８Ｘ　８０
ｍｍの角状試験片を用いその中央に５１の切欠きを形成
し、支点間距離５０ｎ＋ｍで二点支持し、一点何重方法
で試験した。疲労寿命試験に際しては松村式繰り返し衝
撃疲労試験機を用い、試験片とし′（第５図に示す形状
の試験片を用い打撃エネルギ３０ｋｇ　、　ｍ／　ｃｒ
ａ一定として折損までの繰り返し数をめ）こ。

第５表第５表から知られるように従来鋼Δ−１の曲げ休所強度
は８９０ｋｇであるのに対して本発明鋼Ｃ，ＤＪ−Ｔ鋼
いずれも１２９０〜１３８０に＋ｒと従来鋼に比べ１．
４〜１．７倍高く優れた強靭性を有していることがわか
る。また先願鋼ト５と比較しても遜色のないことがわか
る。また松材式繰り返しｆｆｆｉｊ撃疲労寿命について
も従来鋼Ａ−１が１．１Ｘ　１０　であるのに対して本
発明鋼Ｃ，Ｉ）、　Ｊ　−Ｔ鋼は　２．３Ｘ１０″〜２
．９Ｘ　１０’と約２倍となゲζおり、繰り返しｆＪｊ
撃疲労寿命についても優れていることがわかる。

以上説明のごとく本発明鋼は従来鋼に比較して浸炭処理
時間の大幅に短縮でき、かつ歯車やころがり軸受等の浸
炭部品に要求される適度な内部硬さを有し、熱処理歪が
小さく、さらに強度、疲労寿命においても優れ実用上極
めて有用な＆ｌｌＩである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼中のＣ量によるメ；ハ処理歪の変化をボした
線図、第２図は歪試験に用いた試験片の形状を示し、第
３図は工具寿命か２０分に相当する切削速度とＳｉ量と
の関係を示した線図、第４図は折損までの繰り返し数と
Ｓｉ量との関係を示した線図、第５図は松月式繰り返し
衝撃疲労試験片の形状をンドずものである。特許出願人Ｃ（勾第５図［＝＝＝コア＝コ５１　（〃〕：０）Ｉ　ｒｏ／６ノ

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比にしテＣＯ，２６〜０．３３％、Ｓｉ　Ｏ，
５０〜１．５０％、Ｍｎ　Ｏ，５０〜１．５０％、Ｃｒ
　Ｏ，５０〜１．５０％、ＡＩ　０．０２（１〜０．０
５０　％、ＯＯ，００２５％以下を合有し、さらにＮｂ
、　ＶＸＴｉのうち１種ないし２種以上をそれぞれ０．
２５％以下含有し残部Ｆｅならびに不純物元素からなる
ことを特徴とする浸炭用網。２、重量比にし７　Ｃ０，２６〜０．３３％、Ｓｊ　Ｏ
，５０〜１．５０％、Ｍｎ　Ｏ，５０〜１．５０％、Ｃ
ｒ　Ｏ，５０〜１．５０％、ＡＩ　０．０２０〜０．０
５０％、ＯＯ，００２５％以下を含有し′Ｃ１さらにＭ
ｏ０．０５〜０．３０％と、Ｎｂ、　Ｖ、　Ｔｉのうぢ
１種ないし２種以上をそれぞれ０．２５％以下含有し、
残部Ｆｅならびに不純物元素からなることを特徴とする
浸炭用鋼。