JPS60262942A - 浸炭用鋼 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は、とくに９５０℃以上の高温において浸炭処
理を施したときでも微細な結晶粒をもつ組織を安定して
得ることができ、強度および靭性の著しくすぐれた各種
構造用部品（あるいは製品）を提供することができる高
温浸炭用鋼に関するものである。

（従来技術） 例えば、自動車をはじめとする輸送用機械、その他産業
用機械、農業用機械等における動力伝達機構（パワート
レーン系）部分には、各種の歯車、軸受、シャフト等の
構造用部品が使用されている。これらの構造用部品は、
一般に機械構造用炭素鋼あるいは合金鋼を素材として成
形加工され、得られた成形部品に対してさらにガス浸炭
や浸炭窒化処理などの表面硬化処理を施すことにより製
品として完成されていた。

この場合、従来の表面硬化処理はいずれも９５０°Ｃ未
満の温度で行われており、所要の浸炭あるいは浸炭窒化
深さを得るためには長時間の処理を必要とし、上記の構
造用部品の生産性を阻害する要因の一つとなっていた。

そこで、このような状況を背景とし、短時間の浸炭処理
が可能である浸炭処理技術の一つとして真空浸炭処理法
が開発された。この真空浸炭処理法においては、通常の
場合・９５０℃以上の高温で実施されるのが一般的であ
る。

しかしながら、従来の機械構造用鋼例えばＪＩＳ規格５
ＣＲ４２０，５０Ｍ４２０を素材として成形された構造
用部品に上記した高温の真空浸炭処理を施すと、高温処
理であるために結晶粒が粗大化して大きな熱処理歪が発
生したり、部品強度が著しく低下したりするという問題
があった。そのため、上記部品を真空浸炭処理後いった
ん変態点以下の温度まで冷却し、再度オーステナイト化
温度まで加熱して焼入れするといういわゆる細粒化処理
を行う方法が一般に採用されている。しかし、この場合
には真空浸炭処理に冷却および再加熱処理が追加される
ために処理時間が増大し、従来のガス浸炭処理に比べて
当初期待されたほど処理時間の短縮がなされず、浸炭処
理性能に優れた真空浸炭処理法の普及にとって大きな阻
害要因となっていた。

一方、このような問題を解消するために、高温でオース
テナイトとフェライトの二相組織を有する鋼の開発など
も試みられているが、この場合６部の結晶粒微細化は達
成されるものの浸炭層の結晶粒微細化はいまだ十分でな
いという問題が残っていた。

（発明の目的） この発明は、上記したような従来の問題点に着目してな
されたもので、所定の形状に成形加工した部品に対し、
とくに９５０℃以上の高温において浸炭処理を施したと
きでも、従来のように浸炭層の結晶粒が粗大化せず１部
品の６部のみならず浸炭層においても結晶粒の微細化が
実現され、微細な結晶粒をもつ組織を安定して得ること
ができる高温浸炭用鋼を提供することを目的としている
。

（発明の構成） この発明による高温浸炭用鋼は、重量％で、Ｃ：０．０
３〜０．２％、Ｓｉ：１．Ｏ〜３．０％、Ｍｎ：０．２
〜２．０％、Ｔｉ：０．０３〜０．３％を基本成分とし
、必要に応じて、基地強化元素として、Ｎｉ：２．０％
以下、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下のうち
の１種または２種以上、結晶粒成長抑制元素として、Ａ
ｕ：０．１％以下、Ｎｂ＋Ｔａ（いずれか一方がＯであ
る場合を含む）：０．５％以下、Ｚｒ：０．１％以下、
Ｎ：０．０３％以下のうちの１種または２種以上、残部
実質的にＦｅからなり、とくに９５０℃以上における高
温浸炭処理後の浸炭層および６部の結晶粒が結晶粒度番
号で６番以上の整細粒であることを特徴としている。そ
して、さらに耐候性を向上させるために、Ｃｕ：５％以
下、被削性を向上させるために、Ｐｂ：０．４％以下、
Ｓ：０．４％以下、Ｔｅ＋Ｏ，１％以下。

Ｂｉ：０．４％以下、Ｓｅ　：０．４％以下、Ｃａ：０
．０１％以下のうちの１種または２種以上を含有させ、
結晶粒の粗大化を防止するためにＢ：０．０００５％以
下、疲れ強さおよび冷鍛性を向上させるために（０）：
０．００３０％以下および／またはＳ：０．０２％以下
に規制し、さらに必要に応じて浸炭性阻害元素であるＳ
ｎ、Ｓｂ。

Ａｓ等の含有量を規制することも好ましい。

次に、この発明による高温浸炭用鋼の成分範囲（！を量
％）の限定理由について説明する。

Ｃ：０．０３〜０．２％ Ｃは構造用部品として必要な強度ならびに浸炭処理後の
表面硬さを得るために含有させると同時に高温でオース
テナイト＋フェライトの二相組織を得ることによって結
晶粒の整細粒化をはかるのに含有させる元素であるが、
含有量が０．０３％よりも少ないと上記した必要な強度
および高温での二相組織を得ることができず、０．２％
を超えると靭性ならびに冷鍛性が劣化し、高温での二相
組織の確保が困難となるので、０．０３〜０．２％の範
囲とした。

Ｓｉ：１．０〜３．０％ Ｓｉは脱酸元素として有効であるほか、とくにこの発明
の高温浸炭用鋼においては高温でオーステナイト＋フェ
ライトの二相組織を確保して心部結晶粒の粗大化を防止
するのに有効な元素であっ、　て、このためには１．０
％以上含有させることが必要であるが、３．０％を超え
ると靭性ならびに冷鍛性を劣化させるので、１．０〜３
．０％の範囲とした。

Ｍｎ：０．２〜２．０％ Ｍｎは脱酸および脱硫元素として有効であると共に強度
を高めるのに有効な元素であるが、０．２％よりも少な
いと上記の脱酸、脱硫および強度向上の効果が得られず
、また浸炭処理後の表面硬さも十分なものが得られない
、一方、２．０％を超えると加工性ならびに被削性が劣
化するので、０．２〜２．０％の範囲とした。

Ｔｉ：０．０３〜０．３％ Ｔｉは高温での浸炭処理後に形成された表面浸炭層の結
晶粒の細粒化に有効な元素であって、このためには０．
０３％以上含有させる必要がある。そして、結晶粒の細
粒化に対してはＴｉ含有量が多い程良いが、多量に含有
させると靭性が劣化するので、上限を０．３％とした。

Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：２．０％以下。

Ｍ　ｏ　：　０　、５％以下のうちの１種または２種以
上 Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは鋼の焼入性をより一層向上させて基
地の強化をはかるのに有効な元素であるが、Ｎｉ含有量
が２．０％を超え、Ｃｒ含有量が２．０％を超え、ＭＯ
含有量が０．５％を超えると鋼の靭性が劣化するので、
鋼の焼入性をより一層向上させて基地の強化をはかる場
合には、Ｎｉ：２．０％以下、Ｃｒ：２．０％以下。

Ｍｏ：０．５％以下の範囲内でこれらの１種または２種
以上を含有させるのも良い。

ＡｆＬ：０．１％以下、Ｎｂ＋Ｔａ（いずれか一方がＯ
である場合も含む）：０．５％以下、Ｚｒ：０．１％以
下、Ｎ：０．０３％以下のうちの１種または２種以上 ＡＭ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎは高温マノ浸炭処理時にオ
ーステナイト結晶粒の粗大化を防止するのに有効な元素
であるので、必要に応じてこれらの１種または２種以上
を添加するのも良い、しかし、Ａ見合有量が０．１％を
超え、Ｎｂ＋Ｔａ含有量が０．５％を超え、Ｚｒ含有量
が０．１％を超えると結晶粒粗大化の防止効果がかえっ
て低下し、靭性の確保が困難となるので添加する場合は
それぞれ上記の範囲とした。また、Ｎ含有量が０．０３
％を超えるとＮのブローホールによって鋼塊または鋳片
の健全性が損なわれるので、Ｎの含有量は、０．０３％
以下の範囲とした。

そのほか、耐候性を向上させるために、Ｃｕ：５％以下
を適宜含有させることも必要に応じて望ましく、被削性
を向上させるために、Ｐｂ：０．４％以下、Ｓ：０．４
％以下、Ｔｅ：０．１％以下、Ｂｉ：０．４％以下、Ｓ
ｅ：０．４％以下、Ｃａ：０．０１％以下の範囲で適宜
含有させることも必要に応じて望ましい。

さらに、Ｂ含有量がｏ、ｏｏｏｓ％を超えると、高温で
の浸炭処理時にオーステナイト結晶粒の粗大化を生ずる
おそれがあるので、その上限をｏ、ｏｏｏｓ％以下に規
制するのがより望ましく、疲れ強さおよび冷鍛性を向上
させるために、（０）：０．００３０％以下、Ｓ：０．
０２％以下に規制することも必要に応じて望ましく、浸
炭性阻害元素であるＳｎ：０．０５％以下、Ｓｂ：０．
０５％以下、Ａｓ：０．０５％以丁に規制することも必
要に応じて望ましい。

このように成分調整したこの発明による高温浸炭用鋼を
素材として、歯車、ポールジヨイント。

ドライブシャフト、カムシャフト、ステアリング部品、
ベアリング、ベアリングレース等の各種構造用部品の形
状に成形加工し、その後例えば９５０℃以上の高温浸炭
処理を施すことによって、短時間の浸炭処理が可能であ
ると共に、高温浸炭処理後の浸炭層および右部の結晶粒
が結晶粒度番号で６番以上の整細粒であり、これによっ
て靭性ならびに疲労強度等に優れ、寸法精度の良好な構
造用部品を短時間のうちに得ることができる。

（実施例） 次にこの発明の実施例を比較例とともに説明する。

第１表に示す化学成分の鋼を溶製したのち造塊し、鍛造
によって直径３２ｍ腸の丸棒を製作したのち９２５°Ｃ
Ｘ１ｈｒ加熱後空冷の条件で焼ならしを施し２次いで直
径２５ｍ閣に切削加工を行ったのち真空浸炭処理を行っ
た。そして、各々について浸炭層のオーステナイト平均
結晶粒度および右部のオーステナイトとフェライトの平
均結晶粒度を測定した。なお、ｗｉＪｚ表に真空浸炭処
理条件を示す、また、結晶粒度の測定は、ＪＩＳＧ０５
５１に規定する°“鋼のオーステナイト結晶粒度試験方
法”に準じて行った。この結果を同じく第１表に示す。

／ ／ ／ ／ 第１表に示すように、Ｃ，Ｓｔ、Ｔｉ含有量がこの発明
の範囲外にある比較鋼Ｎ００１〜６ではいずれも浸炭層
のオーステナイトおよび６部のオーステナイトとフェラ
イトの平均結晶粒度が６番以上である条件を同時に満足
するものはなく、高温の真空浸炭時に浸炭層または６部
において結晶粒の粗大化が生じたことが明らかである。

これに対し、この発明の範囲内にある本発明鋼Ｎｏ、　
７〜２０ではいずれも浸炭層のオーステナイトおよび６
部のオーステナイトとフェライトの平均結晶粒度が６番
以上の整細粒であり、著しく微細化していることが明ら
かであり、歯車等の構造用部品の靭性、耐摩耗性ならび
に疲労強度さらには寸法精度をすぐれたものとすること
が可能である。

次に、第１表の供試材Ｎｏ、　９および第３表に示す被
削性向上元素を添加した供試材Ｎｏ、２１〜２４に対し
て第４表に示す条件で被削性試験を行ったところ、第５
表に示す結果となった。

第　３　表 ＠４表 第５表 第５表に示すように、被削性向上元素を添加することに
よって明らかに被削性の著しい向上が得られており、ド
リル穴あけ個数の増加が確認された。

さらに、＠ｉ表の供試材Ｎｏ、　９および第６表に示す
耐候性向上元素を添加した供試材Ｎｏ、２５に対して第
７表に示す条件で耐候性試験を行ったところ、第８表に
示す結果となった。

第６表 第７表 第８表 木　Ａ：はとんどなし Ｂ：約１７２発銹 第８表に示すように、供試材Ｎｏ、２５は供試材Ｎ０８
９に比べてかなり耐候性の向上が認められた。

なお、このほか前記した硫化物形態制御元素を適宜添加
し、さらにはＢ、Ｏ，Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ。

Ａｓ等の含有量を選択的に規制して実験したところ、い
ずれも良好な結果を得ることができた。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明による高温浸炭用鋼
では、とくに９５０℃以上の高温で浸炭処理を行ったと
きでも、この浸炭処理時にオーステナイト結晶粒が粗大
化するのを防止することができ、高温浸炭処理後の浸炭
層および６部の結晶粒が結晶粒度番号で６番以上の整細
粒となっているため、強度、靭性、耐摩耗性ならびに耐
疲労性に優れ、寸法精度が高い構造用部品、例えば、歯
車、ステアリング部品、シャフト、ベアリングレース等
を短時間の浸炭処理によって製造することができるとい
う非常に優れた効果を有する。

特許出願人　日産自動車株式会社 特許出願人　大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士　小　塩　豊

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）　ｆＫ量％で、Ｃ：０．０３〜０．２％。 Ｓｉ：１．Ｏ〜３．０％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｔ
   ｉ：０．０３〜０．３％を基本成分とし、残部Ｆｅおよ
   び不純物からなり、高温浸炭処理後の浸炭層および６部
   の結晶粒が結晶粒度番号で６番以上の整細粒であること
   を特徴とする高温浸炭用鋼。 （２）残部Ｆｅが、Ｎｊ：２．０％以下、Ｃｒ：２．０
   ％以下、Ｍｏ：０．５％以下のうちの１種または２種以
   上を含有していることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項記載の高温浸炭用鋼。 （３）残部Ｆｅが、Ａｎ　：　０　、１％以下、Ｎｂ＋
   Ｔａ：０．５％以下、Ｚｒ：０．１％以下、Ｎ：０．０
   ３％以下のうちの１種または２種以上を含有しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２
   ）項記載の高温浸炭用鋼。