JPS6040504B2 - 被削性のすぐれた抵合金軟室化用鋼 - Google Patents

被削性のすぐれた抵合金軟室化用鋼

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JPS6040504B2
JPS6040504B2 JP54069308A JP6930879A JPS6040504B2 JP S6040504 B2 JPS6040504 B2 JP S6040504B2 JP 54069308 A JP54069308 A JP 54069308A JP 6930879 A JP6930879 A JP 6930879A JP S6040504 B2 JPS6040504 B2 JP S6040504B2
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貞行 中村
憲二 礒川
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Daido Steel Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機械的性質の異万性が小さく、被削性のすぐ
れた低合金軟窒化用鋼に関する。
各種の歯車、シャフトあるいはクランクシャフト、ミッ
ションシンクロ機構部品などの、高い強度と表面硬さを
要求される機械構造用部品の製造に際して、従来は肌焼
鋼に浸炭処理を施したり、強靭鋼または中炭素系炭素鋼
に高周波焼入れをすることが行なわれていたが、その製
品は浸炭焼入れあるいは高周波焼入れ処理に伴い生じる
歪みがきわめて大きいので、表面処理後の修正工程が不
可欠となること、不良率が高いこと、および検査工数を
多くせざるを得ないことなどの欠点があり、また機械的
性質たとえば強度の異方性が大きい。
こうした難点を克服する努力の結果として、浸炭と浸炭
とを同時に行なう軟窒化処理が試みられ、十分な表面硬
さと硬化深さとが同時に得られる軟窒化用の低合金鋼が
開発されて、すでに開示の対象となっている(特公昭5
3−41611号)。
この低合金軟窒化用鋼の最大の利点は、処理に伴う歪み
がごく小さいことであり、それによって、精密さを要求
される部品の製造においても鰍窒化後の修正工程が全く
不要になったことは、大きなメリットである。しかし、
この発明によっても機械的異方性を小さくすることはで
きなかった。
また鰍窒化性についても、表面硬さと硬化深さとのバラ
ンスは得られたものの、絶対値はまだ改善の余地があっ
た。被削性を高めるために、S,Sbおよび(または)
Te,Seの添加が試みられ、一応予期どおりの成績を
あげたが、なお向上が要望されていた。このような課題
を解決するため、本発明者らはさきの発明を再検討し、
その前進をはかった。その成果として得られたのが本発
明である。本発明の、機械的性質の異万性が小さく被削
性のすぐれた低合金軟窒化用鋼には、次のようなものが
包含される。
C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、Mn
:2.0%以下、Cr:0.70〜2.50%、AI:
0.05〜0.50%、S:0.010〜0.30%お
よびTe:0.10%以下を包有し(ただしTe/Sの
比は0.04以上)、残余が実質的にFeである合金組
成を有し、その中に存在する硫化物系介在物の長径5山
以上のものは90%以上が長短雀比10以下であること
を特徴とする低合金欧窒化用鋼。
C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、Mn
:2.0%以下、Cr:0.70〜2.50%、AI:
0.05〜0.50%、S:0.010〜0.30%、
Te:0.10%以下(ただしTe/Sの比は0.0仏
〆上)およびV:0.50%以下を含有し、残余が実質
的にFeである合金組成を有し、その中に存在する硫化
物系介在物の長径5一以上のものは90%以上が長短蚤
比10以下であることを特徴とする低合金敏窒化用鋼。
C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、Mn
:2.0以下、Cr:0.70〜2.50%、N:0.
05〜0.50%、S:0.10〜0.30%、Te:
0.10%以下(ただしTe/Sの比は0.04以上)
、およびMo:1.50%以下を含有し、残余が実質的
にFeである合金組成を有し、その中に存在する硫化物
系介在物の長径5山以上のものは90%以上が長短蓬比
10以下であることを特徴とする低合金軟窒化用鋼。C
:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、Mn:
2.0%以下、Cて:0.70〜2.50%、AI:0
.05〜0.50%、S:0.0XO〜0.30%、T
e:0.10%以下(ただしTe/Sの比は0.04斗
上)、ならびにPb:0.30%以下、Bj:0.20
%以下およびSe:0.20%以下から選んだ1種また
は2種以上の元素を含有し、残余が実質的にFeである
合金組成を有し、その中に存在する硫化物系介在物の長
径5〆以上のものは90%以上が長短径比10以下であ
ることを特徴とする低合金欧窒化用鋼。
これらの本発明の鋼は、さきに開示した軟窒化用の低合
金鋼と合金の基本組成において若干の差異があるほか、
被削性に関与する成分すなわちS十Teおよび硫化物系
介在物の形態に関する新規な知見が加わったものである
以下、本発明の鋼の基本的な合金成分のうち被削性付与
元素Te十S以外について、その役割と組成範囲の限定
理由を示す。
C:0.10〜0.35% 心部の強度を確保するために必要である。
多くなると軟窒化性を低下させるし、疲労強度、被削性
、華及性などにマイナスにはたらく。
Sj:1.5%以下 脱酸剤としての作用に加えて、軟窒化処理時の軟化抵抗
性を高めるはたらきがある。
しかし過大になれば軟窒化性と被削性を低下させるMn
:2.0%以下 Siとともに脱酸剤であり、強度の向上をも担うが、や
はり被削性と軟窒化性への影響から上限がある。
Cr:0.70〜2.50% 軟窒化処理による表面硬さと硬化層深さの確保にとって
必須であり、心部の強度を確保する上でも重要である。
上限をこえて加えても、軟窒化性はもはや改善されない
N:0.05〜0.50% 上記のCrとならんで、表面硬さと硬化層深さを確保す
るための必要である。
一方で、あまり多くなるとかえって硬化層の深さが減少
するし、材料の清浄度も劣ってくる。上記の合金組成選
択の意義は、つぎに示す実験の結果から裏付けられる。
すなわち、本発明者らは、まず軟窒化による表面硬さと
硬化層深さにとつて最適の基本組成を求めて、第1表に
示す組成の鍵を溶製し、ィンゴットから鍛造により直径
50凧の丸榛をつくり、900℃×1時間−空冷の条件
で焼きならしをしたものから試料片を切り出した。
その表面をェメリー紙#800で研磨してから、NH.
/RX=1/1の雰囲気中で(RXは吸熱反応型変成ガ
ス)、斑000×4時間のガス軟窒化処理をし、油冷し
た。軟窒化処理後の試料片について、表面硬さ(Hv)
、有効硬化層深さすなわちHv550以上が得られる深
さ、および心部硬さ(Hv)を測定した。その結果を第
2表に示す。第1表 ※本発明の合金組成の範囲外 第2表 ※本発明の合金組成の範囲外 次に、被削性付与元素のTe十Sについて、介在物の形
態と関連づけて説明する。
S:0.010〜0.30% 被削性にとって重要な硫化物系介在物(主としてMnS
)を与える成分として、0.10%以上存在させる必要
がある。
一方、疲労強度と熱間加工性の低下を避けるため、0.
30%以下に止める。Te:0.10%以下(ただし、
Te/Sの比はSの含有量が上記の範囲内で0.0仏〆
上)これ自身で被削性を改善する上に、上記硫化物系介
在物の熱間加工時の綾伸を防ぐ効果がある。
この効果はTe/SZO.04において確保される。こ
れによって、機械的性質の異方性が小さくできるほか、
鰍窒化性も改善される。しかし、熱間加工性にとっては
むしろ不利益となるので、限界がある。硫化物系介在物
の形状とその分布: 機械的異方性および被削性が鋼中の硫化物系介在物の形
状とその分布によって決定されることを本発明者らはつ
きとめた。
すなわち、第1図および第2図の写真に示すように、本
発明の鋼と従来の鋼の硫化物系介在物の形状と大きさに
は大きな差がある。それらが銅の機械的異方性および被
削性に与える影響は、それぞれ第4表および第5表に示
した値から明らかなように、低合金軟窒化用鋼において
所望の特性を得るためには、長径5〃以上のものは90
%以上、好ましくは実質上ほとんど全部が長短蚤比10
以下の、極端に線状の展伸されていない形態をもつべき
である。また、これより小型の硫化物系介在物の形態い
かんは、異方性および被削性に対して、ほとんど影響を
与えない。前記のように、本発明の低合金軟窒化用鋼は
、上述した基本的な合金組成のほかに、下記の元素また
は元素のグループを含有する。
それぞれの添加量、その意義および限定理由は次のとお
りである。V:0.50%以下 心部の強度を高める上に、敏窒化処理に伴う表面硬さお
よび硬化層深さの向上にとって有益である。
しかし、あまり多くすると轍性が低下するばかりでなく
、価格面でも不利になる。Mo:1.50%以下 心部強度の向上に効果がある。
他方、敏窒化処理により生じる硬化層を深くする妨げと
ならないよう、上限を設けた。Pb:0.30%以下、
Bi:0.20%以下、Se:0.20%以下一層高い
被削性を希望する場合に加えるとよいが、靭性および熱
間加工性への影響を考慮して量を決定すべきである。
本発明の低合金軟窒化用鋼は、機械的性質の異万性が小
さく、被削性がすぐれている上に、軟峯化処理によって
、従来より一層向上した表面硬さおよび硬化層深さを兼
ね備え、しかも歪みは問題にならない処理製品を与える
従ってこの鋼は、複雑な形状であって高い強度を異方性
を伴わずに示し、一方で精密さをも要求されるような機
械構造用部品、たとえば歯車やクランクシャフトなどの
製造に最適である。実施例1 第3表に示す合金組成の鋼を溶製し、ィンゴットから鍛
造により直径25側の丸棒をつくり、900℃×1時間
−空冷の条件で焼きならし処理をしてから、硫化物系介
在物のうち長径5仏以上の大型のものについて長短蚤比
をしらべるとともに、機械的性質の異万性を測定した。
試験片は引張りについてはJIS4号縮小、衝撃につい
てはJIS3号とし、圧延方向およびそれと直角の方向
に沿って採取した。それらの結果を第4表に示す。第3
表 ※硫化物系介在物のうち長径が5仏じ久上であって、長
径/短径比が10以下であるもものの割合第4表 次に、上記と同様にして、ただし鍛造によって得る素材
の直径を65肋として試料を用意し、下記の条件で切削
試験を行なった。
その結果を第5表に示す。ドリル穴あげ加工試験 工具:SKH9010 7ーパシヤンクドリル 送り:0.42帆/rev 穴深さ:4仇舷めくら穴 切削速度:30m/min 切削油:なし 寿命判定:切削不能までの累計穴深さ肋 第5表 恥.工具寿命(肋) 比較例1200〃2400〃31600〃45680〃
58440〃6250本発明71粥0〃84400〃9
10840比較例1012480〃11880本発明1
22040〃132840〃143080〃15920
〃161040〃172000〃182260〃192
230〃202810〃212700〃224050〃
235130続いて、やはり機械的性質の測定と同様に
して、ただし素材の太さを直径5比岬こえらんで、試験
片を切り出してェメリー紙#800で研磨してから、N
H3/RX=1/1の雰囲気中、580こC×4時間の
ガス欧峯化処理を行なって油冷した。
この試験について、表面硬さ(Hv)および有効硬化層
深さすなわちHv550以上の得られる深さ(側)を測
定した。
その結果を第6表に示す。
第6表 実施例2 実施例1で用意した供試村のうちの若干のものについて
、鍛造による丸棒の直径を65肋にしたほかは同様の条
件で焼きならし試料を用意した。
これを切削加工によって、モジュ−ル:20歯数:3入
歯幅ご8肋の平歯車に加工した。ついで実施例1と同じ
条件でガス欧窒化処理し、勅力循環式歯車試験機で試験
した。すなわち、歯元に曲げ応力を加えて実験してS−
N曲線を求め、107回疲れ限度の値を歯元強さとした
。この結果を次の第7表に示す。
また、M.7および船.15については、負荷100%
の20q時間ベンチテストを行なったところ合格した。
(回転数は450仇pmにつき、全回転数N=4.5×
1ぴ×60×200=5.4×107)第7表 歯元強さ No.(kgf/柵) 比較例147.9〃240.5本発明747.8比較例
330.4本発明844.7比較例422.3本発明9
斑.6比較例520.1本発明1554.0〃1650
.9〃1747.8〃1847.5〃1947.6〃2
346.6実施例3下記の合金成分を有する鋼を溶製し
、 本発明鋼S4欲快削鋼 CO.220.48Si0.250.24Mno.93
0.75Crl.10−S0.0650.063Teo
.024−Te/SO.37−Pbo.080.19実
施例1で述べたように鍛造により丸榛をつくり、焼きな
らし処理をして、硫化物系介在物の形態をしらべるとと
もに、機械的性質の異方性を測定した。
異万性の額向を比較するめ、現に使用されているS4&
快削鋼についても同じ試験を行なつた。その結果は次の
第8表のとおりである。
第8表 この丸棒を材料として、クランクシャフトを削り出した
そのときの被削性は下記のような結果であった。切りく
ず処理性:現在鋼と同等 工具寿命:/・ィスドリル、溝カッターとも現用鋼と同
等加工品質(仕上り面粗度):現在鋼と同等次に耐久性
についてベンチテストを行なった。
120%負荷で10万物走行相当のテストをしたのち検
査したところ、クラックなどの発生は認められず合格で
あった。
【図面の簡単な説明】
図面は、鋼中の硫化物系介在物の形状を示す60び音頭
微鏡写真であって、第1図は実施例12、第2図は比較
例2をそれぞれあらわす。 第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、
    Mn:2.0%以下、Cr:0.70〜2.50%、A
    l:0.05〜0.50%、S:0.010〜0.30
    %およびTe:0.10%以下を含有し(ただしTe/
    Sの比は0.04以上)、残余が実質的にFeである合
    金組成を有し、その中に存在する硫化物系介在物の長径
    5μ以上のものは90%以上が長短径比10以下である
    ことを特徴とする機械的性質の異方性が小さく被削性の
    すぐれた低合金軟窒化用鋼。 2 C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、
    Mn:2.0%以下、Cr:0.70〜2.50%、A
    l:0.05〜0.50%、S:0.10〜0.30%
    、Te:0.10%以下(ただしTe/Sの比は0.0
    4以上)、およびV:0.50%以下を含有し、残余が
    実質的にFeである合金組成を有し、その中に存在する
    硫化物系介在物の長径5μ以上のものは90%以上が長
    短径比10以下であることを特徴とする機械的性質の異
    方性が小さく被削性のすぐれた低合金軟窒化用鋼。 3 C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、
    Mn:2.0%以下、Cr:0.70〜2.50%、A
    l:0.05〜0.50%、S:0.010〜0.30
    %、Te:0.10%以下(ただしTe/Sの比は0.
    04以上)、およびMo:1.50%以下を含有し、残
    余が実質的にFeである合金組成を有し、その中に存在
    する硫化物系介在物の長径5μ以上のものは90%以上
    が長短径比10%以下であることを特徴とする機械的性
    質の異方性が小さく被削性のすぐれた低合金軟窒化用鋼
    。 4 C:0.10〜0.35%、Si:1.5%以下、
    Mn:2.0以下、Cr:0.70〜2.50%、Al
    :0.05〜0.50%、S:0.010〜0.30%
    、Te:0.10%以下(ただしTe/Sの比は0.0
    4以上)、ならびにPb:0.30%以下、Ei:0.
    20%以下およびSe:0.20%以下から選んだ1種
    または2種以上の元素を含有し、残余が実質的にFeで
    ある合金組成を有し、その中に存在する硫化物系介在物
    の長径5μ以上のものは90%以上が長短径比10以下
    であることを特徴とする機械的性質の異方性が小さく被
    削性のすぐれた低合金軟窒化用鋼。
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