JPS621843A

JPS621843A - 高靭性浸炭用鋼

Info

Publication number: JPS621843A
Application number: JP13879785A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Shibata; 公博柴田; Takashi Matsumoto; 隆松本; Katsunori Takada; 高田　勝典
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1987-01-07
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPH0672280B2

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）本発明は優れた靭性を有する浸炭用鋼に関する。（従来の技術及び問題点）自動車用ハイポイドギヤ、差動ギヤなど衝撃的な荷重を
受ける部品には、靭性のよい鋼種が浸炭処理して用いら
れている。しかし乍ら、自動車用エンジンの高出力化やギヤの小型
化に対応して、それらの部品に要求される耐衝撃強度は
次第に高くなってきているため、現在使われており、比
較的靭性のよいと云われているクロム・モリブデン鋼や
ニッケル・クロム・モリブデン鋼でも上記要求強度を満
足しない例もある。その対応策としては、かシる鋼種からなる部品の面粗度
の管理を厳密に行う方法がとられることがあるが、それ
では著しく生産性が阻害されてしまうという問題がある
。（発明の目的）本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされ
たものであって、従来の浸炭用鋼よりも優れた靭性を有
し、しかも生産性を阻害することなく必要部品を製造し
得る高靭性浸炭用鋼を提供することを目的とするもので
ある。（発明の構成）上記目的を達成するため、本発明者等は、従来技術の欠
点の原因究明に努め、その対策を見い出すべく研究を重
ねたところ、Ｍｏ及びＳｉの添加により、浸炭温度にお
いても心部は安定したフェライトとオーステナイトの２
相組織を保ち、Ｔｉ添加によって浸炭層にはＴＬ炭化物
、窒化物を析出させ、心部及び浸炭層ともに機側組織と
し、更に基地をＭｏで強化して、高い耐衝撃強度を与え
ることにより、可能であるとの知見を得て、更に詳細に
検討を加えた結果、こ＼に本発明をなしたものである。すなわち、本発明にかＮる高靭性浸炭用鋼は、Ｃ：０．
０５〜０．２％、Ｍｏ：０．５〜１．０％で、かつ、Ｍ
ｏ＋　Ｓ　ｉ：　１〜２％、Ｍｎ：Ｏ，：１３〜Ｌ、５
％及びＴｉ：０．０５〜０．２％含むことを基本成分と
し、更に必要に応じて、Ｃｒ：　１　、５％以下及びＮ
ｉ：２．０％以下のうちの１種又は２種、及び／又は、
結晶粒微細化元素としてＡｌ：０．１％以下及びＮ：０
．０３％以下のうちの１種又は２種を含み、残部が実質
的にＦｅからなり、浸炭処理後の組織として、心部は結
晶粒度番号で９番以上の整細粒のフエライトーマルテン
サイトニ相組織で、浸炭層も結晶粒度番号で９番以上の
整細粒であり、心部のシャルピー衝撃値が１２　ｋｇｆ
−ｍ／　ｃｍ”以上であることを骨子とするものである
。以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る高靭性浸炭用鋼の成分範囲（ｗｔ％
）の限定理由について示す。Ｃ：０．０５〜０．２％Ｃは機械構造用鋼としての強度、特に焼入れ後の硬さ確
保に有効な元素であり、浸炭処理後の心部強化のために
最低０．０５％の添加が必要である。しかし、０．２％
を超えて添加すると、浸炭温度でオーステナイト単相と
なり、心部組織の微細化が困難となるので、上限値は０
．２％とする。Ｍｏ：０．５〜１．０％、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１〜２％
Ｍｏは焼入れ硬さの確保及び基地の強化による靭性向上
に有効な元素であり２またＳＬと共に高温でフェライト
を安定化させるため、浸炭温度で微細なフェライトーオ
ーステナイトニ相組織を実現し、靭性の向上を図るため
には、Ｍｏ：０．５％以上で、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１％
以上の添加が必要である。また、Ｍｏ：０．５％以上の
添加で高靭性を得るためには、Ｍｏの添加量を最大１％
で、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉを最大２％で十分であり、それ以
上添加しても高靭性化の効果が飽和する。したがって、
Ｍｏの添加量を０．５〜１．０％で、かツ、Ｍ。＋Ｓｉの添加量を１％以上、２％以下に限定する。Ｍｎ：０．３〜１．５％Ｍｎは脱酸、脱硫に有効な元素である。十分な脱酸、脱
硫の効果を得るためには０．３％以上の添加が必要であ
るが、１．５％を超えて添加すると靭性が劣化するので
、１．５％添加を上限値とする。Ｔｉ：０．０５〜０．２％ＴｉはＴｉ炭化物、窒化物などの析出物を形成し、心部
及び浸炭層の組織微細化に有効であるので。最低０．０５％の添加を必要とするが２０．２％を超え
て多量に添加すると靭性が低下するので、上限値を０．
２％とする。Ｃｒ：　１　、５％以　、Ｎｉ：２．０％以Ｃｒ、Ｎｉ
は鋼の焼入れ性をより一層向上させて基地の強化を図る
のに有効な元素であり、必要に応じて添加することがで
きる。しかし、Ｃｒが１６５％を超え、又はＮｉが２．
０％を超える量で添加すると靭性が低下するので、添加
するときはＣ：ｒ：　１　、５％以下、Ｎｕ：２．０％
以下のうちの１種又は２種を添加する。Ａｎ：０．１％以　、Ｎ：０．０３％以Ａｌ、Ｎは炭窒
化物を形成し、結晶粒を微細化させ、鋼の靭性を向上す
るのに有効な元素であるので、必要に応じてＡｌ及びＮ
の１種又は２種を添加することができる。しかし、Ａｌ
の添加量が０．１％を超えると炭窒化物が粗大化し、結
晶粒微細化の効果が低下して靭性が低下するので、０．
１％を添加の上限値とする。また、Ｎ含有量が０．０３％を超えるとＮのブローホー
ル生成によって鋼塊又は鋳片の健全性が損われるので、
Ｎの含有量は０．０３％以下の範囲とするゆなお、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％以下の範囲で、それ
らの元素の１種又は２種以上を適宜含有させることも、
必要に応じて望ましい。以上のように成分調整した鋼を浸炭処理することにより
、心部は結晶粒度番号で９番以上（通常、１０番以上）
の整細粒のフエライトーマルテンサイトニ相組織が得ら
れ、浸炭層は結晶粒度番号で９番以上（通常、１０番以
上）の整細粒組織が得られ、心部のシャルピー衝撃値が
ＪＩ５３号試験片で１２ｋｇｆ’ｍ／ｃｍ２以上となる
ため、優れた靭性を要求される部品、特に自動車用ハイ
ポイドギヤ、差動ギヤなどのディファレンシャル部品を
製造することか可能となる。なお１本発明鋼に適用する浸炭処理の条件は特に制限さ
れるものではなく、既述の従来の浸炭用鋼の場合と同様
に適用可能である。次に本発明の実施例を示す。（実施例１）第１表に示す化学組成の鋼を溶製、造塊し、鍛造により
直径３５ｍｍの丸棒を製作した。次いで、９２５℃に加
熱し６０分間均熱保持後空冷する焼きならし処理を施し
た後、直径２５ｍ＋ｉに旋削加工し、第２表に示す条件
にて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
粒度及び心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。また、第２表と同一条件にて真空浸炭
処理を施した直径２５＋＋ｎｏの丸棒の心部よりＪＩＳ
３号Ｕノツチシャルピー試験片を切り出し、シャルピー
＃撃試験を行って衝撃値を測定した。これらの結果を第
１表に示す。なお、比較鋼として、ＳＮＣＭ４２０Ｈ，８０Ｍ４２０
　Ｈ（７）直径２５ＩＩＩＩＩＩ丸棒に対し、第３表に
示す条件にて真空浸炭処理を施し、上記と同様の測定を
行った結果も第１表に併記した。

【以下余白】

第１表に示すように、本発明鋼（Ｎα１〜５）はいずれ
も、浸炭層のオーステナイト平均結晶粒度は粒度番号で
９番以上であり、心部はフェライトとマルテンサイトの
二相組織で、その平均結晶粒度は９番以上であって、著
しく組織が微細化されている。この組織微細化と靭性向
上元素であるＭ。の適量添加とにより、シャルピー衝撃値が１２ｋｇｆ−
ｍ／ｃｍ２以上を示し、比較鋼のＳ　ＮＣＭ４２０Ｈの
浸炭焼入れ焼戻し材心部と同等乃至それ以上の靭性を有
している。なお、他の比較鋼は本発明範囲外の化学組成
を有し、いずれもシャルピー衝撃値が低く、１２ｋｇｆ
−ｍ／ｃｍ”には及ばない靭性である。次に、第１表のＮα１鋼と、第４表に示す被剛性向上元
素を添加したＮα１６〜１９鋼に対し、第５表に示す条
件で被削性試験を行った。その結果を第６表に示す。同
表に示すように、被削性向上元素を添加することにより
、ドリル穴あけ個数の増加が認められ、被削性の著しい
向上が確認された。（実施例２）第７表に示す化学組成の＆２０〜２２鋼並びにＳＮ０Ｍ
４２０Ｈ，Ｓ０Ｍ４２０Ｈについて、実施例１と同一手
順で直径２５ｍｍの丸棒を作製し、第８表に示す条件に
て高温真空浸炭処理を行い、実施例１と同様、浸炭層及
び心部の平均結晶粒度並びにシャルピー衝撃値を測定し
た。それらの結果を第７表に示す。

【以下余白】

第７表から明らかなように、本発明鋼ＮＱ２０は、Ｍｏ
及びＳＬの適量添加により、浸炭処理温度が高温でもフ
ェライトが安定であるため、高温浸炭処理後も心部は著
しく微細なフェライトとマルテンサイトの二相組織を保
ち、更にＴｉ添加の効果によって浸炭層のオーステナイ
トも著しく微細となり、したがって、微細組織とＭｏ添
加による基地強化との相乗効果により、シャルピー衝撃
値は１２　、５　ｋｇｆ−ｍ／ｃｍ２と優れている。こ
れに対し、比較鋼は、いずれも高温浸炭処理後のシャル
ピーＩ！７撃値が低い。（発明の効果）以上詳述したように、本発明による浸炭用鋼は、Ｍｏと
Ｓｉの添加により、浸炭温度においても心部が安定なフ
ェライトとオーステナイトの二相組織を保ち、またＴｉ
添加によって浸炭層にはＴｉ炭化物、窒化物を析出させ
、心部及び浸炭層ともに微細組織を有し、更に基地をＭ
ｏで強化することを基本としているため、８８０Ｍ４２
０Ｈ鋼等の従来の浸炭用消息上の優れた靭性を有するも
のである。また、従来とられていたような格別厳しい面
粗度管理も必要とせずに上記効果を得ることができる。したがって、本発明による高靭性浸炭用鋼を用いれば、
靭性に優れた自動車用ハイポイドギヤ。差動ギヤなどのディファレンシャル部品の製造が可能と
なる。

Claims

【特許請求の範囲】１　重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．０５〜０．２％
、Ｍｏ：０．５〜１．０％で、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１〜
２％、Ｍｎ：０．３〜１．５％及びＴｉ：０．０５〜０
．２％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり
、浸炭処理後の心部及び浸炭層の結晶粒が結晶粒度番号
９番以上の整細粒で、心部のシャルピー衝撃値が１２ｋ
ｇｆ・ｍ／ｃｍ＾２以上であることを特徴とする高靭性
浸炭用鋼。２　Ｃ：０．０５〜０．２％、Ｍｏ：０．５〜１．０％
で、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１〜２％、Ｍｎ：０．３〜１．
５％及びＴｉ：０．０５〜０．２％を含み、更にＣｒ：
１．５％以下及びＮｉ：２．０％以下のうちの１種又は
２種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
浸炭処理後の心部及び浸炭層の結晶粒が結晶粒度番号９
番以上の整細粒で、心部のシャルピー衝撃値が１２ｋｇ
ｆ・ｍ／ｃｍ＾２以上であることを特徴とする高靭性浸
炭用鋼。３　Ｃ：０．０５〜０．２％、Ｍｏ：０．５〜１．０％
で、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１〜２％、Ｍｎ：０．３〜１．
５％及びＴｉ：０．０５〜０．２％を含み、更にＡｌ：
０．１％以下及びＮ：０．０３％以下のうちの１種又は
２種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
浸炭処理後の心部及び浸炭層の結晶粒が結晶粒度番号９
番以上の整細粒で、心部のシャルピー衝撃値が１２ｋｇ
ｆ・ｍ／ｃｍ＾２以上であることを特徴とする高靭性浸
炭用鋼。４　Ｃ：０．０５〜０．２％、Ｍｏ：０．５〜１．０％
で、かつ、Ｍｏ＋Ｓｉ：１〜２％、Ｍｎ：０．３〜１．
５％及びＴｉ：０．０５〜０．２％を含み、更にＣｒ：
１．５％以下及びＮｉ：２．０％以下のうちの１種又は
２種を含み、更にＡｌ：０．１％以下及びＮ：０．０３
％以下のうちの１種又は２種を含み、残部がＦｅ及び不
可避的不純物からなり、浸炭処理後の心部及び浸炭層の
結晶粒が結晶粒度番号９番以上の整細粒で、心部のシュ
ルピー衝撃値が１２ｋｇｆ・ｍ／ｃｍ＾２以上であるこ
とを特徴とする高靭性浸炭用鋼。