JPS6332858B2

JPS6332858B2 -

Info

Publication number: JPS6332858B2
Application number: JP12039084A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yamamoto; Kenichi Kumagai; Shigehiro Wakikado
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1984-06-12
Publication date: 1988-07-01
Also published as: JPS6024351A

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。一般に浸炭用鋼は
0.12〜0.25％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、歯車等に広く使用されている。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℃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が
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
を短縮し得る転動接触体用浸炭用鋼を提案した。
この鋼の組成は、重量比にしてC0.36〜0.50％、
Si0.50〜2.00％、Mn0.50〜1.70％、Cr0.50〜1.50
％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
Ｃ量が高いので浸炭時間を大幅に短縮でき、かつ
優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
下単に先願鋼という）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C0.26〜0.33％、
Si0.50〜1.50％、Mn0.50〜1.50％、Cr0.50〜1.50
％、Al0.020〜0.050％、O0.0025％以下を含有し、
さらにNb0.25％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、また同時に被削生を改善し、
さらに結晶粒を微細課し靭生を改善したもので、
第２発明鋼は第１発明鋼のNbに代えてＶを0.25
％以下含有し、さらにMo0.05〜0.30％含有し第
１発明鋼の浸炭層の焼入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0.26％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は焼入マルテンサイト組織を緻密にし、浸炭
材の強靭性、衝撃疲労寿命を向上させる。この効
果はSi量が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。 Mn、Cr量ともに0.50〜1.50％ MnとCrは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。 Al量 0.020〜0.050％ Al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
の効果がかえつて小さくなるので上限を0.050％
とした。Ｏ量 0.0025％以下ＯはAlやSiと硬い酸加物を形成し、被削性を
低下させる。本発明鋼はSi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Ｏ量をできるだけ低下させるこ
とが好ましく上限を0.0025％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限を
0.30％とした。 Nb、Ｖ量ともに0.25％以下 Nb、Ｖ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。本発明鋼においては内
部靭性を一段と向上させるものであるが、しかし
多く添加しても効果の向上が少ないのでそれぞれ
0.25％以下とした。つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼、先願鋼、比較
鋼と比べ実施例でもつて明らかにする。第１表においてＡ−１鋼は現用の浸炭用鋼
SCr22に相当する鋼で、Ａ−５鋼は先願鋼で、Ｃ
鋼は第１発明鋼、Ｄ鋼は第２発明鋼である。

【表】炭素ボテンシヤル0.95％、浸炭温度920℃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鋼中のＣ量により大きく
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Ｃ、Ｄ鋼はＣ量が0.26〜0.33％
と高いので、５〜３時間、Ａ−５鋼はＣ量が0.39
％と最も高いので1.5時間と鋼中のＣ量の増加と
ともに浸炭処理時間は短くなつている。ついで前
記処理条件で浸炭を施したA1、A5鋼、Ｃ、Ｄ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分間焼もどしを行つた
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。

【表】第２表から明らかなように、0.95mm程度の浸炭
深さを得るに本発明鋼は従来鋼であるＡ−１鋼が
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が
知られる。なお、先願鋼Ａ−５は同一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H_RC55と高くなり過
ぎ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
もどしを行つたA1、A5、Ｃ、Ｄ鋼の熱処理歪を
第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
の歪試験片を用い、歪取り焼鈍を行つた後、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調
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くなるが、本発明鋼であ
るＣ、Ｄ鋼はいずれも従来鋼Ａ−１と比較すると
やや大きくなる程度で先願鋼Ａ−５と比べると大
幅に改善されていることがわかる。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
ような影響を及ぼすかを調べたものである。工具
寿命試験に際してはＨ−１〜Ｈ−６鋼に焼鈍処理
を施し、工具としては高速度鋼工具JIS12−３型
SKH4種を用い、切込み深さ１mm、送り0.2mm／
revで施削し、工具寿命の判定は完全鈍摩として
実施している。

【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衝撃疲労寿命がどのように
影響されるかを調べたものである。繰り返し衝撃
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、しかる後に160℃で90分焼もどしを行
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／cm²である。

【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
被削性の点から上段を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A1、A5鋼お
よびＣ、Ｄ鋼の曲げ破断強度と松村式繰り返し衝
撃疲労試験を行つた結果を第５表に示す。曲げ破断試験に際しては、試験片として８×８
×80mmの角状試験片を用いその中央に5^Rの切欠き
を形成し、支点間距離50mmで二点支持し、一点荷
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、試験片として
第５図に示す形状の試験片を用い打撃エネルギー
30Kg．ｍ／cm³一定として折損までの繰り返し数を
求めた。

【表】第５表から知られるように従来鋼Ａ−１の曲げ
破断強度は890Kgであるのに対して本発明鋼Ｃ、
Ｄ、鋼いずれも1290〜1380Kg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Ａ−５と比較しても遜色のない
ことがわかる。また松村式繰り返し衝撃疲労寿命
についても従来鋼Ａ−１が1.1×10⁴であるのに対
して本発明鋼Ｃ、Ｄ鋼は2.3×10⁴〜2.9×10⁴と約
２倍となつており、繰り返し衝撃疲労寿命につい
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鋼であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼中のＣ量による熱処理歪の変化を示
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図は工具寿命が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図は松村式繰り返し衝撃疲労試験片の形状を
示すものである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比にしてC0.26〜0.33％、Si0.50〜1.50
％、Mn0.50〜1.50％、Cr0.50〜1.50％、Al0.020
〜0.050％、O0.0025％以下を含有し、さらに
Nb0.25％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。２重量比にしてC0.26〜0.33％、Si0.50〜1.50
％、Mn0.50〜1.50％、Cr0.50〜1.50％、Al0.020
〜0.050％、O0.0025％以下を含有して、さらに
Mo0.05〜0.30％と、V0.25％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。