JPH02270937A - 高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼およびその製造方法 - 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］ 本発明は、特にころがり疲労特性にすぐれた高マンガン
鋼およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来は、ころがり疲労が問題となる機械部品、例えば、
歯車、キルンのローラなどの回転部材には、高周波焼入
れ、浸炭、窒化または溶射などの□表面硬化処理を施す
か、または、このような表面硬化処理を施せない場合は
、例えば、コスト的に考えて、または、形状、大きさが
表面硬化処理を施すのに著しく不適当な場合は、これら
の部品は、ころがり疲労による剥離が生じた時点で、取
替えが必要な消耗品となっていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、剥離が生じるたびに部品を取替えるのでは、コ
ストがかかる上に、剥離に気づかずに機械を運転してい
て事故となる場合も生じる。

また、表面硬化処理はコストがかかる上に、例えば、炭
素量が低く、マンガンがほとんど入っていない浸炭鋼を
浸炭する場合は粒界酸化が生じ、溶射の場合は、溶着金
材と母材の整合性が悪く剥離するなど、一般的に処理の
安定性に欠け、これに基因する事故が多い、さらに、表
面硬化処理の場合、摩耗、もしくは、それに類する原因
で表面硬化層が取りさられた場合、その効果は全くなく
なってしまう。

本発明の高マンガン鋼は、上記の従来表面硬化処理の問
題点を解決し、表面硬化処理を施した浸炭鋼と同等、ま
たは、それ以上の高ころがり疲労特性を有するものであ
る。

すなわち、高マンガン鋼は、通常Ｈマク００前後程度の
硬さを有するが、衝撃力などの負荷が加わると、その部
分の表面層が硬くなるという特性を持っている。このた
め、表面硬化処理を施さなくとも、使用中に容易に安定
した表面硬化層を得ることができるだけでなく、摩耗も
しくは、それに類する原因で表面硬化層が取りさられて
も、さらにその下の層が硬化するという利点を持ってい
る。さらに、高マンガン鋼は表面硬化処理を施した鋼に
比べてはるかに安価であり、形状、大きさの制限がない
。

しかし、例えば浸炭の場合、表面硬化層はＨマフ００〜
８００であるのに比較して、ころがり疲労が生じるよう
な使用状態の場合、すなわち１回転中に応力はかかって
いるが衝撃力の加わらないような使用状態の場合、後記
する第１表に示すように、本発明のような高マンガン鋼
の表面層はＨｖ４１５〜４６０程度にしかならず、この
表面層の硬さから高マンガン鋼が表面硬化処理を施した
鋼と同等または、それ以上の高ころがり疲労特性を有す
ることを推測できないため、従来、高マンガン鋼は、高
ころがり疲労が問題となる部品に使用されていなかった
。

［課題を解決するための手段および作用Ｊ本発明におい
ては、これらの問題点を解決するために、高ころがり疲
労特性を有する高マンガン鋼を得た。

本発明においては、高マンガン鋼を、重量％で、Ｃ：０
．７〜１．５％、Ｓｉ：０．８％以下、Ｍｒ＋：１０〜
１５％で、これに、Ｃｒ：３％以下、Ｃｕ：　１．５％
以下、Ｍｏ＝３％以下、ｖ：３％以下、オヨび、Ｔｉ：
２％以下のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅおよび
不可避不純物からなる高ころがり疲労特性を有する高マ
ンガン鋼とした。

なお、本発明においては、従来鋼におけるころがり疲労
耐久限度の値と比べて飛躍的に高い値になるように、高
ころがり疲労特性とは、ころがり疲労耐久限度が１２０
　ｋｇｆ／ｍｒｎ’程度以上あるものとした。

そして、本発明においては、これら成分の高マンガン鋼
を用い、高マンガン鋼を５００〜７００℃まで加熱し、
ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を行い、続いて、
再加熱した後、９５０〜１１００℃で再溶体化熱処理を
行い、最後に急冷するようにして、高ころがり疲労特性
を有する高マンガン鋼を得るようにした。

あるいは、これら成分の高マンガン鋼を、５００〜６０
０℃まで加熱し、ここで焼戻ししてパーライト化熱処理
を行い、続いて、４〜１００’Ｏ／ｓｉｎで再加熱した
後、８００〜９５０℃で再溶体化熱処理を行い、最後に
急冷するようにして、高ころがり疲労特性を有する高マ
ンガン鋼を得るようにした。

つぎに、本発明の高マンガン鋼において、成分組成を上
記の通りに限定した理由を説明する。

なお、各成分組成は、すべて重量％であられす。

（ａ）　、Ｃ、Ｍｎ Ｃ，Ｍｎ成分は、基地組織のオーステナイトの安定性と
、加工硬化特性に影響を与え、０．７〜１．５％Ｃ，１
０−１５％Ｍｍの組合せが最も安定したオーステナイト
と高い加工硬化特性を有する。

したがって、Ｃは０．７〜１．５％、Ｍｎは１０〜１５
％とした。

（ｂ）Ｓｉ Ｓｉは、漏流れを良くするため不可欠の成分であるが、
　０．８％を越えて含有させても、その効果は飽和する
ことから、上限を０．８％と定めた。

（ｃ）Ｃｒ Ｃｒは、本来、降伏点、硬さを増大させるため、高い降
伏点を必要とする部品の場合に添加される。

また、特殊熱処理（例えば、後記する０工程）により微
細で硬質なＣｒ炭化物が析出し、降伏点、硬さとともに
、ころがり疲労強度を向上させる。

Ｃｒを３％以上添加させた場合熱処理が難しくなり、脆
化傾向がみちれるため、上限を３％と定めた。

（ｄ）　Ｍ。

Ｍｏは結晶粒を微細化し、機械的性質を向上させる。特
殊熱処理（Ｏ工程）により、Ｃｒ炭化物より微細な炭化
物が析出し、降伏点、硬さとともに、ころがり疲労強度
を向上させる０Ｍｏを３％以上添加させると熱処理が難
しくなり、脆化傾向がみちれるため、上限を３％と定め
た。

（ｅ）　Ｃｕ Ｃ「添加高マンガン鋼にＣｕを添加すると靭性とともに
、ころがり疲労特性の増大に有効であるため、特に、靭
性とともに、ころがり疲労特性を必要とする部品の場合
に添加されるが、１．５％以上添加させても効果が飽和
することから、上限を１．５％と定めた。

Ｂ）　ｖ ■は強度と硬さを向上させたため、高強度が要求される
部品の場合に添加される。特殊熱処理（Ｏ工程）により
、微細な炭化物が均一に析出し、降伏点、硬さとともに
、ころがり疲労強度を向上させる。■は３％以上添加す
ると靭性が低下するため、上限を３％と定めた。

（ｇ）Ｔｉ Ｔ１は結晶粒を著しく微細化し、靭性とともに、ころが
り疲労強度を向上させる。Ｔｉは２％以上添加しても効
果がなく、靭性も低下するので上限を２％と定めた６ なお、これらの元素Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ　、　Ｔ　ｉは、前
記したように、いずれも、ころがり疲労特性を向上させ
るのに役立つ。

［実施例コ 本発明の鋼は、必要に応じて、第１〜３図に示した様な
■、■、Ｏの３種類の熱処理を施す。

未熱処理の詳細を以下に述べる。

■　１０００〜１１００℃で２時間加熱した後、水冷す
る。

■　以下に示す熱処理を■→■→■または■→■の順番
で施す。

■　１０００　Ｎ［２００℃に加熱した後、空冷または
水冷する。

■　５００〜７００℃で１０時間以上加熱した後、空冷
する。

■　９５０−１１００℃に加熱した後、水冷する。

Ω　以下に示す熱処理を■→■→■または■→■の順番
で施す。

■　１０００　Ｎ１２００℃に加熱した後、空冷または
水冷する。

■　５００〜６００℃で１０時間以上加熱した後、空冷
する。

■　８００〜９５０℃に加熱した後、水冷する。

なお、■、０の熱処理の各■、■の工程における加熱時
間は、被熱処理物の肉厚や大きさによっても異なるが、
１〜５時間とした。

上記熱処理条件のにおいて、鋼の加熱温度を１０００〜
１１００℃としたのは、１０００℃以上の温度域で、高
マンガン鋼はオーステナイト単相となり、これを水冷す
ることにより常温で安定なオーステナイト組織を得るこ
とができるからである。さらに、上限を１１００℃とし
たのは、オーステナイト単相組織を得るために、それ以
上の加熱は必要ないからである。

■の熱処理は結晶粒を微細化させる熱処理である。すな
わち、■の工程でオーステナイト単相組織を得た後、■
の工程で、最もパーライトの析出しやすい５００〜７０
０’Ｏの温度域でパーライトを析出させ、■の工程のパ
ーライトが固溶する過程で結晶粒の微細なオーステナイ
ト単相組織を得る。ただし、通常は、■→■→■の熱処
理を行うが、鋳放しの状態で、針状炭化物が析出してお
らず、パーライトのみが析出している場合、■の工程を
省略しても良い。

上記に示した様に、■→■→■もしくは■→■の熱処理
を施した鋼は、結晶粒が微細であるため、特に、靭性と
ともに、高いころがり疲労特性を要求される場合に使用
される。すなわち、後述の実施例で説明するが、高マン
ガン鋼のころがり疲労試験の結果、従来の鍛造品（結晶
粒は数ｍｍ程度）より、優れたころがり疲労特性を示し
ただけでなく、■の熱処理工程を施して結晶粒を微細化
させた鋳造品は、■の熱処理工程を施した鍛造品とほぼ
同程度のころがり疲労特性を示したからである。

Ｏの熱処理は、■の熱処理とほぼ同じであるが、主に異
なるところは■の工程での温度が若干具なっていること
である。この例では、■の工程でオーステナイト基地に
、球状の炭化物が分散した組織を得る。その際、熱処理
温度を８００〜９５０℃で変化させ、必要に応じた球状
の炭化物の分散量を得る。

（以下、余白） 本発明鋼のころがり疲労耐久限度を調べる目的で、第１
表に組成を示した鋼を、高周波溶解炉にて約１００Ｋｇ
溶製した。このインゴットを、鋼ｆＦｉ１〜７について
はそのまま■、■、またはＯ工程の熱処理を施した。試
験機は西原式金属摩耗試験機を用い、第４，５図に示し
た試験片１を、５ｌｉｐ　９％、ローラ２の回転数８０
Ｏｒｐｍ？疲労酎久限度を調べた。試験片１としてはリ
ング状のものを用いた。

その結果を第１表の右欄に示し、その一部を第６図に示
す０本発明鋼（鋼番１　、３　、７）は、従来鋼（鋼番
８，９．１０）と比べて著しく優れた疲労耐久限度を示
した。

さらに、本発明鋼の特徴は、鋳造品でも■ないしはＯ工
程の熱処理によって■の熱処理の鍛造品と同程度のころ
がり疲労耐久限度を得ることができることである。すな
わち、鍛造品は鋳造品と比べて約１．５倍の疲労耐久限
度を示すが、■ないしはＯ工程の熱処理を鋳造品に施す
ことによって鍛造品と同程度の疲労耐久限度を得ること
ができた。

［発明の効果］ 本発明鋼、特に、本発明の製造方法によって得られた高
マンガン鋼は、極めてすぐれた高ころがり疲労特性を有
している。したがって、これらを高圧力が作用する回転
部材に用いても１表面剥離が生ぜず、寿命も長くできる
。

なお、本発明の製造方法によれば、浸炭処理が行えない
ようなものでも、容易に行えるので、極めて実用的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、それぞれ本発明鋼に施した熱処理の異な
る実施例を示した図、第４．５図はころがり疲労試験に
供した試験片の形状を示した正面図と側面図、第６図は
ころがり疲労試験結果を示す接触応力線図である。 １・・・・・・試験片 特許出願人　　宇部興産株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｃ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．８
   ％以下、Ｍｎ：１０〜１５％、さらに、Ｃｒ：３％以下
   、Ｃｕ：１．５％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｖ：３％以下
   およびＴｉ：２％以下のうちの１種以上を含有し、残部
   がＦｅおよび不可避的不純物からなる高ころがり疲労特
   性を有する高マンガン鋼。
2. （２）重量％で、Ｃ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．８
   ％以下、Ｍｎ：１０〜１５％、さらに、Ｃｒ：３％以下
   、Ｃｕ：１．５％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｖ：３％以下
   およびＴｉ：２％以下のうちの１種以上を含有し、残部
   がＦｅおよび不可避的不純物からなる高マンガン鋼を５
   ００〜７００℃まで加熱し、ここで焼戻ししてパーライ
   ト化熱処理を行い、続いて、再加熱した後、９５０〜１
   １００℃で再溶体化熱処理を行い、最後に急冷するよう
   にして高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼を得る
   ようにした高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼の
   製造方法。
3. （３）重量％で、Ｃ：０．７〜１．５％、Ｓｉ：０．８
   ％以下、Ｍｎ：１０〜１５％、さらに、Ｃｒ：３％以下
   、Ｃｕ：１．５％以下、Ｍｏ：３％以下、Ｖ：３％以下
   およびＴｉ：２％以下のうちの１種以上を含有し、残部
   がＦｅおよび不可避的不純物からなる高マンガン鋼を５
   ００〜６００℃まで加熱し、ここで焼戻ししてパーライ
   ト化熱処理を行い、続いて、４〜１００℃／ｍｉｎで再
   加熱した後、８００〜９５０℃で再溶体化熱処理を行い
   、最後に急冷するようにして高ころがり疲労特性を有す
   る高マンガン鋼を得るようにした高ころがり疲労特性を
   有する高マンガン鋼の製造方法。