JPH04124217A - 焼鈍軟化性に優れた強靭歯車用鋼の製造方法 - 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】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、焼鈍軟化性に優れた強靭歯車用鋼の製造方法
に関するものである。

（従来の技術） 近年自動車の排出ガス規制のため部品の小型軽量化が進
められている。即ち主要な動力伝達部品である歯車にお
いても、従来は５Ｃｒ４２０やＳＣＭ４２０が用いられ
てきたが、これらよりＮｉｓ　Ｃｒｓ　Ｍｏ等の合金元
素を高めて強靭化を図った高強度歯車の開発が進められ
ている（特開昭６０−２４３２５２　、特開昭６３２３
５４５２　、特開昭６３−３０３０３５）。

ところで今日歯車の製造工程は、軟化焼鈍−冷間鍛造一
漫炭焼入れの工程を経て生産されるのが普通であり、歯
車用鋼に要求される特性の中でも綱の焼鈍軟化性は極め
て重要な特性であり、硬い材料を冷間鍛造した場合には
寸法精度が出難いし、高価な工具の寿命が短い等の問題
を生ずる。通常軟化焼鈍としてはＡ１温度付近で等温保
持後、出来るだけ徐冷する球状化焼鈍が一般に施される
が、この処理には１０〜２０時間もの長時間を要し、出
来るだけ短時間で軟化する綱が望まれている。

（発明が解決しようとする課題） しかし前記した開示例によるものは合金元素量を高くす
るに伴って焼鈍で軟化し難くなり、冷間鍛造に供する場
合には２回、３回と軟化焼鈍を繰り返さねばならないと
いう欠点を有している。

また、歯車用鋼に要求される特性として、浸炭焼入れに
際して熱処理変形し難いことも重要な特性であるが、従
来技術による鋼は焼入れ性を高めると変形量は大きくな
ってしまい、いたずらに合金元素を増して強靭化を図っ
ても歯車として実用に供することはできない。

「発明の構成」 （課題を解決するための手段） 以上のような従来技術の課題に鑑み発明者らは鋭意研究
を重ねた結果軟化焼鈍性に優れた低歪み強靭歯車用鋼を
発明するに到った。即ち本発明の特徴は、 （ａ）　　疲労の起点となる浸炭時に発生する粒界酸化
を防止した成分とする。

（ｂ）　　靭性を高めるため粒界強度を高める成分とす
る。

（Ｃ）　　歯面のピッチングを防止するため非金属介在
物の少ない成分とする。

（ｄｌ　　焼鈍後に軟質な材料を得るため炭素当量を限
定する。

（ｅ）　　歯車の焼入れ変形を少なくするため焼入れ性
を限定する。

（ｆ）　　焼鈍を簡略または省略するため制御圧延を施
して軟質な棒鋼とする。

ことにあって、本発明は以下のとおりである。

１、　　Ｃ：　Ｏ，！３〜０．２５ｔｍｔ％、Ｓｉ　：
　０．０５ｗｔ％以下、Ｍｎ　：　０．３〜１．０　ｉ
ｍｔ％、Ｃｒ　：　０．１〜１．０ｗｔ％、Ｍｏ　：　
０．２〜１．０ｗｔ％、Ｐ　：　０．０２０ｗｔ％以下
、Ｎｂ　：　０．０１〜０．１０ｗｔ％、Ｓ：０．００
５〜０．０３０ｉｍｔ　　％、Ｔｉ　：　０．Ｏ０５ｉ
ｍｔ％以下、 ５ｏ（１、Ａ　ｌ　　：　０．０１〜０．１０ｗｔ％、
Ｎ　：　０．００５〜０．０２０ｗｔ％、Ｏ：　０．０
０１５＋ｍｔ％以下を含有し、残部不可避的元素および
Ｆｅより成る鋼で、下記１式に規定される炭素当量Ｃｅ
ｑが０．５０〜０．７５％であり、更に下記■式に規定
される理想臨界直径ＤＩが６０〜１００寵の鋼片を棒鋼
に圧延するに際し８５０〜９５０℃に加熱してミル間で
水冷を施すことにより最終仕上げ温度を６５０〜８５０
℃の間として圧延を行った後、１℃／ｓｅｃ以下の冷却
速度で徐冷し、フェライトとパーライトよりなる組織と
することを特徴とする焼鈍軟化性に優れた強靭歯車用鋼
の製造方法。

Ｃｅｑ　　＝　Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｃｒ／　５　＋Ｍｏ
／　４−−−−・・・・・ＩＤ１＝７．９５　Ｊ政１＋
３．３３Ｍｎ）　（１＋２．３３Ｃｒ）　（１＋３．１
４Ｍｏ）２、　　Ｃ：０．１３〜０．２５ｗｔ％、Ｓｉ
ミコ、０５ｔｍｔ％以下、Ｍｎ　：　０．３〜Ｌ０ｗｔ
％、Ｎｉ　：　０．２〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ　：　Ｏ，
１〜１．０ｗｔ％、Ｍｏ　：　０．２〜１．０ｗｔ％、
Ｐ　：　０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ　：　０．００５〜
０．０３０ｗｔ％、■ Ｎｂ　：　０．０１〜０．１０ｗｔ％、Ｔｉ　：　０．
００５ｗｔ％以下、ｓｏ　ｌ　、Ａ　１　　：　０．０
１〜０．１０ｗＬ％、Ｎ　：　０．００５〜０．２０ｗ
ｔ％、Ｏ：　０．００１５ｗｔ％以下を含有し、残部不
可避的元素およびＦｅより成る鋼で、下記１式に規定さ
れる炭素当量ＣｅｑがＯ，ＳＯ〜０．７５％であり、更
に下記■式に規定される理想臨界直径Ｄ１が６０〜１０
０ｍｍ０綱片を棒鋼に圧延するに際し８５０〜９５０℃
に加熱してミル間で水冷を施すことにより最終仕上げ温
度を６５０〜８５０℃の間として圧延を行った後、１℃
／ｓｅｃ以下の冷却速度で徐冷し、フェライトとパーラ
イトよりなる組織とすることを特徴とする焼鈍軟化性に
優れた強靭歯車用鋼の製造方法。

Ｃｅｑ　＝　Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｎｉ／　４　＋Ｃｒ／
　５　＋Ｍｏ／　４−−−−１Ｄ　＋　＝７．９５　Ｊ
Ｔ（１＋３．３３Ｍｎ）　（１＋０　、５２Ｎ　ｉ　）
　（１＋２．３３Ｃｒ）　（１＋３．１４Ｍｏ）（作用
） 本発明における成分組成の・限定理由をｗｔ％（以下車
に％という）により説明すると、以下の如くである。

・■ Ｃ；　　０．１　３〜０．２５％ Ｃは、歯車強度を確保するのに重要な元素であり、０．
１３％以上でなければならない。しかし０．２５％を越
えると靭性の低下が大きくなるので０．１３〜０．２５
％とする。

Ｓｉ；０．０５％以下 Ｓｉは、酸化し易い元素であり、浸炭に際して表層部に
粒界酸化を起こしやすく、これが破壊の起点となって疲
労強度並びに靭性を低下させる。このためＳｉは極力少
ないほうが望ましく、少なくとも０．０５％以下である
ことが必要である。

Ｍｎ；０．３〜１．０％ Ｍｎは、焼入れ性を高めて強度、靭性を確保するのに重
要な元素であって、０．３％は必要とする。

一方このＭｎも酸化し易い元素であり１．０％を越える
と粒界酸化を起こしやすい。このため０．３〜１．０％
とする。

Ｎｉ　；　０．２〜１．２％ Ｎｉは、酸化しに＜＜、粒界強度を高め、鋼を強靭化す
るのに有効な元素である。Ｎｉは０．１０％未満は不可
避的に混入するものであるが、０．２％以下では効果は
小さい。しかし高価であるとともに量が増えると焼鈍軟
化性を妨げるので１．２％以下とする。

Ｃｒ　；　Ｏ，１〜１．０％ Ｃｒは、焼入れ性を高め鋼を強靭化するのに有効な元素
である。０．１０％未満は不可避的に混入するが、効果
を有効に発揮させるためには０．１％以上の添加を必要
とする。しかし１．０％を越えると粒界酸化の程度が大
きくなって疲労強度を低下させるので０．１〜１．０％
とすることが必要である。

Ｍｏ　；　０．２〜１．０％ Ｍｏは、Ｐによる粒界脆化を抑え鋼を強靭化するのに有
効である。このためには０．２％以上の添加を必要とす
るが高価であるのと焼鈍軟化性を妨げる元素であるので
１．０％以下とする。

Ｐ；０．０２０％以下 Ｐは、粒界に偏析して靭性を低下さすので０．０２０％
以下とする。しかじ脱Ｐにはコストアンプを伴うので実
用的に得られる下限は０．００３％である。

Ｓ；０．００５〜０．０３０％ Ｓは、ＭｎＳを形成し被削性を確保するのに重要な元素
であり、このためには０．００５％以上とする。しかし
０．０３０％を超えると靭性の低下が大きくなるので０
．００５〜０．０３０％の間とする。

Ｎｂ；０．０１〜０．１０％ Ｎｂは、オーステナイト粒度を微細化し靭性を高めるの
に有効な元素であり、０．０１％以上必要とする。しか
し０．１０％を越えて添加しても効果は飽和するので０
．０１〜０．１０％とする。

Ｔｉ；０．００５％以下 Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成し歯面にピ、７チン
グを起こしやすくするので０．００５％以上混入させな
いことが必要である。

５ａ１１．Ａｌ　；　０．０１〜０．１０％Ｓｏ！ｔ、
Ａｌは、脱酸材として重要であり、０．０１％以上の添
加が必要である。しかし０．１％を越えると鋼の清浄性
が低下して靭性が低下するので、０．０１〜０．１０％
とする。

Ｎ　；　０．　ＯＯ５〜０．０２０％ Ｎは、ＮｂやＡ１と結合して窒化物を形成し粒を微細化
するのに有効な元素であり、この目的のためには０．０
０５％以上を必要とする。しかしＯ，０２０％を越える
と靭性を低下させるので０．００５〜０、０２０％の範
囲とする。

○；０．００１５％以下 ０が、０．００１５％を越えると酸化物の量が多くなっ
て歯面にピッチングを起こしやすくなるので０．００１
５％以下とすることが必要である。

Ｃｅｑ；　０．５０〜０．７５％ Ｃｅｑが、０．５０％未満では歯車の強度を確保するこ
とができない。一方０５７５％を越えると焼鈍後の硬さ
が高くなってしまうので０．５０〜０．７５％の間とす
る。なおＣｅｑは本発明者らが鋭意研究の結果下式で与
えられることが判った。

Ｃｅｑ＝　Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｎｉ／　４　＋Ｃｒ／　
５　＋Ｍｏ／　４本式はよく用いられる溶接硬化性の指
標である次式のＣｅｑとはＮｉの係数が大きく異なる。

Ｃｅｑ＝　Ｃ＋Ｍｎ／　６　＋Ｎｉ／１５＋Ｃｒ／　５
　＋Ｍｏ／　４即ち硬化性に対してＮｉの寄与はかなり
小さいが、軟化性に対してはＮｉの影響は大きく軟化性
を妨げるものである。

Ｄ、８６０　〜１　０　０　重態 Ｄ１値は、綱の焼入れ性を表す値であり、所望とする歯
元の強度を確保するにはり、は６０■■以上であること
が必要である。しかしり、力月ＯＯ鶴を越えると焼入れ
歪みが大きくなって歯車の変形が大きくなるのでり、は
６０〜１００ｍの間であることが必要である。なおりＩ
を求める弐はオーステナイト粒度８番として下式により
求める。

Ｄ　、　＝　７．９５　Ｊ７ｊｆ−（１＋３　、３３Ｍ
ｎ）　（１＋０．５２Ｎ　ｉ）　（１＋２．３３Ｃｒ）
　（１＋３．１４Ｍｏ）鋼片の加熱温度；８５０〜９５
０℃。

熱間圧延に際して加熱温度が、９５０℃を越えるとオー
ステナイト粒が粗大化して綱の焼入れ性が増し、軟質な
組織を得ることが出来ない。しかし８５０℃未満では圧
延機にかかる負荷が太き（なってしまうので８５０〜９
５０℃の間とする。

最終仕上げ温度；６５０〜８５０℃。

棒鋼圧延における最終仕上げ温度が、８５０℃より高い
場合には微細で軟質な、かつ焼鈍に際して軟質化し易い
組織を得ることが困難となる。

方６５０℃未満では表面疵の発生が著しくなるので仕上
げ温度は６５０〜８５０℃の間とする。仕上げ温度の調
節にはミル（圧延機）間に配置した水冷帯により水冷を
施して行う。

圧延後の冷却速度；１℃／ｓｅｃ以下。

冷却速度が、１℃／ｓｅｃより大きいとパーライトの間
隔が小さくなって軟質な棒鋼が得られないので冷却速度
は１℃／ｓｅｃ以下とする。

組織；フェライト＋パーライト。

圧延材の組織にベーナイトが混じると焼鈍で軟質化しに
くいので組織はフェライト＋パーライトであることが必
要である。なお低い仕上げ温度においてはパーライトが
層状でなく粒状になることがあるが、軟質化の面からこ
れは好ましいものであり、組織がフェライト＋パーライ
ト＋粒状炭化物あるいはフェライト十粒状炭化物であっ
てもなんら差支えない。

（実施例） 本発明によるものの実施例について説明すると以下の如
くである。

第１表に本発明者等の用いた供試材の化学成分を示す。

即ち！１ｌＡ−ＤはＭｎ、　Ｎｉ、　Ｃｒ、　？Ｔｏを
調節した本発明に係わる鋼であり、＠Ｅは従来ｆｉｓｃ
Ｍ４１８、綱Ｆは比較のために用いた高Ｎｉｌである。

次の第２表にはこれら鋼のジョミニー試験値を示す。鋼
Ａ−Ｄはいずれの鋼も鋼Ｅと同等の焼入れ性を示してい
る。

第２表 更に、次の第３表に２５φ棒鋼の圧延条件を示すが、条
件１は通常圧延−放冷の条件、条件２は制御圧延−徐冷
の条件である。

第 表 上記したような各鋼を前記第３表の条件工または２で圧
延した後の組織と、機械的性質ならびに軟化焼鈍後の機
械的性質を第４表に示す。綱Ａを条件１で圧延した場合
は条件２で圧延した場合より圧延材、焼鈍材とも強度が
高く延性に欠ける。

本発明鋼Ａ−Ｄは炭素当量を下げたために［Ｆより軟質
であり、鍛造工具の寿命は鋼Ｆより長くなる。

第 表 上記した第４表の素材を用い浸炭焼入れした歯車の特性
を次の第５表に示す。何れも良好な浸炭硬化特性を示し
ているが、鋼Ｅは粒界酸化層の深さが１８μｍと深く、
衝撃破壊に対して起点となる。また綱Ｅ、Ｆはオーステ
ナイト粒が粗大化しており、歯車の焼入れに際して変形
が大きい。

第 表 なお添附図面第１図に上記した各鋼浸炭材の衝撃値を示
す。２５℃において鋼ＡはｆｉＥに比較して約２倍の高
靭性であり、鋼Ｂと鋼Ｃは鋼Ｅの約４倍、網りは約８倍
の高い靭性を有している。綱Ｆは高Ｎｉであるが、粗大
粒が発生しているため靭性は１ｉｌＤなみである。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは軟化焼鈍性に優
れ、焼入れ歪みが小さくて冷間鍛造性の良好な強靭性歯
車を適切に提供し得るものであって、工業的にその効果
の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は本発明の実施例および比較例による浸炭材の衝撃値の
温度依存性を示した図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．１３〜０．２５ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５ｗ
   ｔ％以下、Ｍｎ：０．３〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ：０．１
   〜１．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．２〜１．０ｗｔ％、Ｐ：０
   ．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５〜０．０３０ｗｔ
   ％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０ｗｔ％、Ｔｉ：０．００
   ５ｗｔ％以下、 ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．１ｗｔ％、 Ｎ：０．００５〜０．０２０ｗｔ％、Ｏ：０．００１５
   ｗｔ％以下を含有し、残部不可避的元素およびＦｅより
   成る鋼で、下記 I 式に規定される炭素当量Ｃｅｑが０
   ．５０〜０．７５％であり、更に下記II式に規定される
   理想臨界直径Ｄ＿１が６０〜１００ｍｍの鋼片を棒鋼に
   圧延するに際し８５０〜９５０℃に加熱してミル間で水
   冷を施すことにより最終仕上げ温度を６５０〜８５０℃
   の間として圧延を行った後、１℃／ｓｅｃ以下の冷却速
   度で徐冷し、フェライトとパーライトよりなる組織とす
   ることを特徴とする焼鈍軟化性に優れた強靭歯車用鋼の
   製造方法。 Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４・・・・・
   I Ｄ＿１＝７．９５√（ｃ）（１＋３．３３Ｍｎ）（
   １＋２．３３Ｃｒ）（１＋３．１４Ｍｏ）・・・・・I
   I２、Ｃ：０．１３〜０．２５ｗｔ％、Ｓｉ：０．０５
   ｗｔ％以下、Ｍｎ：０．３〜１．０ｗｔ％、Ｎｉ：０．
   ２〜１．０ｗｔ％、Ｃｒ：０．１〜１．０ｗｔ％、Ｍｏ
   ：０．２〜１．０ｗｔ％、Ｐ：０．０２０ｗｔ％以下、
   Ｓ：０．００５〜０．０３０ｗｔ％、Ｎｂ：０．０１〜
   ０．１０ｗｔ％、Ｔｉ：０．００５ｗｔ％以下、ｓｏｌ
   ．Ａｌ：０．０１〜０．１０ｗｔ％、Ｎ：０．００５〜
   ０．２０ｗｔ％、Ｏ：０．００１５ｗｔ％以下を含有し
   、残部不可避的元素およびＦｅより成る鋼で、下記 I
   式に規定される炭素当量Ｃｅｑが０．５０〜０．７５％
   であり、更に下記II式に規定される理想臨界直径Ｄ＿１
   が６０〜１００ｍｍの鋼片を棒鋼に圧延するに際し８５
   ０〜９５０℃に加熱してミル間で水冷を施すことにより
   最終仕上げ温度を６５０〜８５０℃の間として圧延を行
   った後、１℃／ｓｅｃ以下の冷却速度で徐冷し、フェラ
   イトとパーライトよりなる組織とすることを特徴とする
   焼鈍軟化性に優れた強靭歯車用鋼の製造方法。 Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／４＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４
   ・・・・・ I Ｄ＿１＝７．９５√（ｃ）（１＋３．３
   ３Ｍｎ）（１＋０．５２Ｎｉ）（１＋２．３３Ｃｒ）（
   １＋３．１４Ｍｏ）・・・・・（II）