JPH04160135A - 浸炭用鋼 - 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］ 本発明は耐ピツチング性に優れた浸炭用鋼に関し、詳細
には高炭素浸炭処理により表層部に微細な球状炭化物が
析出し表面硬さ及び耐ピツチング性が大幅に向上した浸
炭用鋼に関するものである。

［従来の技術］ 自動車や各種産業機械に用いられている歯車・シャフト
・軸受等の機械構造用部品には優れた耐疲労性や耐摩耗
性が要求され、ＪＩＳ　Ｇ　４１０４やＧ　４１０５に
代表されるクロム鋼、クロムモリブデン鋼等を用いて、
浸Ｒ処理を施して製造されてい、　　る。

近年上記部品類の小形軽量化、並びにエンジンの高出力
化に対応するための高強度化が指向される。その中で、
機械構造用部品である歯車やシャフト等に対しては、特
に曲げ疲労強度と耐ピツチング性の向上が要求されてい
る。

曲げ疲労強度を向上させるには、表層部の圧縮残留応力
を増大させることが有効であり、特開平１−３０６４２
１号公報には用いる浸炭用鋼の化学成分を調整して浸炭
後の表層部に不完全焼入層が発生するのを抑え、その後
強力なショットピーニングを施すことにより、曲げ疲労
強度を大幅に向上させる方法が開示されている。

一方耐ピッチング性を向上させるには表面硬さを増大さ
せることが効果的であり、表面硬さを増大する手段とし
て高炭素浸炭処理がある。即ち浸炭材表層部の炭素量を
通常の０．８〜１．０％から２〜３％程度という高い濃
度にすれば、浸炭材表層部のマルテンサイトのマトリッ
クス中に多量の炭化物を生成して分散させることによフ
て浸炭材の表面硬化が期待できる。

しかしながら、クロム鋼やクロムモリブデン鋼等の前記
ＪＩＳ規格規格用いて高炭素浸炭を行った場合には、浸
炭層中の炭化物が表面硬化に有効な球状には形成されず
、網目状に析出して焼割れが発生し易くなったり、耐ピ
ツチング性がかえって低下したりするという問題を有し
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記事情に着目してなされたものでありて、高
炭素浸炭処理により表層部に微細な球状炭化物を析出さ
せて耐ピツチング性を大幅に向上できる浸炭用鋼を提供
しようとするものである。

［ａ題を解決するための手段］ 上記目的を達成した本発明とは、 Ｃ：　０．１〜０．５％ Ｓ　ｉ　：　０．０５％以上０．５％未満Ｍ　ｎ　：　
０．３〜１．５％ Ｓ　　：０．０３％以下 Ｐ　　：０．０２％以下 Ｃｒ　：２〜８％ Ａ　Ｉ　：　０．（１１５〜０．（１６％Ｎ　　：　０
．００５〜０．０２０％ ０　　：　０．００２％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、表面
炭素濃度が２．０％以上となるように浸炭処理を施すこ
とによって、表層部に平均粒径５μｍ以下の微細な球状
炭化物が面積率で３０％以上析出することを要旨とする
ものであり、さらに上記成分に加えて Ｎｉ：０．５　〜４　％ Ｍ　ｏ　：　０．０５〜１．０％ Ｖ　　：０．１〜２．０％ Ｎ　ｂ　：　０．０１〜０．５％ を含有させれば、より大幅な耐ピツチング性の改善が期
待できる。

［作用コ 本発明者らは鋭意研究の結果、高炭素浸炭処理焼もどし
処理するだけで表層部に微細な球状炭化物を析出させ、
表面硬さもＨＶ８００以上が得られ耐ピツチング性が大
幅に向上する浸炭用鋼を発明した。

以下各成分の限定理由を説明する。

Ｃ：Ｃは鋼材の６部硬さを確保する目的で、０．１％以
上の添加が必要であるが、０．５％を超えると硬さが過
大とな）て靭性が低下すると共に被剛性も低下するので
Ｃ含有量は０．１〜０．５％に限定した。

Ｓｉ：Ｓｉは溶鋼の脱酸に有効な元素であり、０．０５
％以上添加させるが、０．５％を超えると浸炭性を阻害
し、表面炭素濃度が低下し炭化物の生成が阻害されると
共に、粒界酸化層が深くなり曲げ疲労強度が低下してし
まう。そこでＳｉ含有量は０．０５％以上０．５％未満
に限定した。

Ｍｎ：溶鋼の脱酸及び焼入性の向上に有効な元素であり
、０．３％以上添加するが、１．５％を超えると焼入性
が過大となって６部硬さが高くなりすぎ靭性を低下させ
ると共に被剛性を低下させる。このためＭｎ含有量は０
．３〜１．５％に限定した。

Ｓ：Ｓは鋼中において硫化物系介在物として存在し、被
剛性の向上に有効な元素である。但しＳ含有量が０．０
３％を超えると上記ＭｎＳが起点となってピッチングを
発生させ、かつ靭性を劣化させるので０．０３％を上限
とした。

Ｐ：Ｐは靭性を低下させる元素であり、含有量は極力低
減させる必要がある。従フてＰ含有量は０．０２％以下
に限定した。

Ｃｒ　：　Ｃｒは６部硬さを向上させると共に、高炭素
浸炭処理を行った際に球状の炭化物を形成し高い表面硬
さを確保するのに有効な元素である。しかしながらＣｒ
含有量が２％未満では上記の効果が不十分であり、一方
８％を超えて添加しても効果は飽和されるので、Ｃｒ含
有量は２〜８％に限定した。

Ａｌ　：Ａ１は脱酸と結晶粒度の微細化に有効な元素で
ある。Ａ１含有量が０．０１５％未満ではこの様な効果
が不十分であり、０．０６％を超えると結晶粒度の微細
化効果は飽和する。このためＡ１含有量は０．０１５〜
０．０６％に限定した。

ＮＵＮはＡ１やＶ等と結合して窒化物を生成し、結晶粒
度を微細化させる元素であり、０．００５％以上必要と
する。しかし０．０２０％を超えて添加しても効果は飽
和するのでＮ含有量はｏ、ｏｏｓ〜０．０２０％に限定
した。

ｏ：ｏはＡ１やＳＬと結合して鋼中で酸化物系介在物（
Ａ１２０５．５ｉｎ２）を生成する有害な元素であり、
Ｏ含有量が多くなると硬質の酸化物系介在物が生成され
、疲労破壊の起点となったり被剛性に悪影響を及ぼす、
従って０含有量は０．００２％を上限とした。

Ｎｉ　：Ｎｉは浸炭層の靭性増大と、浸炭層および６部
の焼入性確保に有効な元素であり、０．５％以上添加す
るのが望ましい、但し４％を超えて添加しても効果は飽
和するので、Ｎｉ含有量は０．５〜４％が好ましい。

Ｍｏ：Ｍｏは浸炭層の焼入性を大幅に増大させ、不完全
焼入層の生成を抑制するのに有効な元素であると共に炭
化物形成元素であり、Ｃｒとの複合炭化物を形成して炭
化物の硬さを増大させ、浸炭材の表面硬さをより高める
。従って０．０５％以上添加するのが望ましい、しかし
１．０％を超えて添加しても効果は飽和するのでＭｏ含
有量は０．０５〜１．０％であることが好ましい。

Ｖ、Ｎｂ　：　Ｖ、Ｎｂは鋼中のＣやＮと結合して炭窒
化物を生成し、結晶粒を微細化させて靭性を増大させる
のに有効な元素であると共に、ＭＯと同様に複合炭化物
を形成し表面硬さを高めるので、■は０．１％以上、Ｎ
ｂは０．０１％以上含有させるのが望ましい。但し■含
有量が２．０％、Ｎｂ含有量が０．５％を超えて添加し
ても、これらの効果は飽和するのでＶ含有量は０．１〜
２，０％、Ｎｂ含有量は０．Ｏ１〜０．５％とするのが
望ましい。

次に高炭素浸炭材の炭化物生成状況について説明する。

表面炭素濃度が２．０％未満では炭化物の生成量が少な
く、高い硬度層が得られない。また生成した炭化物が網
目状に析出し、焼割れが発生し易くなったり、耐スポー
リング性が低下する。従って表面炭素濃度は２．０％以
上に限定した。

表層部における炭化物の平均粒径が５μ重を超えると疲
労性が低下するので炭化物の平均粒径は５μ−以下に限
定した。

さらに炭化物の面積率が３０％未満では表面硬さが増大
せず耐ピツチング性の向上効果は認められないので３０
％以上に限定した。

［実施例］ 五五■ユ ′ｆＳｆ表に示す如く化学成分が異なる種々の鋼材を用
いて小型炉で溶製したものを熱間鍛造、焼ならしした後
２５＋＋＋＋ＩｌφＸ１００ｍｍに機械加工し、高炭素
浸炭焼入ＩＡ理後焼もどし処理し試験片を得た。該試験
片について表層部の炭素濃度、硬さ及び表面から０．０
５ｍ＋＋＋の炭化物生成状況を調ベピッチング試験を行
フた。

結果は第２表に示す。

尚上記高炭素浸炭焼入処理は、機械加工した試験片を平
衡炭素濃度が２．０％以上である浸炭雰囲気中において
、８７０℃で５時間保持して油焼入れし、１８０℃で２
時間保持して焼もどし処理することにより行った。

またピッチング試験は、円筒試験片（７０■φｘｚ４ｍ
ｍ）を用い、回転数３００　Ｏｒｐｍ　、すべり率−４
０％１面圧３５０　ｋｇｆ／ｍｍ”の試験条件によりピ
ッチングが発生するまでの繰り返し数でもって評価した
。

Ｎ０１１〜１５は本発明に係る実施例であり、いずれも
表面炭素濃度が２％以上であると共に、平均粒径５μ腸
以下の球状微細炭化物が面積率３０％以上で分散してお
り、表面硬さはＨＶ８００以上と高く、耐ピツチング性
も著しく優れている。

Ｎｏ、１６〜２２は本発明に係る化学成分のうちいずれ
か１つ以上を満足していない場合の比較例である。Ｎｏ
、１６〜１９はＣｒの含有量が少なすぎる場合の比較例
であり、表面炭素濃度はいずれも２％未満と低く、しか
も炭化物は網目状に生成され面積率も低い、従って表面
硬さがＨＶ７５０未満と低く、耐ピツチング性も本発明
鋼の５分の１以下である。Ｎｏ、２０はＣｒ含有量が高
い場合で、耐ピツチング性の向上効果は発明鋼Ｎ００４
に比べほとんど認められない。またＮｏ、２１．２２は
Ｓ、０含有量が高い場合で、耐ピツチング性は発明鋼Ｎ
ｏ、　１に比べ劣っている。

比較例 第１表に示した発明鋼２．６，１２．１３及び比較鋼１
．２の６種の鋼材を用いて平衡炭素濃度が１．２％の浸
炭雰囲気中において、９２５℃で３時間保持して油焼入
れし、１８０℃で２時間保持して焼もどし処理した以外
は実施例１と同様にして試験片を得、表層部の炭素濃度
、硬さ及び表面から０．０５ｍｍの炭化物生成状況を調
べ、ピッチング試験を行った。

結果は第３表に示す。

Ｎｏ、３１〜３６は２．０％以上の高炭素雰囲気下で浸
炭処理を行なっていない場合の比較例であり、いずれも
表面炭素濃度が２％末溝であり、表面硬さが低い。

Ｎｏ、３１〜３４は発明鋼を用いたものであるが、微細
球状炭化物が分散しておらずまた炭化物面積率も低いの
でピッチング性は劣る。

Ｎｏ、３５．３６は比較鋼を用いたものであり、炭化物
は生成しておらず耐ピツチング性は著しく劣る。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、高炭素浸炭処
理により表層部に微細な炭化物を析出させて耐ピツチン
グ性を大幅に向上できる浸炭用鋼が提供できることとな
った。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：０．１〜０．５％（重量％の意味、以下同じ
   ）Ｓｉ：０．０５％以上０．５％未満 Ｍｎ：０．３〜１．５％ Ｓ：０．０３％以下 Ｐ：０．０２％以下 Ｃｒ：２〜８％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０２０％ Ｏ：０．００２％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、表面
   炭素濃度が２．０％以上となるように浸炭処理を施すこ
   とによって、表層部に平均粒径５μｍ以下の微細な球状
   炭化物が面積率で３０％以上析出することを特徴とする
   浸炭用鋼。
2. （２）Ｃ：０．１〜０．５％ Ｓｉ：０．０５％以上０．５５未満 Ｍｎ：０．３〜１．５％ Ｓ：０．０３％以下 Ｐ：０．０２％以下 Ｃｒ：２〜８％ Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ｎ：０．００５〜０．０２０％ Ｏ：０．００２％以下 を含有し、かつ Ｎｉ：０．５〜４％ Ｍｏ：０．０５〜１．０％ Ｖ：０．１〜２．０％ Ｎｂ：０．０１〜０．５％ よりなる群から選択される１種以上を含有し、残部Ｆｅ
   および不可避不純物からなり、表面炭素濃度が２．０％
   以上となるように浸炭処理を施して、表層部に平均粒径
   が５μｍ以下の微細な球状炭化物を面積率で３０％以上
   存在させてなることを特徴とする浸炭用鋼。