JPH0453937B2

JPH0453937B2 -

Info

Publication number: JPH0453937B2
Application number: JP22984182A
Authority: JP
Inventors: Heijiro Kawakami; Morifumi Nakamura; Yoshitake Matsushima
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1982-12-28
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1992-08-28
Also published as: JPS59123743A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、熱処理歪量及びそのばらつきの少な
い浸炭用鋼に関する。歯車や軸受等の鋼製品は、耐磨耗性や耐疲労性
の改善を目的として浸炭焼入れ等の表面硬化処理
がなされることが多いが、この際に熱処理歪が不
可避的に発生し、しかも、上記浸炭処理が部品加
工の最終工程であるため、上記熱処理歪がそのま
ま製品に残されて、強度の低下等の有害な影響と
なつて現われる。このような問題を解決するため
に、焼入れの際に拘束治具を用いたり、或いは熱
処理歪の少ない焼入れ液を用いる等の方法により
熱処理歪の低減を図り、又は浸炭処理後に矯正を
行なう等の方法を採用しているが、いずれも多大
の費用と労力を要する問題がある。特に、例え
ば、自動車産業に代表されるように、省エネルギ
ーを背景として、部品の軽量化が推進されている
最近においては、部品は小型化、薄肉化する傾向
が強いが、このように部品を薄肉化した場合に、
上記の浸炭処理後の熱処理歪が大きくなるので、
従来にも増して熱処理歪の少ない浸炭用鋼が要望
されるに至つている。一般に、鋼におけるＣ及びその他の合金元素の
含有量を増すとき、その焼入れ性が高まつて、焼
入れ時にマルテンサイトやベーナイト組織の生成
量が多くなるために、芯部硬さが増すと共に熱処
理歪が増大する。本発明者らはかかる事実に鑑
み、鋼におけるＣ、Mn及びその他の合金元素の
含有量によつて本発明によつて規定される焼入れ
性パラメータ（以下、D〓と称することがある。）
が、上記各合金元素の含有量が所定範囲にあると
きは、その含有量の変動にもかかわらず、熱処理
歪挙動、特に熱処理歪率とそのばらつきがD〓に
より連続関数的に規制されることを見出して、本
発明に至つたものである。本発明による熱処理歪量及びそのばらつきの少
ない浸炭用鋼は、C0.22〜0.28重量％、Si0.35重量
％以下及びMn0.30〜1.5重量％を含有すると共
に、Al0.020重量％以上、0.050重量％未満及び
Ti0.005〜0.050重量％から選ばれる少なくとも１
種の元素と、Cr0.30〜1.50重量％とを含有し、残
部鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、上記元
素によつて次式で規定される焼入れ性パラメータ D〓＝25.4×（1.3％Ｃ＋0.1）×（2.1％Mn＋0.6）×（1
.4％Cr＋0.7）×（2.5％Mo＋1.0）（但し、％元素はその元素の重量％を示す。）が35〜45（mm）の範囲にあることを特徴とする。通常、浸炭用鋼においては、芯部強度や靱性を
考慮して、Ｃ量は0.12〜0.25重量％であるが、一
般にＣは焼入れ性を介して熱処理歪に関与するば
かりでなく、マルテンサイトやベーナイト等の中
間組織の結晶格子定数を変化させるため、他の合
金元素に比べて熱処理歪に与える影響が大きい。
本発明者らの実験によれば、Ｃ量が増せば歪量は
低減するが、歪のばらつきが大きくなるため、歪
が低位で安定するためには、0.22〜0.28重量％の
範囲にあることを要する。 Siは溶製時の脱酸元素として0.05重量％以上が
必要であるが、余りに多量に含有するときは、冷
間鍛造等の加工性が低下し、また、疲労強度も低
下するので、0.35重量％を上限とする。 Mnも脱酸脱硫元素として、また、焼入れ性を
増大させて、芯部強度を向上させるために0.30重
量％以上を含有する必要があるが、余りに多量に
含有するときは、芯部強度が高くなりすぎると共
に、後述する本発明による焼入れ性パラメータ
D〓を過度に大きくして歪量を大きくするので、
1.50重量％を上限とする。 Alは一般に浸炭加熱時のオーステナイト結晶
粒の成長を抑制する効果をもつが、0.020重量％
未満ではこの効果が殆ど発現されず、一方、
0.050重量％以上に多量に含有させても、上記効
果が飽和し、また、却つて転動疲労性を劣化させ
るアルミナ系介在物量も増すので、Al量は、
0.050重量％未満とする。 Tiも、Alと同様にいずれも浸炭加熱時のオー
ステナイト結晶粒の成長を抑制する効果をもつ
が、この効果が有効に発現されるためには、いず
れの元素についても0.005重量％以上含有させる
ことを要する。しかし、0.05重量％を越えて多量
に含有させても上記効果が飽和する。 Crは鋼の焼入れ性を向上させる合金元素であ
つて、0.30重量％以上を含有させるときにその効
果が有効に発現されるが、余りに多量に含有させ
るときは、芯部硬さが高くなりすぎたり、また、
表面に異常組織が生じたりするので、その上限は
1.50重量％とする。かかる化学成分組成を有する本発明による浸炭
用鋼は、更に、これら合金元素の鋼における含有
量によつて次式で規定される焼入れ性パラメータ D〓＝25.4×（1.3％Ｃ＋0.1）×（2.1％Mn＋0.6）×（1
.4％Cr＋0.7）×（2.5％Mo＋1.0）（但し、％元素はその元素の重量％を示す。以
下、同じ。）が35〜45mmの範囲にあることを要する。即ち、本発明者らの広範な実験による結果、上
記合金元素の含有量が上記所定範囲にあるとき、
その含有量の変動にかかわらず、歪量と歪のばら
つきがD〓に対して連続関数的に変化し、D〓が35
〜45mmの範囲にあるとき、歪を低位に安定させる
ことができる。D〓が35mmよりも小さいときは、
歪量は少なくなるが、そのばらつきが大きくな
り、一方、D〓が45mmよりも大きいときは、歪の
ばらつきは小さくなるが、歪量が大きくなる。本発明による熱処理歪量及びそのばらつきの少
ない浸炭用鋼は、上記合金元素に加えて、S0.03
〜0.40重量％、Pb0.05〜0.35重量％及びZr0.05〜
0.20重量％から選ばれる少なくとも１種の元素と
を含有していてもよい。これらＳ、Pb及びZrはいずれも被削性を向上
させる合金元素であるが、その効果が有効に認め
られるのは、Ｓについては0.03重量％以上、Pbに
ついては0.05重量％以上、また、Zrについては
0.05重量％以上である。しかし、余りに多量に含
有させるときは、鋼の強度特性を劣化させ、ま
た、被削性についても飽和現象が認められるの
で、その上限をS0.40重量％、Pb0.35重量％、
Zr0.20重量％とする。以上のように、本発明の浸炭用鋼は、特定の合
金元素を特定の範囲で含有すると共に、これら合
金元素の含有量によつて規定される前記焼入れ性
パラメータD〓を所定の範囲とすることによつて、
熱処理後の歪を低位に安定させることができる。以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本
発明はこれら実施例により何ら限定されるもので
はない。実施例１第１表に示す化学成分と焼入れ性パラメータ
D〓とを有する種々の鋼材を高周波炉にて溶製し、
この鋼材を1150℃に加熱して熱間鍛造し、直径80
mmの丸棒に加工し、これを925℃で２時間加熱し
た後、空気中で放冷する焼ならし処理をし、次
に、第１図に示すように、高さ25mm、内径58mm、
最少外径62mm、最大外径71mmであつて、胴部中央
部に幅７mm、深さ4.5mmの環状溝を有する薄肉円
筒型の歪試験片に加工した後、925℃で３時間加
熱して浸炭、油焼入れ（油温40／60℃、Ｈ値
0.50in^-1）を施した。この試験片について、浸炭
焼入れ処理前後の図示した内径の変化から歪量を
測定し、また、そのばらつきを標準偏差で求め
た。結果を第１表及び第２図に示す。第２図より
歪量及びそのばらつきがD〓に対して連続関数的
に変化し、D〓が35〜45mmの範囲にあるときに歪
を低位に安定させることができることが明らかで
ある。実施例２ SCr420を素材鋼として、本発明による鋼材と、
比較鋼、即ち、D〓は本発明の範囲内にあるが、
合金元素含有量が本発明の範囲外にある鋼材及び
D〓が本発明の範囲外であるが、合金元素含有量
が本発明の範囲内にある鋼材とを実施例１と同様
にして溶製した。これら鋼材の化学成分及びD〓
を第２表に示す。これら鋼材を用いて実施例１と同様にして試験
片を加工し、同様にして浸炭焼入れ（油温度
110／130℃、Ｈ値0.20in^-1）による熱処理歪の挙
動を調べた。結果を第２表に示す。本発明の浸炭用鋼によれば、熱処理歪量及びそ
のばらつきが少なく、歪が低位に安定しているこ
とが明らかである。

【表】

【表】実施例３ C0.23重量％、Si0.27重量％、Mn0.58重量％、
Cr0.99重量％、Al0.031重量％、残部鉄及び不可
避的不純物よりなる鋼を高周波炉にて溶製し、熱
間鍛造にて直径25mmの丸棒に鍛造した。次いで、
925℃で30分加熱した後、空気中にて放冷して、
焼きならし処理を行なつた。これを更に直径20
mm、高さ30mmの丸棒に機械加工し、端面拘束圧縮
試験を行なつて、据込み時の変形抵抗と割れが発
生し始める限界据込み率を求めた。また、平行部の直径が８mmの平滑疲労試験片を
機械加工し、925℃×３時間／油焼入れ、180℃×
２時間／空冷の条件で浸炭焼入れ、焼戻しを行な
つた後、回転曲げ疲労試験を行なつた。変形抵抗は81Kgｆ／mm²、限界据込み率は80％、
疲労限度は72Kgｆ／mm²であつた。また、回転曲
げ疲労試験の結果を第３図に示す。比較のために、C0.24重量％、Si0.54重量％、
Mn0.63重量％、Cr1.02重量％、Al0.027重量％、
残部鉄及び不可避的不純物よりなる鋼を用いた以
外は、上記と同様して、試験を行なつたところ、
変形抵抗は87Kgｆ／mm²、限界据込み率は70％、
疲労限度は62Kgｆ／mm²であつた。回転曲げ疲労
試験の結果は、第３図に示す。以上の結果から、Si量が0.5重量％を越えると
き、冷間鍛造性及び疲労強度が低下することが示
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は浸炭焼入れによる熱処理歪の挙動を調
べるために本発明において用いた試験用円筒を示
す断面図、第２図は本発明による焼入れ性パラメ
ータD〓と熱処理歪との関係を示すグラフ、第３
図は本発明鋼と比較鋼について、回転曲げ疲労試
験の結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.22〜0.28重量％、Si0.35重量％以下及び
Mn0.30〜1.5重量％を含有すると共に、Al0.020重
量％以上、0.050重量％未満及びTi0.005〜0.050重
量％から選ばれる少なくとも１種の元素と、
Cr0.30〜1.50重量％とを含有し、残部鉄及び不可
避的不純物よりなり、且つ、上記元素によつて次
式で規定される焼入れ性パラメータ D〓＝25.4×（1.3％Ｃ＋0.1）×（2.1％Mn＋0.6）×（1
.4％Cr＋0.7）×（2.5％Mo＋1.0）（但し、％元素はその元素の重量％を示す。）が35〜45（mm）の範囲にあることを特徴とする熱
処理歪量及びそのばらつきの少ない浸炭用鋼。２ C0.22〜0.28重量％、Si0.35重量％以下及び
Mn0.30〜1.5重量％を含有すると共に、Al0.020重
量％以上、0.050重量％未満及びTi0.005〜0.050重
量％から選ばれる少なくとも１種の元素と、
Cr0.30〜1.50重量％と、S0.03〜0.40重量％、
Pb0.05〜0.35重量％及びZr0.05〜0.20重量％から
選ばれる少なくとも１種の元素とを含有し、残部
鉄及び不可避的不純物よりなり、且つ、上記元素
によつて次式で規定される焼入れ性パラメータ D〓＝25.4×（1.3％Ｃ＋0.1）×（2.1％Mn＋0.6）×（1
.4％Cr＋0.7）×（2.5％Mo＋1.0）（但し、％元素はその元素の重量％を示す。）が35〜45（mm）の範囲にあることを特徴とする熱
処理歪量及びそのばらつきの少ない浸炭用鋼。