JPH0483849A - 軟窒化用鋼 - Google Patents

軟窒化用鋼

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JPH0483849A
JPH0483849A JP19987490A JP19987490A JPH0483849A JP H0483849 A JPH0483849 A JP H0483849A JP 19987490 A JP19987490 A JP 19987490A JP 19987490 A JP19987490 A JP 19987490A JP H0483849 A JPH0483849 A JP H0483849A
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利光 藤井
Sadayuki Nakamura
中村 貞行
Toshihiko Matsubara
松原 敏彦
Yoshiki Mizuno
孝樹 水野
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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、特に自動車のクランクシャフト用材料として
好適な軟窒化用鋼に関する。
(従来の技術) 自動車のクランクシャフトは、機械構造用炭素鋼を鍛造
などの方法により所定形状に加工した後、主に疲労強度
の向上を目的として軟窒化処理により表面を硬化させて
製造されることも多い。
従来、このような用途には、JIS−345C(0,4
5C−0,75Mn)やJ I S−848C(0,4
8CO,75Mn)などの機械構造用炭素鋼が用いられ
ていた。
しかし、これらの鋼は、軟窒化処理後の有効硬化深度(
微小ビッカース硬さHv=300に対応する表面からの
距離)が0.10mm程度と浅く、表面硬さ(表面下2
5μmでの微小ビッカース硬さ)もHv=400程度と
硬くないためにクランクシャフトとして適用した場合に
は疲労強度の点て十分ではなく、高出力のエンジンには
利用できなかった。
そこで、より高い疲労強度が要求される場合には、窒化
物形成元素であるAI及びCrを多量に添加したJIS
−SACM  645(0,45CO,4Si−1,5
0r−0,2Mo−1,0Al)や炭素鋼にVを添加し
た鋼(0,45C−0,75Mn0.l0V)か用いら
れていた。
(発明が解決しようとする課題) このようにJIS−3ACM  645等の従来の軟窒
化用鋼は、ACCr、V等の窒化物形成元素を含んでお
り、表層の硬化が顕著であるため疲労強度の向上の要請
にはある程度満足できるものの、クランクシャフト用材
料として適用する場合には、次のような新たな問題かあ
る。
軟窒化用鋼によりクランクシャフトを製造する場合には
、通常、クランクシャフト形状に加工し、軟窒化処理し
た後、仕上げ工程において途中の製造工程で生した曲が
りを矯正処理する。しかし、上記したような従来の軟窒
化用鋼では、窒化層か高硬度であるため曲げ矯正処理時
にクランクシャフト表面の窒化層に割れが生しる(即ち
、曲げ矯正性か悪い)という問題かある。
このように従来の軟窒化用鋼には、疲労強度向上のため
に軟窒化処理をした場合に曲げ矯正性か低下してしまい
、自動車のクランクシャフト材料として不適当であると
いう問題がある。
そこで本発明は上記問題点を解決し、疲労強度向上の目
的で軟窒化処理した場合であっても、曲げ矯正が容易で
、かつ曲げ矯正時に窒化層に割れ等が生じることかない
(即ち、曲げ矯正性が優れている)軟窒化用鋼を提供す
ることを目的とする。
(課題を解決するための手段及び作用)上記の問題点を
解決するため鋭意検討を行った結果、Siの増加は軟窒
化処理後の表面硬さや硬化深さを低下させることが分か
った。従って、Siは、疲労強度は若干低下させるもの
の、曲げ矯正性の改善には非常に有効な元素であるとい
える。
そして、このようなSiの増加による疲労強度の低下は
、C及び窒化物を形成しない元素であるMnの増加によ
る小部硬さの向上により、補完できることか判明した。
特に、Mnは、窒化層の靭性を向上させることにより、
曲げ矯正性の改善にも有効であることも分かった。以上
の知見に基づき、従来にはない高Si−高Mnタイプの
軟窒化用鋼を開発するに至った。
本発明は、C:0.35〜0.65重量%、sl:0、
35〜2. O0重量%、Mn : 0.80〜2.5
0重量%、Cr:0.20重量%以下及びA I! :
 0.035重量%以下を含有し、残部がFe及び不可
避的不純物からなることを特徴とする軟窒化用鋼(以下
「第1の軟窒化用鋼」という)を提供する。
また、本発明は、第1の軟窒化用鋼に、更にNi:3.
0重量%以下、Cu:1.0重量%以下及びM。
0.5重量%以下からなる群より選ばれる1種以上を含
有させた軟窒化用鋼(以下「第2の軟窒化用鋼」という
) 第1の軟窒化用鋼に、更にPb:0.03〜0.35重
量%、Ca : 0.0010〜0.0100重量%及
びS:0.04〜0.13重量%からなる群より選ばれ
る1種以上を含有させた軟窒化用鋼:第1の軟窒化用鋼
に、更にBをo、 o o s o重量%以下含有させ
た軟窒化用鋼: 第2の軟窒化用鋼に、更にBを0.0080重量%以下
含有させた軟窒化用鋼 第2の軟窒化用鋼に、更にPb:0.03〜0.35重
量%、Ca:O,0O10〜0.0100重量%及びS
 : 0.04〜0.13重量%からなる群より選ばれ
る1種以上を含有させた軟窒化用鋼(以下「第3の軟窒
化用鋼」という):並びに 第3の軟窒化用鋼に、更にBを0.0080重量%以下
含有させた軟窒化用鋼、を提供する。
本発明の軟窒化用鋼を構成する元素の組成を、上記の範
囲内に限定した理由は以下のとおりである。
Cは、Siの増加により低下した疲労強度を補うために
重要な元素である。Cの含有量を0.35〜0.65重
量%としたのは、0.35重量%未満であると芯部硬さ
が低下し、全体の強度が低下するためてあり、0.65
重量%を超えると靭性や加工性か低下するためである。
好ましいCの含有量は0.45〜0.58重量%である
Siは曲げ矯正性を確保するために重要な元素である。
Slの含有量を0.35〜2.00重量%としたのは、
0.35重量%未満であると軟窒化処理後の曲げ矯正性
が悪く、2.00重量%を超えると疲労強度の低下が著
しく、また、靭性や加工性も低下するためである。好ま
しいSiの含有量は0.35〜1.00重量%である。
MnはSiの増加により低下した疲労強度を補うために
重要な元素である。Mnの含有量を0.80〜2.50
重量%とじたのは、0.80重量%未満であると芯部硬
度や靭性が低下するためであり、2.50重量%を超 
えると加工性か低下するためである。
好ましいMnの含有量は1.20〜1.60重量%であ
る。
Crの含有量を0.20重量%以下としたのは、Crは
軟窒化処理時において侵入Nと結合し、表面硬さを高め
、硬化深さを大きくし疲労強度を向上させるという利点
かあるものの、0.20重量♀6を超えて添加すると曲
げ矯正性の低下か著しいためである。好ましいCrの含
有量は0.15重量%以下である。
Aj2の含有量を0.035重量%以下としたのはCr
と同様の理由である。なお、Alは溶融時において脱酸
剤としても作用する成分である。好ましいAlの含有量
は0.020重量%以下である。
Ni、Cu及びMoは、軟窒化処理時において侵入Nと
結合することがないため、その添加により曲げ矯正性が
低下することはなく、一方で固溶強化により強度を向上
させる。
Niの含有量を3.0重量%以下とし、Cuの含有量を
1.0重量%以下とし、Moの含有量を0.5重量%以
下としたのは、いずれの元素も含有量の上限を超えると
加工性が低下するためである。好ましい含有量はNiが
1.50重量%以下、Cuか0.50重量%以下、%i
oか0.50重量%以下である。
Pb、Ca及びSは、軟窒化処理時において侵入Nと結
合することかないため、その添加により曲げ矯正性が低
下することはなく、一方で軟窒化処理前の鋼に快削性を
付与する。また、Pbは、軟窒化特性を低下させ、曲げ
矯正性を向上させる。
Pbの含有量を0.03〜0.35重量%としたのは、
0.03重量%未満であると快削性が低下し、0.35
重量%を超えると強度及び靭性か低下するためである。
好ましいPbの含有量は0.15〜0.30重量%であ
る。
Caの含有量を0.0010〜0.0100重量%とじ
たのは、0.0010重量%未満であると快削性が低下
し、0.0100重量%を超えて添加することは鋼の溶
製上困難だからである。好ましいCaの含有量は0.0
005〜0.0025重量%である。
Sの含有量を0.04〜0.13重量%とじたのは、0
.04重量%未満であると快削性が低下し、0.13重
量%を超えると強度及び靭性が低下するためである。好
ましいSの含有量は0.04〜0.07重量%である。
Bは、軟窒化処理時に侵入Nと結合してBNとなるが、
BNは硬度が低いので却って軟窒化特性か向上し、曲げ
矯正性が低下することはない。また、Bを所定量含有さ
せると焼入後の芯部硬さを向上させることかでき、特に
太物部品にした場合の強度向上に有効である。
Bの含有量を0.0 O80重量%以下としたのは、0
、0080重量%を超えて添加しても、増量したことに
よる効果の向上はなく、製造コストの上昇を招(だけだ
からである。好ましいBの含有量は0、0040重量%
以下である。
(実施例) 実施例1〜19及び比較例1〜8 第1表に示す組成の各元素を含有し、残部が鉄と不可避
的不純物からなる軟窒゛化用鋼材料(比較例1はJIS
−848C,比較例2はJIS−3ACM645である
)を、小型真空溶解炉により溶製して、各々50kgの
棒状のインゴットを得た。
次に、このインゴットを、1200℃の温度下、第1段
の鍛造で直径70cmの丸棒にし、更に同温度下、第2
段の鍛造で直径20cmの丸棒にした。
その後、前記丸棒を870°Cで2時間加熱し、空冷す
る焼きならし処理をして、直径10cm、長さ130c
mの供試体(切欠係数 α−1,84)を調製した。次
に、この供試体に580℃、90分間の条件で軟窒化処
理(タフトライト処理)した。
この軟窒化処理した供試体について、以下の方法により
軟窒化性の評価、回転曲げ疲れ試験及び曲げ矯正試験を
した。結果を第1表に示す。
軟窒化性評価 表面のビッカース硬度、ビッカース硬度
が300までの表面からの深さ及び内部(供試体の芯部
付近)のビッカース硬度を測定した。
回転曲げ疲労試験、疲労限度を小野式により測定した。
曲げ矯正試験・供試体を、loOcm間隔の二つの支点
上に水平に置き、供試体の前記支点間の中間部に荷重を
加えた場合(二点支持中央集中荷重)に、シャフト表面
に割れか生じるまでのたわみ量で評価した。
(以下余白) (発明の効果) 本発明の軟窒化用鋼は、所定量のC,Si、Mn、Cr
及びAlを含有し、残部がFeと不可避的不純物からな
るものであり、更に、前記軟窒化用鋼に所定量のNi、
Cu及びMo ; Pb、Ca及びS並びにBを適宜組
み合わせて含有させてなるものである。
本発明の軟窒化用鋼はこのような組成であることから、
従来の軟窒化用鋼と比べて、同程度の芯部硬さを保持し
たまま、表面硬さを低くすることができる。従って、本
発明の軟窒化用鋼は、優れた疲労強度を保持したまま、
曲げ矯正性が向上されており、曲げ矯正時において窒化
層に割れ等が生じることがない。
本発明の軟窒化用鋼は、特に自動車のクランクシャフト
用材料として好適である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:0.35〜0.65重量%、Si:0.35
    〜2.00重量%、Mn:0.80〜2.50重量%、
    Cr:0.20重量%以下及びAl:0.035重量%
    以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる
    ことを特徴とする軟窒化用鋼。
  2. (2)更にNi:3.0重量%以下、Cu:1.0重量
    %以下及びMo:0.5重量%以下からなる群より選ば
    れる1種以上を含有する請求項1記載の軟窒化用鋼。
  3. (3)更にPb:0.03〜0.35重量%、Ca:0
    .0010〜0.0100重量%及びS:0.04〜0
    .13重量%からなる群より選ばれる1種以上を含有す
    る請求項1記載の軟窒化用鋼。
  4. (4)更にBを0.0080重量%以下含有する請求項
    1又は2記載の軟窒化用鋼。
  5. (5)更にPb:0.03〜0.35重量%、Ca:0
    .0010〜0.0100重量%及びS:0.04〜0
    .13重量%からなる群より選ばれる1種以上を含有す
    る請求項2記載の軟窒化用鋼。
  6. (6)更にBを0.0080重量%以下含有する請求項
    5記載の軟窒化用鋼。
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WO2016035519A1 (ja) * 2014-09-02 2016-03-10 新日鐵住金株式会社 非調質型軟窒化部品

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WO2016035519A1 (ja) * 2014-09-02 2016-03-10 新日鐵住金株式会社 非調質型軟窒化部品
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