JPH0672280B2

JPH0672280B2 - 高靭性浸炭用鋼

Info

Publication number: JPH0672280B2
Application number: JP60138797A
Authority: JP
Inventors: 公博柴田; 隆松本; 勝典高田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-06-25
Filing date: 1985-06-25
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2009-09-14
Also published as: JPS621843A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は優れた靱性を有する浸炭用鋼に関する。

（従来の技術及び問題点）自動車用ハイポイドギヤ、差動ギヤなど衝撃的な荷重を
受ける部品には、靱性のよい鋼種が浸炭処理して用いら
れている。

しかし乍ら、自動車用エンジンの高出力化やギヤの小型
化に対応して、それらの部品に要求される耐衝撃強度は
次第に高くなってきているため、現在使われており、比
較的靱性のよいと云われているクロム・モリブデン鋼や
ニッケル・クロム・モリブデン鋼でも上記要求強度を満
足しない例もある。

その対応策としては、かゝる鋼種からなる部品の面粗度
の管理を厳密に行う方法がとられることがあるが、それ
では著しく生産性が阻害されてしまうという問題があ
る。

（発明の目的）本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされ
たものであって、従来の浸炭用鋼よりも優れた靱性を有
し、しかも生産性を阻害することなく必要部品を製造し
得る高靱性浸炭用鋼を提供することを目的とするもので
ある。

（発明の構成）上記目的を達成するため、本発明者等は、従来技術の欠
点の原因究明に努め、その対策を見い出すべく研究を重
ねたところ、Mo及びSiの添加により、浸炭温度において
も心部は安定したフェライトとオーステナイトの２相組
織を保ち、Ti添加によって浸炭層にはTi炭化物、窒化物
を析出させ、心部及び浸炭層ともに微細組織とし、更に
基地をMoで強化して、高い耐衝撃強度を与えることによ
り、可能であるとの知見を得て、更に詳細に検討を加え
た結果、こゝに本発明をなしたものである。

すなわち、本発明にかゝる高靱性浸炭用鋼は、C:0.05〜
0.2％、Mo:0.5％超〜1.0％で、かつ、Mo＋Si:1〜２％、
Mn:0.3〜1.5％及びTi:0.05〜0.2％含むことを基本成分
とし、更に必要に応じて、Cr:1.5％以下及びNi:2.0％以
下のうちの１種又は２種、及び／又は、結晶粒微細化元
素としてAl:0.1％以下及びN:0.03％以下のうちの１種又
は２種を含み、残部が実質的にFeからなり、オーステナ
イト−フェライト２相領域で浸炭することにより浸炭処
理後の組織として、心部は結晶粒度番号で９番以上の整
細粒のフェライト−マルテンサイト二相組織で、浸炭層
も結晶粒度番号で９番以上の整細粒であり、心部のシャ
ルピー衝撃値が12kgf・m/cm²以上であることを骨子とす
るものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

まず、本発明に係る高靱性浸炭用鋼の成分範囲（wt％）
の限定理由について示す。

C:0.05〜0.2％Ｃは機械構造用鋼としての強度、特に焼入れ後の硬さ確
保に有効な元素であり、浸炭処理後の心部強化のために
最低0.05％の添加が必要である。しかし、0.2％を超え
て添加すると、浸炭温度でオーステナイト単相となり、
心部組織の微細化が困難となるので、上限値は0.2％と
する。

Mo:0.5％超〜1.0％、かつ、Mo＋Si:1〜２％ Moは焼入れ硬さの確保及び基地の強化による靱性向上に
有効な元素であり、またSiと共に高温でフェライトを安
定化させるため、浸炭温度で微細なフェライト−オース
テナイト二相組織を実現し、靱性の向上を図るために
は、Mo:0.5％を超える量で、かつ、Mo＋Si:1％以上の添
加が必要である。また、Mo:0.5％を超える量の添加で高
靱性を得るためには、Moの添加量を最大１％で、かつ、
Mo＋Siを最大２％で十分であり、それ以上添加しても高
靱性化の効果が飽和する。したがって、Moの添加量を0.
5％超〜1.0％で、かつ、Mo＋Siの添加量を１％以上、２
％以下に限定する。

Mn:0.3〜1.5％ Mnは脱酸、脱硫に有効な元素である。十分な脱酸、脱硫
の効果を得るためには0.3％以上の添加が必要である
が、1.5％を超えて添加すると靱性が劣化するので、1.5
％添加を上限値とする。

Ti:0.05〜0.2％ TiはTi炭化物、窒化物などの析出物を形成し、心部及び
浸炭層の組織微細化に有効であるので、最低0.05％の添
加を必要とするが、0.2％を超えて多量に添加すると靱
性が低下するので、上限値を0.2％とする。

Cr:1.5％以下、Ni:2.0％以下 Cr、Niは鋼の焼入れ性をより一層向上させて基地の強化
を図るのに有効な元素であり、必要に応じて添加するこ
とができる。しかし、Crが1.5％を超え、又はNiが2.0％
を超える量で添加すると靱性が低下するので、添加する
ときはCr:1.5％以下、Ni:2.0％以下のうちの１種又は２
種を添加する。

Al:0.1％以下、N:0.03％以下 Al、Ｎは炭窒化物を形成し、結晶粒を微細化させ、鋼の
靱性を向上するのに有効な元素であるので、必要に応じ
てAl及びＮの１種又は２種を添加することができる。し
かし、Alの添加量が0.1％を超えると炭窒化物が粗大化
し、結晶粒微細化の効果が低下して靱性が低下するの
で、0.1％を添加の上限値とする。

また、Ｎ含有量が0.03％を超えるとＮのブローホール生
成によって鋼塊又は鋳片の健全性が損われるので、Ｎの
含有量は0.03％以下の範囲とする。

なお、被削性を向上させるためにPb:0.4％以下、S:0.4
％以下、Te:0.1％以下の範囲で、それらの元素の１種又
は２種以上を適宜含有させることも、必要に応じて望ま
しい。

以上のように成分調整した鋼をオーステナイト−フェラ
イト２相領域で浸炭処理することにより、心部は結晶粒
度番号で９番以上（通常、10番以上）の整細粒のフェラ
イト−マルテンサイト二相組織が得られ、浸炭層は結晶
粒度番号で９番以上（通常、10番以上）の整細粒組織が
得られ、心部のシャルピー衝撃値がJIS3号試験片で12kg
f・m/cm²以上となるため、優れた靱性を要求される部
品、特に自動車用ハイポイドギヤ、差動ギヤなどのディ
ファレンシャル部品を製造することが可能となる。

なお、本発明鋼に適用する浸炭処理の条件は特に制限さ
れるものではなく、既述の従来の浸炭用鋼の場合と同様
に適用可能である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例１）第１表に示す化学組成の鋼を溶製、造塊し、鍛造により
直径35mmの丸棒を製作した。次いで、925℃に加熱し60
分間均熱保持後空冷する焼きならし処理を施した後、直
径25mmに旋削加工し、第２表に示す条件にて真空浸炭処
理を行った。そして、各々について浸炭層のオーステナ
イト平均結晶粒度及び心部のオーステナイトとフェライ
トの平均結晶粒度を測定した。また、第２表と同一条件
にて真空浸炭処理を施した直径25mmの丸棒の心部よりJI
S3号Ｕノッチシャルピー試験片を切り出し、シャルピー
衝撃試験を行って衝撃値を測定した。これらの結果を第
１表に示す。

なお、比較鋼として、SNCM420H、SCM420Hの直径25mm丸
棒に対し、第３表に示す条件にて真空浸炭処理を施し、
上記と同様の測定を行った結果も第１表に併記した。

第１表に示すように、本発明鋼（No.1〜５）はいずれ
も、浸炭層のオーステナイト平均結晶粒度は粒度番号で
９番以上であり、心部はフェライトとマルテンサイトの
二相組織で、その平均結晶粒度は９番以上であって、著
しく組織が微細化されている。この組織微細化と靱性向
上元素であるMoの適量添加とにより、シャルピー衝撃値
が12kgf・m/cm²以上を示し、比較鋼のSNCM420Hの浸炭焼
入れ焼戻し材心部と同等乃至それ以上の靱性を有してい
る。なお、他の比較鋼は本発明範囲外の化学組成を有
し、いずれもシャルピー衝撃値が低く、12kgf・m/cm²に
は及ばない靱性である。

次に、第１表のNo.1鋼と、第４表に示す被削性向上元素
を添加したNo.16〜19鋼に対し、第５表に示す条件で被
削性試験を行った。その結果を第６表に示す。同表に示
すように、被削性向上元素を添加することにより、ドリ
ル穴あけ個数の増加が認められ、被削性の著しい向上が
確認された。

（実施例２）第７表に示す化学組成のNo.20〜22鋼並びにSNCM420H、S
CM420Hについて、実施例１と同一手順で直径25mmの丸棒
を作製し、第８表に示す条件にて高温真空浸炭処理を行
い、実施例１と同様、浸炭層及び心部の平均結晶粒度並
びにシャルピー衝撃値を測定した。それらの結果を第７
表に示す。

第７表から明らかなように、本発明鋼No.20は、Mo及びS
iの適量添加により、浸炭処理温度が高温でもフェライ
トが安定であるため、高温浸炭処理後も心部は著しく微
細なフェライトとマルテンサイトの二相組織を保ち、更
にTi添加の効果によって浸炭層のオーステナイトも著し
く微細となり、したがって、微細組織とMo添加による基
地強化との相乗効果により、シャルピー衝撃値は12.5kg
f・m/cm²と優れている。これに対し、比較鋼は、いずれ
も高温浸炭処理後のシャルピー衝撃値が低い。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明による浸炭用鋼は、MoとSi
の添加により、浸炭温度においても心部が安定なフェラ
イトとオーステナイトの二相組織を保ち、またTi添加に
よって浸炭層にはTi炭化物、窒化物を析出させ、心部及
び浸炭層ともに微細組織を有し、更に基地をMoで強化す
ることを基本としているため、SNCM420H鋼等の従来の浸
炭用鋼以上の優れた靱性を有するものである。また、従
来とられていたような格別厳しい面粗度管理も必要とせ
ずに上記効果を得ることができる。

したがって、本発明による高靱性浸炭用鋼を用いれば、
靱性に優れた自動車用ハイポイドギヤ、差動ギヤなどの
ディファレンシャル部品の製造が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−232252（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−192248（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、C:0.05〜0.2
％、Mo:0.5％超〜1.0％で、かつ、Mo＋Si:1〜２％、Mn:
0.3〜1.5％及びTi:0.05〜0.2％を含み、残部がFe及び不
可避的不純物からなり、オーステナイト−フェライト２
相領域で浸炭することにより浸炭処理後の心部及び浸炭
層の結晶粒が結晶粒度番号９番以上の整細粒で、心部の
シャルピー衝撃値が12kgf・m/cm²以上であることを特徴
とする高靱性浸炭用鋼。
【請求項２】C:0.05〜0.2％、Mo:0.5％超〜1.0％で、か
つ、Mo＋Si:1〜２％、Mn:0.3〜1.5％及びTi:0.05〜0.2
％を含み、更にCr:1.5％以下及びNi:2.0％以下のうちの
１種又は２種を含み、残部がFe及び不可避的不純物から
なり、オーステナイト−フェライト２相領域で浸炭する
ことにより浸炭処理後の心部及び浸炭層の結晶粒が結晶
粒度番号９番以上の整細粒で、心部のシャルピー衝撃値
が12kgf・m/cm²以上であることを特徴とする高靱性浸炭
用鋼。
【請求項３】C:0.05〜0.2％、Mo:0.5％超〜1.0％で、か
つ、Mo＋Si:1〜２％、Mn:0.3〜1.5％及びTi:0.05〜0.2
％を含み、更にAl:0.1％以下及びN:0.03％以下のうちの
１種又は２種を含み、残部がFe及び不可避的不純物から
なり、オーステナイト−フェライト２相領域で浸炭する
ことにより浸炭処理後の心部及び浸炭層の結晶粒が結晶
粒度番号９番以上の整細粒で、心部のシャルピー衝撃値
が12kgf・m/cm²以上であることを特徴とする高靱性浸炭
用鋼。
【請求項４】C:0.05〜0.2％、Mo:0.5％超〜1.0％で、か
つ、Mo＋Si:1〜２％、Mn:0.3〜1.5％及びTi:0.05〜0.2
％を含み、更にCr:1.5％以下及びNi:2.0％以下のうちの
１種又は２種を含み、更にAl:0.1％以下及びN:0.03％以
下のうちの１種又は２種を含み、残部がFe及び不可避的
不純物からなり、オーステナイト−フェライト２相領域
で浸炭することにより浸炭処理後の心部及び浸炭層の結
晶粒が結晶粒度番号９番以上の整細粒で、心部のシュル
ピー衝撃値が12kgf・m/cm²以上であることを特徴とする
高靱性浸炭用鋼。