JPH08134547A - 中空鋼工具の製造方法 - Google Patents
中空鋼工具の製造方法Info
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- JPH08134547A JPH08134547A JP27159994A JP27159994A JPH08134547A JP H08134547 A JPH08134547 A JP H08134547A JP 27159994 A JP27159994 A JP 27159994A JP 27159994 A JP27159994 A JP 27159994A JP H08134547 A JPH08134547 A JP H08134547A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱処理の省エネルギー化、インライン化が可
能な中空鋼工具の製造方法を提供する。 【構成】 合金元素の含有率が、質量%でC:0.30
〜0.55%、Si:1.0%以下、Mn:0.20〜
2.0%、Cr:3.0%以下、Mo:0.25〜1.
0%であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる中
空鋼を高周波焼入れする。前記合金元素に加えて、N
i:3.5%以下、Nb:0.01%以下、V:0.5
%以下、B:0.0005〜0.0050%、S:0.
20%以下、Te:0.20%以下、Ca:0.005
0%以下のうち一種または以上を含有することができ
る。
能な中空鋼工具の製造方法を提供する。 【構成】 合金元素の含有率が、質量%でC:0.30
〜0.55%、Si:1.0%以下、Mn:0.20〜
2.0%、Cr:3.0%以下、Mo:0.25〜1.
0%であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる中
空鋼を高周波焼入れする。前記合金元素に加えて、N
i:3.5%以下、Nb:0.01%以下、V:0.5
%以下、B:0.0005〜0.0050%、S:0.
20%以下、Te:0.20%以下、Ca:0.005
0%以下のうち一種または以上を含有することができ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、削岩機用のロッド、継
ぎロッドなどの中空鋼工具に関する。
ぎロッドなどの中空鋼工具に関する。
【0002】
【従来の技術】削岩機に用いられるロッド、継ぎロッド
などの中空鋼工具は削岩のために加えられる大きなロッ
ドの軸方向の衝撃力と繰返し曲げ荷重に耐える必要があ
り、さらにロッド外周面は穿孔作業中に生じるくり粉や
孔の内壁との接触による激しい摩耗に耐える必要があ
る。
などの中空鋼工具は削岩のために加えられる大きなロッ
ドの軸方向の衝撃力と繰返し曲げ荷重に耐える必要があ
り、さらにロッド外周面は穿孔作業中に生じるくり粉や
孔の内壁との接触による激しい摩耗に耐える必要があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような厳しい使用
条件に耐えるものとして、はだ焼鋼からなる中空鋼をロ
ッド、継ぎロッドなどの工具形状に成形したのち、浸炭
焼入れしたものが従来多く用いられている。しかし、浸
炭処理には高温で長時間の加熱を要するのでエネルギー
消費が大きいこと、浸炭焼入れ処理はバッチ処理で行う
ため多様な品質要求に対する柔軟性に乏しいことなどの
問題がある。
条件に耐えるものとして、はだ焼鋼からなる中空鋼をロ
ッド、継ぎロッドなどの工具形状に成形したのち、浸炭
焼入れしたものが従来多く用いられている。しかし、浸
炭処理には高温で長時間の加熱を要するのでエネルギー
消費が大きいこと、浸炭焼入れ処理はバッチ処理で行う
ため多様な品質要求に対する柔軟性に乏しいことなどの
問題がある。
【0004】本発明は上記のような技術の現状を背景と
してなされたもので、その目的とするところは熱処理の
省エネルギー化、インライン化が可能な中空鋼工具の製
造方法を提供することにある。
してなされたもので、その目的とするところは熱処理の
省エネルギー化、インライン化が可能な中空鋼工具の製
造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の中空鋼工具の製
造方法は、 (1)合金元素の含有率が、質量%でC :0.30〜
0.55%、Si:1.0%以下、Mn:0.20〜
2.0%、Cr:3.0%以下、Mo:0.25〜1.
0%であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる中
空鋼を高周波焼入れすることを特徴とする。
造方法は、 (1)合金元素の含有率が、質量%でC :0.30〜
0.55%、Si:1.0%以下、Mn:0.20〜
2.0%、Cr:3.0%以下、Mo:0.25〜1.
0%であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる中
空鋼を高周波焼入れすることを特徴とする。
【0006】(2)前記(1)の合金元素に加えて、質
量%でNi:3.5%以下を含有し、残部Feおよび不
可避的不純物からなる中空鋼を高周波焼入れすることを
特徴とする。 (3)前記(1)または(2)のいずれか1項記載の合
金元素に加えて、質量%でNb:0.01%以下、V
:0.5%以下、B :0.0005〜0.0050
%のうちいずれか1種または2種以上の元素を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなる中空鋼を高周波
焼入れすることを特徴とする。
量%でNi:3.5%以下を含有し、残部Feおよび不
可避的不純物からなる中空鋼を高周波焼入れすることを
特徴とする。 (3)前記(1)または(2)のいずれか1項記載の合
金元素に加えて、質量%でNb:0.01%以下、V
:0.5%以下、B :0.0005〜0.0050
%のうちいずれか1種または2種以上の元素を含有し、
残部Feおよび不可避的不純物からなる中空鋼を高周波
焼入れすることを特徴とする。
【0007】(4)前記(1)、(2)または(3)の
いずれか1項記載の合金元素に加えて、質量%でS :
0.20%以下、Te:0.20%以下、Ca:0.0
050%以下のうちいずれか1種または2種以上の元素
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる中空
鋼を高周波焼入れすることを特徴とする。
いずれか1項記載の合金元素に加えて、質量%でS :
0.20%以下、Te:0.20%以下、Ca:0.0
050%以下のうちいずれか1種または2種以上の元素
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる中空
鋼を高周波焼入れすることを特徴とする。
【0008】
【作用】以下に、本発明における中空鋼が含有する合金
元素の含有率の限定理由について説明する。 C :0.30〜0.55% Cは、高周波焼入れした鋼の強度を保持するために必須
の元素であり、高周波焼入れ後の鋼の表面硬さを維持す
るために0.30%以上添加する必要がある。しかしそ
の含有率が0.55%を超えて添加すると素材状態にお
ける材料硬さを高め、被削性などの製造性を損うなどの
弊害をもたらすので、C含有率の上限を0.55%とす
る。
元素の含有率の限定理由について説明する。 C :0.30〜0.55% Cは、高周波焼入れした鋼の強度を保持するために必須
の元素であり、高周波焼入れ後の鋼の表面硬さを維持す
るために0.30%以上添加する必要がある。しかしそ
の含有率が0.55%を超えて添加すると素材状態にお
ける材料硬さを高め、被削性などの製造性を損うなどの
弊害をもたらすので、C含有率の上限を0.55%とす
る。
【0009】Si:1.0%以下 Siは鋼を脱酸するために添加する。Siはまた鋼に焼
もどし軟化抵抗性を与える効果がある。しかし過剰に添
加してもその効果が飽和するのみならず、鍛造性および
被削性を損うなどの不都合をもたらすのでSi含有量の
上限を1.0%とする。
もどし軟化抵抗性を与える効果がある。しかし過剰に添
加してもその効果が飽和するのみならず、鍛造性および
被削性を損うなどの不都合をもたらすのでSi含有量の
上限を1.0%とする。
【0010】Mn:0.20〜2.0% Mnは、鋼の熱間加工性を向上し、焼入れ性を確保する
ために0.2%以上添加する。しかし過剰に添加すると
素材の被削性を損うのでMnの含有率の上限を2.0%
とする。 Cr:3.0%以下 Crは、鋼の焼入れ性を増し、軟化抵抗性を高めるため
に添加する。しかし過剰に添加してもその効果は飽和
し、いたずらにコストを高めるのみなので含有率の上限
を3.0%とする。
ために0.2%以上添加する。しかし過剰に添加すると
素材の被削性を損うのでMnの含有率の上限を2.0%
とする。 Cr:3.0%以下 Crは、鋼の焼入れ性を増し、軟化抵抗性を高めるため
に添加する。しかし過剰に添加してもその効果は飽和
し、いたずらにコストを高めるのみなので含有率の上限
を3.0%とする。
【0011】Mo:0.25〜1.0% Moは、高周波焼入れによる硬化層の靭性を高め、硬化
層深さを大きくするために添加する。しかし含有率が
0.25%未満では前記の効果は十分でないので含有率
の下限を0.25%とする。また含有率1.0%を超え
て添加しても前記効果は飽和し、いたずらにコストを高
めるのみなので含有率の上限を1.0%とする。
層深さを大きくするために添加する。しかし含有率が
0.25%未満では前記の効果は十分でないので含有率
の下限を0.25%とする。また含有率1.0%を超え
て添加しても前記効果は飽和し、いたずらにコストを高
めるのみなので含有率の上限を1.0%とする。
【0012】Ni:3.5%以下 Niは、高周波焼入れによる硬化層の靭性を高め、硬化
層深さを大きくする元素なので3.5%以下添加しても
よい。3.5%を越えて添加しても前記効果は飽和し、
いたずらにコストを高めるのみなので含有率の上限を
3.5%とする。 Nb:0.1%以下、V:0.5%以下 NbおよびVは、高周波焼入れによる硬化層の結晶粒粗
大化を阻止する効果があり、靭性を高める元素なのでN
b:0.1%以下、V:0.5%以下において添加して
もよい。これらの元素を過剰に添加すれば、前記効果が
飽和していたずらにコストを高めるばかりでなく、強固
な炭化物を形成して高周波焼入れ性を損うのでNb:
0.1%、V:0.5%をそれぞれ含有率の上限とす
る。
層深さを大きくする元素なので3.5%以下添加しても
よい。3.5%を越えて添加しても前記効果は飽和し、
いたずらにコストを高めるのみなので含有率の上限を
3.5%とする。 Nb:0.1%以下、V:0.5%以下 NbおよびVは、高周波焼入れによる硬化層の結晶粒粗
大化を阻止する効果があり、靭性を高める元素なのでN
b:0.1%以下、V:0.5%以下において添加して
もよい。これらの元素を過剰に添加すれば、前記効果が
飽和していたずらにコストを高めるばかりでなく、強固
な炭化物を形成して高周波焼入れ性を損うのでNb:
0.1%、V:0.5%をそれぞれ含有率の上限とす
る。
【0013】B :0.0005〜0.0050% Bは、素材での鋼の硬さの上昇を招くことがなく、高周
波焼入れによる硬化層の硬化層深さを大きくする元素で
ある。前記B添加の効果が最も安定して発揮される含有
率として0.0005〜0.0050%の範囲で添加し
てもよい。 S :0.20%以下、Te:0.20%以下、Ca:
0.0050%以下 鋼の被削性を向上するために、S、TeおよびCaを、
それぞれ0.20%以下、0.20%以下および0.0
050%以下の範囲で単独にまたは複合して添加しても
よい。これらの元素を過剰に添加すると鋼の機械的性質
が劣化するのでS:0.20%、Te:0.20%およ
びCa:0.0050%をそれぞれ含有率の上限とす
る。
波焼入れによる硬化層の硬化層深さを大きくする元素で
ある。前記B添加の効果が最も安定して発揮される含有
率として0.0005〜0.0050%の範囲で添加し
てもよい。 S :0.20%以下、Te:0.20%以下、Ca:
0.0050%以下 鋼の被削性を向上するために、S、TeおよびCaを、
それぞれ0.20%以下、0.20%以下および0.0
050%以下の範囲で単独にまたは複合して添加しても
よい。これらの元素を過剰に添加すると鋼の機械的性質
が劣化するのでS:0.20%、Te:0.20%およ
びCa:0.0050%をそれぞれ含有率の上限とす
る。
【0014】中空鋼の高周波焼入れは、高周波発振器、
周波数調整器、高周波コイル、および噴水ノズルなどの
急冷機構を備える通常の高周波焼入れ装置を用いて行
う。長尺の中空鋼を高周波焼入れする場合は、中空鋼と
高周波コイルとを互に相対的に移動しつつ中空鋼を加熱
し、所定の焼入れ温度に加熱し終った部分より逐次急冷
機構によって焼入れする。高周波出力、周波数、送り速
度を調整して中空鋼の表面焼入れをする。高周波焼入れ
後200℃以下の温度で焼もどしを施すことが好まし
い。
周波数調整器、高周波コイル、および噴水ノズルなどの
急冷機構を備える通常の高周波焼入れ装置を用いて行
う。長尺の中空鋼を高周波焼入れする場合は、中空鋼と
高周波コイルとを互に相対的に移動しつつ中空鋼を加熱
し、所定の焼入れ温度に加熱し終った部分より逐次急冷
機構によって焼入れする。高周波出力、周波数、送り速
度を調整して中空鋼の表面焼入れをする。高周波焼入れ
後200℃以下の温度で焼もどしを施すことが好まし
い。
【0015】
【実施例】表1に示す化学組成の鋼を溶製し、熱間圧延
によって外径39mm、水孔径15mmの丸断面の中空
鋼とした。
によって外径39mm、水孔径15mmの丸断面の中空
鋼とした。
【0016】
【表1】
【0017】(曲げ疲労試験)実施例1〜12および比
較例1、2の中空鋼について出力80kW、周波数20
kHz、中空鋼送り速度5.5〜6.0mm/sの条件
で高周波焼入れを行い、150℃×2hrの焼もどしを
施して有効硬化層深さ3.0mmの疲労試験片を得た。
比較例3の中空鋼についてはCポテンシャル0.8%で
ガス浸炭焼入れを行い、150℃×2hrの焼もどしを
施して有効硬化層深さ1.0mmの疲労試験片を得た。
較例1、2の中空鋼について出力80kW、周波数20
kHz、中空鋼送り速度5.5〜6.0mm/sの条件
で高周波焼入れを行い、150℃×2hrの焼もどしを
施して有効硬化層深さ3.0mmの疲労試験片を得た。
比較例3の中空鋼についてはCポテンシャル0.8%で
ガス浸炭焼入れを行い、150℃×2hrの焼もどしを
施して有効硬化層深さ1.0mmの疲労試験片を得た。
【0018】油圧サーボ型疲労試験機を用いて前記疲労
試験片に周波数2Hzで3点曲げ荷重を加え、表皮応
力:2200N/mm2 、応力比(最大応力/最小応
力):−1.0で曲げ疲労試験を行い、破断までの応力
繰返し数(疲労寿命)を測定した。その結果を表2に示
す。実施例の疲労寿命は比較例のそれに較べて優れてい
ることが判る。
試験片に周波数2Hzで3点曲げ荷重を加え、表皮応
力:2200N/mm2 、応力比(最大応力/最小応
力):−1.0で曲げ疲労試験を行い、破断までの応力
繰返し数(疲労寿命)を測定した。その結果を表2に示
す。実施例の疲労寿命は比較例のそれに較べて優れてい
ることが判る。
【0019】
【表2】
【0020】(衝撃試験)実施例1〜12および比較例
1、2の中空鋼からJIS3号衝撃試験片を切出し、高
周波加熱装置により出力80kW、周波数3kHzで全
体加熱し、定置焼入れしたのち150℃×2hrの焼も
どしを施して衝撃試験片を得た。比較例3の中空鋼から
同様にJIS3号衝撃試験片を切出し、Cポテンシャル
0.8%でガス浸炭焼入れしたのち150℃×2hrの
焼もどしを施して有効硬化層深さ1.0mmの衝撃試験
片を得た。
1、2の中空鋼からJIS3号衝撃試験片を切出し、高
周波加熱装置により出力80kW、周波数3kHzで全
体加熱し、定置焼入れしたのち150℃×2hrの焼も
どしを施して衝撃試験片を得た。比較例3の中空鋼から
同様にJIS3号衝撃試験片を切出し、Cポテンシャル
0.8%でガス浸炭焼入れしたのち150℃×2hrの
焼もどしを施して有効硬化層深さ1.0mmの衝撃試験
片を得た。
【0021】これらの衝撃試験片について室温および−
50℃でシャルピー衝撃試験を行っって衝撃値を測定し
た。その結果を表2に示す。実施例の衝撃値は室温およ
び−50℃のいずれにおいても比較例のそれに較べて優
れていることが判る。 (実体試験)実施例1、5、6中空鋼により長さ4mの
継ぎロッドを製作し、出力80kW、周波数20kH
z、送り速度5.5〜6.0mm/sの条件で高周波焼
入れを行い、150℃×2hrの焼もどしを施して有効
硬化層深さ3.0mmの実体試験片を得た。また比較例
3中空鋼により同様に長さ4mの継ぎロッドを製作し、
Cポテンシャル0.8%でガス浸炭焼入れを行い、15
0℃×2hrの焼もどしを施して有効硬化層深さ1.0
mmの実体試験片を得た。
50℃でシャルピー衝撃試験を行っって衝撃値を測定し
た。その結果を表2に示す。実施例の衝撃値は室温およ
び−50℃のいずれにおいても比較例のそれに較べて優
れていることが判る。 (実体試験)実施例1、5、6中空鋼により長さ4mの
継ぎロッドを製作し、出力80kW、周波数20kH
z、送り速度5.5〜6.0mm/sの条件で高周波焼
入れを行い、150℃×2hrの焼もどしを施して有効
硬化層深さ3.0mmの実体試験片を得た。また比較例
3中空鋼により同様に長さ4mの継ぎロッドを製作し、
Cポテンシャル0.8%でガス浸炭焼入れを行い、15
0℃×2hrの焼もどしを施して有効硬化層深さ1.0
mmの実体試験片を得た。
【0022】実体試験片を立堀り型油圧削岩機に装着
し、石灰岩を掘削して試験片が破断するまでの寿命を測
定した。その結果を表3に示す。実施例の実体試験寿命
は比較例のそれに較べて優れていることが判る。
し、石灰岩を掘削して試験片が破断するまでの寿命を測
定した。その結果を表3に示す。実施例の実体試験寿命
は比較例のそれに較べて優れていることが判る。
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明の中空鋼工具の製造方法によれ
ば、浸炭処理におけるように高温で長時間の加熱を要す
ることがないので熱処理の省エネルギー化が図られ、ま
た熱処理のインライン化が可能なため多様な品質要求に
対する柔軟性に富むなどの効果が得られる。
ば、浸炭処理におけるように高温で長時間の加熱を要す
ることがないので熱処理の省エネルギー化が図られ、ま
た熱処理のインライン化が可能なため多様な品質要求に
対する柔軟性に富むなどの効果が得られる。
Claims (4)
- 【請求項1】 合金元素の含有率が、質量%で C :0.30〜0.55%、 Si:1.0%以下、 Mn:0.20〜2.0%、 Cr:3.0%以下、 Mo:0.25〜1.0%であり、残部Feおよび不可
避的不純物からなる中空鋼を高周波焼入れすることを特
徴とする中空鋼工具の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1の合金元素に加えて、質量%で Ni:3.5%以下 を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる中空
鋼を高周波焼入れすることを特徴とする中空鋼工具の製
造方法。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2のいずれか1項
記載の合金元素に加えて、質量%で Nb:0.01%以下、 V :0.5%以下、 B :0.0005〜0.0050%のうちいずれか1
種または2種以上の元素を含有し、残部Feおよび不可
避的不純物からなる中空鋼を高周波焼入れすることを特
徴とする中空鋼工具の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1、請求項2または請求項3のい
ずれか1項記載の合金元素に加えて、質量%で S :0.20%以下、 Te:0.20%以下、 Ca:0.0050%以下のうちいずれか1種または2
種以上の元素を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
からなる中空鋼を高周波焼入れすることを特徴とする中
空鋼工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27159994A JPH08134547A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 中空鋼工具の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27159994A JPH08134547A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 中空鋼工具の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08134547A true JPH08134547A (ja) | 1996-05-28 |
Family
ID=17502330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27159994A Pending JPH08134547A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | 中空鋼工具の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08134547A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103695797A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-04-02 | 湘潭高新区风动机械有限公司 | 一种凿岩钎具用中空钢 |
| EP3040438A4 (en) * | 2013-08-27 | 2017-05-17 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | High-strength steel, and crankshaft manufactured using said high-strength steel |
| US10487380B2 (en) | 2016-08-17 | 2019-11-26 | Hyundai Motor Company | High-strength special steel |
| US10487382B2 (en) | 2016-09-09 | 2019-11-26 | Hyundai Motor Company | High strength special steel |
-
1994
- 1994-11-04 JP JP27159994A patent/JPH08134547A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3040438A4 (en) * | 2013-08-27 | 2017-05-17 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | High-strength steel, and crankshaft manufactured using said high-strength steel |
| CN103695797A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-04-02 | 湘潭高新区风动机械有限公司 | 一种凿岩钎具用中空钢 |
| US10487380B2 (en) | 2016-08-17 | 2019-11-26 | Hyundai Motor Company | High-strength special steel |
| US10487382B2 (en) | 2016-09-09 | 2019-11-26 | Hyundai Motor Company | High strength special steel |
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