JPH1129836A - 高周波焼入れ用機械構造用鋼 - Google Patents
高周波焼入れ用機械構造用鋼Info
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- JPH1129836A JPH1129836A JP17852797A JP17852797A JPH1129836A JP H1129836 A JPH1129836 A JP H1129836A JP 17852797 A JP17852797 A JP 17852797A JP 17852797 A JP17852797 A JP 17852797A JP H1129836 A JPH1129836 A JP H1129836A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり
疲労強度および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼を提案
する。 【解決手段】 重量%で、C、Si、Mn、P、S、N、O
を特定量に規制しAl:0.05超〜0.25%、B:0.0003〜0.
0060%を含有させる。さらにTi:0.005 〜0.05%を含有
してもよく、および/またはさらに、Mo:0.05〜1.0
%、Cr:0.01〜1.0%、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5
%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有して
もよく、および/またはさらに重量%で、V:0.05〜0.
5 %、Nb:0.01〜0.05%のうちから選ばれた1種または
2種を含有してもよい。Ms 値=538-317 ( %C) -11
(% Si)-33(% Mn)-28(%Cr)-11( %Mo)-17( %Ni)-11
( %Cu)+6(%V)+10( %Al) が315 以上とするのが耐焼
割れ性の点から好ましい。
疲労強度および耐焼割れ性に優れた機械構造用鋼を提案
する。 【解決手段】 重量%で、C、Si、Mn、P、S、N、O
を特定量に規制しAl:0.05超〜0.25%、B:0.0003〜0.
0060%を含有させる。さらにTi:0.005 〜0.05%を含有
してもよく、および/またはさらに、Mo:0.05〜1.0
%、Cr:0.01〜1.0%、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5
%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有して
もよく、および/またはさらに重量%で、V:0.05〜0.
5 %、Nb:0.01〜0.05%のうちから選ばれた1種または
2種を含有してもよい。Ms 値=538-317 ( %C) -11
(% Si)-33(% Mn)-28(%Cr)-11( %Mo)-17( %Ni)-11
( %Cu)+6(%V)+10( %Al) が315 以上とするのが耐焼
割れ性の点から好ましい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械構造用鋼に関
し、とくに高周波焼入れを施し使用される自動車用ドラ
イブシャフトあるいは等速ジョイント等に適用されて好
適な機械構造用鋼に関する。
し、とくに高周波焼入れを施し使用される自動車用ドラ
イブシャフトあるいは等速ジョイント等に適用されて好
適な機械構造用鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境規制問題から、自動車部材に
対し部材の軽量化の要求が強い。軽量化のためには、部
材の高強度化が必要であり、この点から自動車の動力伝
達系を構成する機械構造用部材(軸部品)ではねじり強
度、ねじり疲労強度の向上が要望されている。
対し部材の軽量化の要求が強い。軽量化のためには、部
材の高強度化が必要であり、この点から自動車の動力伝
達系を構成する機械構造用部材(軸部品)ではねじり強
度、ねじり疲労強度の向上が要望されている。
【0003】従来から、自動車用ドライブシャフトある
いは等速ジョイント等の軸部品は、熱間圧延棒鋼を熱間
鍛造、切削、冷間鍛造等により所定の形状に加工したの
ち、高周波焼入れ・焼戻し処理を施し、軸部品としての
重要な特性であるねじり強度、ねじり疲労強度を確保し
ている。例えば、特開平7-90484 号公報には、C:0.35
〜0.70%、S:0.005 〜0.15%、Al:0.0005〜0.05%、
Ti:0.005 〜0.05%、B:0.0005〜0.005 %、N:0.00
2 〜0.02%と特定量のSi、Mn、を含み、P、Cu、Oを特
定量以下に規制し、さらにまたは特定量のCr、Mo、Ni、
Nb、V等を含有し特定の式で定義される断面内平均硬さ
が560 以上とする、焼割れを防止し160kgf/mm2以上のね
じり強度を有する高強度高周波焼入れ軸部品が提案され
ている。
いは等速ジョイント等の軸部品は、熱間圧延棒鋼を熱間
鍛造、切削、冷間鍛造等により所定の形状に加工したの
ち、高周波焼入れ・焼戻し処理を施し、軸部品としての
重要な特性であるねじり強度、ねじり疲労強度を確保し
ている。例えば、特開平7-90484 号公報には、C:0.35
〜0.70%、S:0.005 〜0.15%、Al:0.0005〜0.05%、
Ti:0.005 〜0.05%、B:0.0005〜0.005 %、N:0.00
2 〜0.02%と特定量のSi、Mn、を含み、P、Cu、Oを特
定量以下に規制し、さらにまたは特定量のCr、Mo、Ni、
Nb、V等を含有し特定の式で定義される断面内平均硬さ
が560 以上とする、焼割れを防止し160kgf/mm2以上のね
じり強度を有する高強度高周波焼入れ軸部品が提案され
ている。
【0004】また、特開平8-253842号公報には、C:0.
35〜0.65%、Si:0.35〜2.5 %、Mn:1.0 〜1.8 %、M
o:0.05〜0.8 %、S:0.01〜0.15%、Al:0.015 〜0.0
5%、Ti:0.005 〜0.05%、B:0.0005〜0.005 %、
N:0.002 〜0.01%を含み、P、Cu、Oを特定量以下に
規制し、さらにまたは特定量のNb、Vの1種または2
種、またはさらに特定量のCr、Niの1種または2種を含
有し、かつフェライトの組織分率が35%以下で、フェラ
イト結晶粒径が20μm 以下とするねじり疲労強度の優れ
た高周波焼入れ軸部材用鋼材が提案されている。
35〜0.65%、Si:0.35〜2.5 %、Mn:1.0 〜1.8 %、M
o:0.05〜0.8 %、S:0.01〜0.15%、Al:0.015 〜0.0
5%、Ti:0.005 〜0.05%、B:0.0005〜0.005 %、
N:0.002 〜0.01%を含み、P、Cu、Oを特定量以下に
規制し、さらにまたは特定量のNb、Vの1種または2
種、またはさらに特定量のCr、Niの1種または2種を含
有し、かつフェライトの組織分率が35%以下で、フェラ
イト結晶粒径が20μm 以下とするねじり疲労強度の優れ
た高周波焼入れ軸部材用鋼材が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7-90484 号公報に記載された技術では、焼割れと静的ね
じり強度については言及されているものの、ねじり疲労
強度については全く配慮されていない。また、特開平8-
253842号公報に記載された技術では、静的ねじり強度と
ねじり疲労強度については言及されているが、機械構造
用部材として重要な高周波焼入れ時の耐焼割れ性につい
ては配慮が不足している。本発明者らの検討によれば、
特開平8-253842号公報に記載された鋼材では、焼割れに
対する配慮がなされていないため、高周波焼入れ・焼戻
し後の有効硬化層深さ(JIS G 0559参照)が5mm超える
と多数の焼割れが発生し、また有効硬化層深さが5mm程
度でも焼割れの発生が避けられないという問題が残され
ていた。
7-90484 号公報に記載された技術では、焼割れと静的ね
じり強度については言及されているものの、ねじり疲労
強度については全く配慮されていない。また、特開平8-
253842号公報に記載された技術では、静的ねじり強度と
ねじり疲労強度については言及されているが、機械構造
用部材として重要な高周波焼入れ時の耐焼割れ性につい
ては配慮が不足している。本発明者らの検討によれば、
特開平8-253842号公報に記載された鋼材では、焼割れに
対する配慮がなされていないため、高周波焼入れ・焼戻
し後の有効硬化層深さ(JIS G 0559参照)が5mm超える
と多数の焼割れが発生し、また有効硬化層深さが5mm程
度でも焼割れの発生が避けられないという問題が残され
ていた。
【0006】本発明は、上記した問題を有利に解決し、
高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲労強度お
よび耐焼割れ性に優れた高周波焼入れ用機械構造用鋼お
よびその製造方法を提案することを目的とする。
高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲労強度お
よび耐焼割れ性に優れた高周波焼入れ用機械構造用鋼お
よびその製造方法を提案することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
課題を達成するために、鋭意検討した結果、機械構造用
鋼材の高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲労
強度および耐焼割れ性をともに向上させるには、Al含有
量を増加することが極めて有効であるという知見を得
た。これは、Al含有量の増加により、 AlN 量が増加し、高周波焼入れ加熱時にオーステナイ
ト粒が微細化し、その結果焼入れ硬化層の組織が微細化
する、 その焼入れ硬化層組織の微細化により粒界面積が増加
し、粒界脆化を起こすP、S、Cu、Oの粒界における偏
析量が減少し、耐焼割れ性が向上する、 OをAl2O3 として固定し、粒界脆化を起こす酸素量を
低下させ、ねじり強度およびねじり疲労強度が向上す
る、 NをAlN として固定し、N固定のためのTi添加量を低
減でき、その結果、ねじり疲労強度に悪影響を及ぼすTi
N を低減でき、ねじり疲労強度が向上し、また靱性の低
下を防止できる、ためであると推察された。
課題を達成するために、鋭意検討した結果、機械構造用
鋼材の高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲労
強度および耐焼割れ性をともに向上させるには、Al含有
量を増加することが極めて有効であるという知見を得
た。これは、Al含有量の増加により、 AlN 量が増加し、高周波焼入れ加熱時にオーステナイ
ト粒が微細化し、その結果焼入れ硬化層の組織が微細化
する、 その焼入れ硬化層組織の微細化により粒界面積が増加
し、粒界脆化を起こすP、S、Cu、Oの粒界における偏
析量が減少し、耐焼割れ性が向上する、 OをAl2O3 として固定し、粒界脆化を起こす酸素量を
低下させ、ねじり強度およびねじり疲労強度が向上す
る、 NをAlN として固定し、N固定のためのTi添加量を低
減でき、その結果、ねじり疲労強度に悪影響を及ぼすTi
N を低減でき、ねじり疲労強度が向上し、また靱性の低
下を防止できる、ためであると推察された。
【0008】本発明は、上記した知見に基づいて構成さ
れたものである。すなわち、本発明は、重量%で、C:
0.45〜0.70%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.2 〜2.5 %、
P:0.020 %以下、S:0.06%以下、Al:0.05超〜0.25
%、N:0.0020〜0.025 %、O:0.0020%以下、B:0.
0003〜0.0060%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
よりなることを特徴とする高周波焼入れ焼戻し後のねじ
り強度、ねじり疲労強度および耐焼割れ性に優れる高周
波焼入れ用機械構造用鋼であり、上記した主組成に加え
てさらに重量%で、Ti:0.005 〜0.05%を含有してもよ
く、また主組成に加えてさらに重量%で、Mo:0.05〜1.
0 %、Cr:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜
3.5 %のうちから選ばれた1種または2種以上を含有し
てもよく、また上記主組成に加えてさらに重量%で、
V:0.05〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%のうちから選ばれ
た1種または2種を含有してもよい。また、上記主組成
に加えてTi:0.005 〜0.05%と、Mo:0.05〜1.0 %、C
r:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %
のうちから選ばれた1種または2種以上を含有してもよ
い。また、上記主組成に加えてTi:0.005 〜0.05%と、
V:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%のうちから選ばれ
た1種または2種を含有してもよい。また、上記主組成
に加えてMo:0.05〜1.0 %、Cr:0.01〜1.0 %、Cu:1.
0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %のうちから選ばれた1種ま
たは2種以上と、V:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%
のうちから選ばれた1種または2種を含有してもよい。
また、上記主組成に加えてTi:0.005 〜0.05%と、Mo:
0.05〜1.0 %、Cr:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、N
i:0.1 〜3.5 %のうちから選ばれた1種または2種以
上、およびV:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%のうち
から選ばれた1種または2種を含有してもよい。
れたものである。すなわち、本発明は、重量%で、C:
0.45〜0.70%、Si:0.01〜0.40%、Mn:0.2 〜2.5 %、
P:0.020 %以下、S:0.06%以下、Al:0.05超〜0.25
%、N:0.0020〜0.025 %、O:0.0020%以下、B:0.
0003〜0.0060%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物
よりなることを特徴とする高周波焼入れ焼戻し後のねじ
り強度、ねじり疲労強度および耐焼割れ性に優れる高周
波焼入れ用機械構造用鋼であり、上記した主組成に加え
てさらに重量%で、Ti:0.005 〜0.05%を含有してもよ
く、また主組成に加えてさらに重量%で、Mo:0.05〜1.
0 %、Cr:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜
3.5 %のうちから選ばれた1種または2種以上を含有し
てもよく、また上記主組成に加えてさらに重量%で、
V:0.05〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%のうちから選ばれ
た1種または2種を含有してもよい。また、上記主組成
に加えてTi:0.005 〜0.05%と、Mo:0.05〜1.0 %、C
r:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %
のうちから選ばれた1種または2種以上を含有してもよ
い。また、上記主組成に加えてTi:0.005 〜0.05%と、
V:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%のうちから選ばれ
た1種または2種を含有してもよい。また、上記主組成
に加えてMo:0.05〜1.0 %、Cr:0.01〜1.0 %、Cu:1.
0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %のうちから選ばれた1種ま
たは2種以上と、V:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%
のうちから選ばれた1種または2種を含有してもよい。
また、上記主組成に加えてTi:0.005 〜0.05%と、Mo:
0.05〜1.0 %、Cr:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、N
i:0.1 〜3.5 %のうちから選ばれた1種または2種以
上、およびV:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%のうち
から選ばれた1種または2種を含有してもよい。
【0009】また、本発明では、次(1)式 Ms 値=538-317 ( %C) -11(% Si)-33(% Mn)-28(%Cr)-11( %Mo)-17( % Ni)-11( %Cu)+6(%V)+10( %Al) ……(1) (ここに、%C、% Si 、% Mn %Cr、%Mo、%Ni、%
Cu、%V、%Al:各元素の含有量(重量%))で定義さ
れるMs 値が315 以上とするのが好ましい。
Cu、%V、%Al:各元素の含有量(重量%))で定義さ
れるMs 値が315 以上とするのが好ましい。
【0010】また、本発明は、上記したいずれかの組成
の鋼素材を切削加工あるいは冷間加工により所定の形状
に加工し、高周波焼入れを行ったのち焼戻し処理として
175℃以上の温度で10min 以上の加熱を施すことを特徴
とする高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲労
強度および耐焼割れ性に優れる高周波焼入れ用鋼の製造
方法である。
の鋼素材を切削加工あるいは冷間加工により所定の形状
に加工し、高周波焼入れを行ったのち焼戻し処理として
175℃以上の温度で10min 以上の加熱を施すことを特徴
とする高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲労
強度および耐焼割れ性に優れる高周波焼入れ用鋼の製造
方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】まず、本発明鋼の組成の限定理由
について説明する。 C:0.45〜0.70% Cは、高周波焼入れ性に最も大きな影響を及ぼす元素で
あり、焼入れ硬化層の硬さ、深さを増加し、ねじり強度
を向上させる。しかし、0.45%未満では、焼入れ硬化層
の硬さが低く、必要なねじり強度を得るためには焼入れ
硬化深さを飛躍的に大きくする必要があるが、焼入れ硬
化深さを大きくすると、焼割れの発生が顕著となる。一
方、0.70%を超えると、切削性、冷間鍛造性が低下する
とともに、ねじり試験時に脆性破壊を起こし、ねじり強
度が低下するうえ、耐焼割れ性も低下する。このような
ことから、Cは0.45〜0.70%の範囲に限定した。
について説明する。 C:0.45〜0.70% Cは、高周波焼入れ性に最も大きな影響を及ぼす元素で
あり、焼入れ硬化層の硬さ、深さを増加し、ねじり強度
を向上させる。しかし、0.45%未満では、焼入れ硬化層
の硬さが低く、必要なねじり強度を得るためには焼入れ
硬化深さを飛躍的に大きくする必要があるが、焼入れ硬
化深さを大きくすると、焼割れの発生が顕著となる。一
方、0.70%を超えると、切削性、冷間鍛造性が低下する
とともに、ねじり試験時に脆性破壊を起こし、ねじり強
度が低下するうえ、耐焼割れ性も低下する。このような
ことから、Cは0.45〜0.70%の範囲に限定した。
【0012】Si:0.01〜0.40% Siは、脱酸元素として作用するほか、フェライト中に固
溶して基地を強化するとともに、高周波焼入れ後の焼戻
し軟化抵抗を向上させねじり強度を向上させる元素であ
る。このような効果は、0.01%以上の添加で認められる
が、0.4 %を超えて添加するとフェライトの固溶硬化に
より硬さが上昇し切削性、冷間鍛造性が低下する。この
ため、Siは0.01〜0.40%の範囲に限定した。なお、好ま
しくは、0.01〜0.30%の範囲である。
溶して基地を強化するとともに、高周波焼入れ後の焼戻
し軟化抵抗を向上させねじり強度を向上させる元素であ
る。このような効果は、0.01%以上の添加で認められる
が、0.4 %を超えて添加するとフェライトの固溶硬化に
より硬さが上昇し切削性、冷間鍛造性が低下する。この
ため、Siは0.01〜0.40%の範囲に限定した。なお、好ま
しくは、0.01〜0.30%の範囲である。
【0013】Mn:0.2 〜2.5 % Mnは、焼入れ性を向上させ、高周波焼入れ時の硬化深さ
を深くする元素で積極的に添加するが、0.2 %未満の添
加ではその効果が小さい。一方、2.5 %を超える添加
は、高周波焼入れ時に残留オーステナイトを増加させ、
表面硬さを低下させる。このため、ねじり強度、ねじり
疲労強度が低下する。このようなことから、Mnは0.2 〜
2.5 %の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2 〜2.0
%である。
を深くする元素で積極的に添加するが、0.2 %未満の添
加ではその効果が小さい。一方、2.5 %を超える添加
は、高周波焼入れ時に残留オーステナイトを増加させ、
表面硬さを低下させる。このため、ねじり強度、ねじり
疲労強度が低下する。このようなことから、Mnは0.2 〜
2.5 %の範囲に限定した。なお、好ましくは0.2 〜2.0
%である。
【0014】P:0.020 %以下 Pは、オーステナイト粒界に偏析し、粒界強度を低下さ
せ、ねじり強度、ねじり疲労強度を低下させるとともに
焼割れを助長する。このようなことから、P含有量は極
力低減するのが望ましいが、0.020 %までは許容できる
ので、0.020 %を上限とした。
せ、ねじり強度、ねじり疲労強度を低下させるとともに
焼割れを助長する。このようなことから、P含有量は極
力低減するのが望ましいが、0.020 %までは許容できる
ので、0.020 %を上限とした。
【0015】S:0.06%以下 Sは、鋼中でMnS を形成し、切削性を向上させるが、0.
06%を超えて添加すると、粒界に偏析し粒界強度を低下
させる。このため、Sは0.06%を上限とした。なお、好
ましくは0.01〜0.04%である。 Al:0.05超〜0.25% Alは、本発明で重要な元素であり積極的に添加する。Al
は、脱酸元素として低酸素化のために作用するほか、N
と結合してAlN を形成し高周波焼入れ加熱時のオーステ
ナイト粒の成長を抑制することにより、ねじり強度、ね
じり疲労強度を向上させる。0.05%以下では、上記した
効果が小さく、一方、0.25%を超えて添加しても、効果
が飽和するうえ、コストの上昇を招くため、Alは0.05超
〜0.25%の範囲に限定した。なお、コストの点から、好
ましくは0.05〜0.10%である。
06%を超えて添加すると、粒界に偏析し粒界強度を低下
させる。このため、Sは0.06%を上限とした。なお、好
ましくは0.01〜0.04%である。 Al:0.05超〜0.25% Alは、本発明で重要な元素であり積極的に添加する。Al
は、脱酸元素として低酸素化のために作用するほか、N
と結合してAlN を形成し高周波焼入れ加熱時のオーステ
ナイト粒の成長を抑制することにより、ねじり強度、ね
じり疲労強度を向上させる。0.05%以下では、上記した
効果が小さく、一方、0.25%を超えて添加しても、効果
が飽和するうえ、コストの上昇を招くため、Alは0.05超
〜0.25%の範囲に限定した。なお、コストの点から、好
ましくは0.05〜0.10%である。
【0016】N:0.0020〜0.025 % Nは、Alと結合してAlN を形成し高周波焼入れ加熱時の
オーステナイト粒の成長を抑制し、ねじり強度、ねじり
疲労強度を向上させる。0.0020%未満では、この効果が
認められず、一方、0.025 %を超えて含有すると、熱間
変形能を低下させ連続鋳造時に鋳片の表面欠陥を著しく
増加させる。このため、Nは0.0020〜0.025 %の範囲に
限定した。なお、好ましくは0.0030〜0.010 %の範囲で
ある。
オーステナイト粒の成長を抑制し、ねじり強度、ねじり
疲労強度を向上させる。0.0020%未満では、この効果が
認められず、一方、0.025 %を超えて含有すると、熱間
変形能を低下させ連続鋳造時に鋳片の表面欠陥を著しく
増加させる。このため、Nは0.0020〜0.025 %の範囲に
限定した。なお、好ましくは0.0030〜0.010 %の範囲で
ある。
【0017】O:0.0020%以下 Oは、硬質の酸化物系非金属介在物として存在するとと
もに、粒界に偏析し粒界強度を低下させる。さらにO量
の増加は酸化物系非金属介在物を粗大化させる。粗大化
した酸化物系非金属介在物は、とくにねじり疲労強度を
低下させるため、できるだけ低減するのが望ましいが、
0.0020%までは許容できる。このようなことから、Oは
0.0020%以下に限定した。
もに、粒界に偏析し粒界強度を低下させる。さらにO量
の増加は酸化物系非金属介在物を粗大化させる。粗大化
した酸化物系非金属介在物は、とくにねじり疲労強度を
低下させるため、できるだけ低減するのが望ましいが、
0.0020%までは許容できる。このようなことから、Oは
0.0020%以下に限定した。
【0018】B:0.0003〜0.0060% Bは、微量の添加量で焼入れ性を向上させる元素であ
り、高周波焼入れ時の焼入れ深さを増加させる作用を有
している。また、Bは粒界に優先的に偏析し、粒界に偏
析しやすいPの粒界濃度を低減させ粒界強度を高める作
用を有している。焼入れ深さの増加によるねじり強度の
増加と、粒界強度の増加によるねじり強度とねじり疲労
強度の増加が期待できるため、本発明では積極的に添加
する。0.0003%未満ではその効果が少なく、また0.0060
%を超えて添加しても、添加量に見合う効果が期待でき
ずコストの上昇を招くため、Bは0.0003〜0.0060%の範
囲に限定した。
り、高周波焼入れ時の焼入れ深さを増加させる作用を有
している。また、Bは粒界に優先的に偏析し、粒界に偏
析しやすいPの粒界濃度を低減させ粒界強度を高める作
用を有している。焼入れ深さの増加によるねじり強度の
増加と、粒界強度の増加によるねじり強度とねじり疲労
強度の増加が期待できるため、本発明では積極的に添加
する。0.0003%未満ではその効果が少なく、また0.0060
%を超えて添加しても、添加量に見合う効果が期待でき
ずコストの上昇を招くため、Bは0.0003〜0.0060%の範
囲に限定した。
【0019】Ti:0.005 〜0.05% Tiは、BよりNと結合しやすく、BがNと結合するのを
防止しBの焼入れ性向上効果を発揮させるために添加す
ることができる。0.005 %未満の添加では、その効果は
認められない。一方、TiとNが結合し形成されたTiN
は、疲労破壊の起点となりねじり疲労強度を低下させ
る。0.05%を超えてTiを添加すると、TiN が多量に形成
され、ねじり疲労強度が著しく低下する。このため、Ti
は0.005 〜0.05%の範囲に限定した。
防止しBの焼入れ性向上効果を発揮させるために添加す
ることができる。0.005 %未満の添加では、その効果は
認められない。一方、TiとNが結合し形成されたTiN
は、疲労破壊の起点となりねじり疲労強度を低下させ
る。0.05%を超えてTiを添加すると、TiN が多量に形成
され、ねじり疲労強度が著しく低下する。このため、Ti
は0.005 〜0.05%の範囲に限定した。
【0020】Mo:0.05〜1.0 %、Cr:0.01〜1.0 %、C
u:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %のうちから選ばれた
1種または2種以上 Mo:0.05〜1.0 % Moは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を向上させる元素
である。鋼材の焼入れ性を調整するために添加すること
ができる。また、Moは粒界に偏析するP等の不純物元素
を低減させ、粒界強度を高め、粒界破壊を抑制する作用
を有している。Moは、これらの作用によりねじり強度お
よびねじり疲労強度を向上させる。0.05%未満の添加で
は、その効果が認められない。一方、1.0 %を超えて添
加すると、高周波加熱のような短時間の加熱ではオース
テナイト中への溶解が困難な炭化物を形成し、ねじり疲
労強度が劣化する。このため、Moは0.05〜1.0 %の範囲
に限定した。
u:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %のうちから選ばれた
1種または2種以上 Mo:0.05〜1.0 % Moは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を向上させる元素
である。鋼材の焼入れ性を調整するために添加すること
ができる。また、Moは粒界に偏析するP等の不純物元素
を低減させ、粒界強度を高め、粒界破壊を抑制する作用
を有している。Moは、これらの作用によりねじり強度お
よびねじり疲労強度を向上させる。0.05%未満の添加で
は、その効果が認められない。一方、1.0 %を超えて添
加すると、高周波加熱のような短時間の加熱ではオース
テナイト中への溶解が困難な炭化物を形成し、ねじり疲
労強度が劣化する。このため、Moは0.05〜1.0 %の範囲
に限定した。
【0021】Cr:0.01〜1.0 % Crは、焼入れ性を向上させる元素であり、鋼材の焼入れ
性を調整するために添加できる。しかし、Crは高価な元
素であり、1.0 %を超えて添加すると経済的に不利とな
る。 Cu:1.0 %以下 Cuは、焼入れ性を向上させる元素であり、鋼材の焼入れ
性を調整するために添加できる。またCuは、基地中に固
溶あるいは析出して鋼の強度を増加させ、ねじり強度を
高める。しかし、1.0 %を超えて添加すると熱間加工性
が劣化するため、Cuは1.0 %以下に限定した。
性を調整するために添加できる。しかし、Crは高価な元
素であり、1.0 %を超えて添加すると経済的に不利とな
る。 Cu:1.0 %以下 Cuは、焼入れ性を向上させる元素であり、鋼材の焼入れ
性を調整するために添加できる。またCuは、基地中に固
溶あるいは析出して鋼の強度を増加させ、ねじり強度を
高める。しかし、1.0 %を超えて添加すると熱間加工性
が劣化するため、Cuは1.0 %以下に限定した。
【0022】Ni:0.1 〜3.5 % Niは、焼入れ性を向上させる元素であり、鋼材の焼入れ
性を調整するために添加できる。しかし、0.1 %未満の
添加では、期待した効果が認められない。一方、Niは極
めて高価な元素であるため、多量添加は経済的に不利と
なる。このためNiの添加は3.5 %以下に限定した。
性を調整するために添加できる。しかし、0.1 %未満の
添加では、期待した効果が認められない。一方、Niは極
めて高価な元素であるため、多量添加は経済的に不利と
なる。このためNiの添加は3.5 %以下に限定した。
【0023】V:0.05〜0.5 %、Nb:0.01〜0.05%のう
ちから選ばれた1種または2種 V:0.05〜0.5 % Vは、析出硬化により鋼の強度を増加させ、また焼戻し
軟化抵抗を増加させる元素であり、ねじり強度を高め
る。しかし、0.05%未満の添加では、強度の増加が少な
く、一方、0.5 %を超えて添加しても添加量に見合う強
度の増加が認められない。このため、Vは0.05〜0.5 %
の範囲に限定した。
ちから選ばれた1種または2種 V:0.05〜0.5 % Vは、析出硬化により鋼の強度を増加させ、また焼戻し
軟化抵抗を増加させる元素であり、ねじり強度を高め
る。しかし、0.05%未満の添加では、強度の増加が少な
く、一方、0.5 %を超えて添加しても添加量に見合う強
度の増加が認められない。このため、Vは0.05〜0.5 %
の範囲に限定した。
【0024】Nb:0.01〜0.05% Nbは、析出硬化により鋼の強度を増加させ、また焼戻し
軟化抵抗を増加させる元素であり、ねじり強度を高め
る。しかし、0.01%未満の添加では、強度の増加が少な
く、一方、0.05%を超えて添加しても強度増加が飽和す
る。このため、Vは0.01〜0.05%の範囲に限定した。
軟化抵抗を増加させる元素であり、ねじり強度を高め
る。しかし、0.01%未満の添加では、強度の増加が少な
く、一方、0.05%を超えて添加しても強度増加が飽和す
る。このため、Vは0.01〜0.05%の範囲に限定した。
【0025】また、本発明では、次(1)式 Ms 値=538-317 ( %C) -11(% Si)-33(% Mn)-28(%Cr)-11( %Mo)-17( % Ni)-11( %Cu)+6(%V)+10( %Al) ……(1) (ここに、%C、% Si 、% Mn %Cr、%Mo、%Ni、%
Cu、%V、%Al:各元素の含有量(重量%))で定義さ
れるMs 値が315 以上とするのが好ましい。
Cu、%V、%Al:各元素の含有量(重量%))で定義さ
れるMs 値が315 以上とするのが好ましい。
【0026】Ms 値は耐焼割れ性とよい相関を有し、M
s 値が315 以上であれば、耐焼割れ性が顕著に向上す
る。また、本発明では、上記したいずれかの組成の鋼素
材を切削加工あるいは冷間加工により所定の形状に加工
し、高周波焼入れを行ったのち焼戻し処理として175 ℃
以上の温度で10min 以上の加熱を施す。
s 値が315 以上であれば、耐焼割れ性が顕著に向上す
る。また、本発明では、上記したいずれかの組成の鋼素
材を切削加工あるいは冷間加工により所定の形状に加工
し、高周波焼入れを行ったのち焼戻し処理として175 ℃
以上の温度で10min 以上の加熱を施す。
【0027】焼戻しが不十分で、焼入れ硬化層の硬さが
高い場合には、ねじり試験で材料が脆性破壊し、ねじり
強度が低下する。このようなねじり試験での脆性破壊を
防止するためには、175 ℃以上の温度で10min 以上の保
持時間の焼戻し処理を行う必要がある。焼戻し処理が17
5 ℃未満の温度では、焼入れ硬化層の焼戻しの進行が遅
く生産性が劣化する。また、焼戻し処理時間が10min 未
満では、炭化物の分解が十分に進まないため、焼戻しが
不十分となる。
高い場合には、ねじり試験で材料が脆性破壊し、ねじり
強度が低下する。このようなねじり試験での脆性破壊を
防止するためには、175 ℃以上の温度で10min 以上の保
持時間の焼戻し処理を行う必要がある。焼戻し処理が17
5 ℃未満の温度では、焼入れ硬化層の焼戻しの進行が遅
く生産性が劣化する。また、焼戻し処理時間が10min 未
満では、炭化物の分解が十分に進まないため、焼戻しが
不十分となる。
【0028】
【実施例】表1に示す組成の鋼を転炉により溶製し、連
続鋳造法で300 ×400mm 断面の鋳片とした。この鋳片を
ブレークダウン工程で150mm 角のビレットとしたのち、
φ26mmの棒鋼に圧延した。これら棒鋼から、平行部20mm
φの切欠き付きねじり試験片(切欠き部の応力集中係数
α=1.5 )を採取した。この試験片に周波数15kHz の高
周波焼入れ装置を用いて焼入れ処理を施したのち、表2
に示す条件で焼戻し処理を行ってねじり強度試験および
ねじり疲労試験を実施した。なお、焼入れ深さは、高周
波焼入れ装置の出力により調整した。
続鋳造法で300 ×400mm 断面の鋳片とした。この鋳片を
ブレークダウン工程で150mm 角のビレットとしたのち、
φ26mmの棒鋼に圧延した。これら棒鋼から、平行部20mm
φの切欠き付きねじり試験片(切欠き部の応力集中係数
α=1.5 )を採取した。この試験片に周波数15kHz の高
周波焼入れ装置を用いて焼入れ処理を施したのち、表2
に示す条件で焼戻し処理を行ってねじり強度試験および
ねじり疲労試験を実施した。なお、焼入れ深さは、高周
波焼入れ装置の出力により調整した。
【0029】ねじり強度試験は、500kgf・m のねじり試
験機を用い、最大ねじり剪断応力をもとめ、ねじり強度
とした。ねじり疲労試験は、500kgf・m のねじり試験機
を用いて、両振りで応力条件を変えて行い、1 ×106 回
の寿命となる応力を疲労強度として評価した。また、こ
れら棒鋼から、表面に軸方向のV字溝を有する22mmφの
丸棒試験片を採取し、焼割れ性試験を実施した。
験機を用い、最大ねじり剪断応力をもとめ、ねじり強度
とした。ねじり疲労試験は、500kgf・m のねじり試験機
を用いて、両振りで応力条件を変えて行い、1 ×106 回
の寿命となる応力を疲労強度として評価した。また、こ
れら棒鋼から、表面に軸方向のV字溝を有する22mmφの
丸棒試験片を採取し、焼割れ性試験を実施した。
【0030】焼割れ性試験は、この試験片に周波数15kH
z の高周波焼入れ装置を用いて焼入れ処理を施したの
ち、丸棒試験片の軸方向に垂直な断面(C断面)10箇所
について、断面を研磨観察して割れの発生個数を測定し
た。測定した10箇所の割れ発生個数の合計で耐焼割れ性
を評価した。これらの結果を表2に示す。
z の高周波焼入れ装置を用いて焼入れ処理を施したの
ち、丸棒試験片の軸方向に垂直な断面(C断面)10箇所
について、断面を研磨観察して割れの発生個数を測定し
た。測定した10箇所の割れ発生個数の合計で耐焼割れ性
を評価した。これらの結果を表2に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】表2から、本発明例(試験No.1〜No.12 )
はいずれも、本発明の範囲を外れる比較例に比べ、耐焼
割れ性、ねじり強度およびねじり疲労強度に優れている
ことがわかる。これに対し、焼戻し条件が本発明の範囲
を外れる比較例の試験No.13 、No.14は、ねじり強度お
よびねじり疲労強度が低下している。
はいずれも、本発明の範囲を外れる比較例に比べ、耐焼
割れ性、ねじり強度およびねじり疲労強度に優れている
ことがわかる。これに対し、焼戻し条件が本発明の範囲
を外れる比較例の試験No.13 、No.14は、ねじり強度お
よびねじり疲労強度が低下している。
【0034】また、Al、Si含有量が本発明の範囲を外れ
る比較例の試験No.15 、No.16 は、耐焼割れ性、ねじり
強度およびねじり疲労強度が低下している。試験No.16
は試験No.15 にくらべ、焼入れ深さが4mmと浅く、焼割
れに対して有利となる方向であるが化学組成が本発明の
範囲から大きく外れているため、試験No.15 より焼割れ
個数は減少しているが本発明例に比べ耐焼割れ性が劣化
している。
る比較例の試験No.15 、No.16 は、耐焼割れ性、ねじり
強度およびねじり疲労強度が低下している。試験No.16
は試験No.15 にくらべ、焼入れ深さが4mmと浅く、焼割
れに対して有利となる方向であるが化学組成が本発明の
範囲から大きく外れているため、試験No.15 より焼割れ
個数は減少しているが本発明例に比べ耐焼割れ性が劣化
している。
【0035】また、Al、Si含有量が本発明の範囲を外れ
る比較例の試験No.17 は、耐焼割れ性、ねじり強度およ
びねじり疲労強度が低下している。また、C、Al含有量
が本発明の範囲を外れる比較例の試験No.18 は、耐焼割
れ性、ねじり強度およびねじり疲労強度が低下してい
る。また、C、S、N含有量が本発明の範囲を外れる比
較例の試験No.19 は、耐焼割れ性、ねじり強度およびね
じり疲労強度が低下している。とくに、Ms 値が315 未
満であるため、耐焼割れ性の劣化が著しい。
る比較例の試験No.17 は、耐焼割れ性、ねじり強度およ
びねじり疲労強度が低下している。また、C、Al含有量
が本発明の範囲を外れる比較例の試験No.18 は、耐焼割
れ性、ねじり強度およびねじり疲労強度が低下してい
る。また、C、S、N含有量が本発明の範囲を外れる比
較例の試験No.19 は、耐焼割れ性、ねじり強度およびね
じり疲労強度が低下している。とくに、Ms 値が315 未
満であるため、耐焼割れ性の劣化が著しい。
【0036】また、O、Mn含有量が本発明の範囲を外れ
る比較例の試験No.20 は、耐焼割れ性、ねじり強度およ
びねじり疲労強度が低下している。とくに、Ms 値が31
5 未満であるため、耐焼割れ性の劣化が著しい。また、
C、P含有量が本発明の範囲を外れる比較例の試験No.2
1 は、耐焼割れ性、ねじり強度およびねじり疲労強度が
低下している。とくに、Ms 値が315 未満であるため、
耐焼割れ性の劣化が著しい。
る比較例の試験No.20 は、耐焼割れ性、ねじり強度およ
びねじり疲労強度が低下している。とくに、Ms 値が31
5 未満であるため、耐焼割れ性の劣化が著しい。また、
C、P含有量が本発明の範囲を外れる比較例の試験No.2
1 は、耐焼割れ性、ねじり強度およびねじり疲労強度が
低下している。とくに、Ms 値が315 未満であるため、
耐焼割れ性の劣化が著しい。
【0037】また、Ti含有量が多く本発明の範囲を外れ
る比較例の試験No.22 は、ねじり疲労強度が低下してい
る。本発明の範囲内の機械構造用鋼は、高周波焼入れ後
の耐焼割れ性、高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ね
じり疲労強度が優れた鋼材であることがわかる。
る比較例の試験No.22 は、ねじり疲労強度が低下してい
る。本発明の範囲内の機械構造用鋼は、高周波焼入れ後
の耐焼割れ性、高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ね
じり疲労強度が優れた鋼材であることがわかる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、高周波焼入れ焼戻し後
のねじり強度、ねじり疲労強度および耐焼割れ性に優れ
た機械構造用鋼を容易に製造でき、産業上格別の効果を
奏する。
のねじり強度、ねじり疲労強度および耐焼割れ性に優れ
た機械構造用鋼を容易に製造でき、産業上格別の効果を
奏する。
Claims (6)
- 【請求項1】 重量%で、 C:0.45〜0.70%、 Si:0.01〜0.40%、 Mn:0.2 〜2.5 %、 P:0.020 %以下、 S:0.06%以下、 Al:0.05超〜0.25%、 N:0.0020〜0.025 %、 O:0.0020%以下、 B:0.0003〜0.0060% を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなることを
特徴とする高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり
疲労強度および耐焼割れ性に優れる高周波焼入れ用機械
構造用鋼。 - 【請求項2】 さらに重量%で、Ti:0.005 〜0.05%を
含有することを特徴とする請求項1記載の高周波焼入れ
用機械構造用鋼。 - 【請求項3】 さらに重量%で、Mo:0.05〜1.0 %、C
r:0.01〜1.0 %、Cu:1.0 %以下、Ni:0.1 〜3.5 %
のうちから選ばれた1種または2種以上を含有すること
を特徴とする請求項1または2記載の高周波焼入れ用機
械構造用鋼。 - 【請求項4】 さらに重量%で、V:0.05〜0.5 %、N
b:0.01〜0.05%のうちから選ばれた1種または2種を
含有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
に記載の高周波焼入れ用機械構造用鋼。 - 【請求項5】 下記(1)式で定義されるMs 値が315
以上である請求項1ないし4のいずれかに記載の高周波
焼入れ用機械構造用鋼。 記 Ms 値=538-317 (%C) -11(% Si)-33(% Mn)-28(%Cr)-11( %Mo)-17(% Ni)-11( %Cu)+6(%V)+10(%Al)……(1) ここに、%C、% Si 、% Mn %Cr、%Mo、%Ni、%C
u、%V、%Al:各元素の含有量(重量%) - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の組
成の鋼素材を切削加工あるいは冷間加工により所定の形
状に加工し高周波焼入れを行ったのち、焼戻し処理とし
て175 ℃以上の温度で10min 以上の加熱を施すことを特
徴とする高周波焼入れ焼戻し後のねじり強度、ねじり疲
労強度および耐焼割れ性に優れる高周波焼入れ用機械構
造用鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17852797A JPH1129836A (ja) | 1997-05-13 | 1997-07-03 | 高周波焼入れ用機械構造用鋼 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-121846 | 1997-05-13 | ||
| JP12184697 | 1997-05-13 | ||
| JP17852797A JPH1129836A (ja) | 1997-05-13 | 1997-07-03 | 高周波焼入れ用機械構造用鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1129836A true JPH1129836A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=26459113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17852797A Pending JPH1129836A (ja) | 1997-05-13 | 1997-07-03 | 高周波焼入れ用機械構造用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1129836A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2850399A1 (fr) * | 2003-01-23 | 2004-07-30 | Koyo Seiko Co | Acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute resistance et procede de fabrication de celui-ci |
| WO2006008960A1 (ja) * | 2004-07-16 | 2006-01-26 | Jfe Steel Corporation | 機械構造用部品およびその製造方法と高周波焼入れ用素材 |
| JP2007246975A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Komatsu Ltd | 鉄鋼製の軸の製造方法 |
| WO2010082454A1 (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-22 | 新日本製鐵株式会社 | 高周波焼入れ用鋼 |
| WO2010140596A1 (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 機械構造用鋼 |
| JP2012201983A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Kobe Steel Ltd | ねじり強度および靱性に優れた高周波焼入れ用鋼、およびその製造方法 |
| US8802005B2 (en) * | 2009-01-16 | 2014-08-12 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for surface hardening for machine structural use and part for machine structural use |
| CN119194279A (zh) * | 2023-06-25 | 2024-12-27 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种防磨减摩石油钻杆接头耐磨带及其制备方法和应用 |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP17852797A patent/JPH1129836A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2850399A1 (fr) * | 2003-01-23 | 2004-07-30 | Koyo Seiko Co | Acier pour utilisation dans un arbre de pignon de haute resistance et procede de fabrication de celui-ci |
| US7740722B2 (en) | 2003-01-23 | 2010-06-22 | Jtekt Corporation | Steel for use in high strength pinion shaft and manufacturing method thereof |
| WO2006008960A1 (ja) * | 2004-07-16 | 2006-01-26 | Jfe Steel Corporation | 機械構造用部品およびその製造方法と高周波焼入れ用素材 |
| JP2007246975A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Komatsu Ltd | 鉄鋼製の軸の製造方法 |
| JP4659139B2 (ja) * | 2009-01-16 | 2011-03-30 | 新日本製鐵株式会社 | 高周波焼入れ用鋼 |
| WO2010082454A1 (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-22 | 新日本製鐵株式会社 | 高周波焼入れ用鋼 |
| KR101340729B1 (ko) * | 2009-01-16 | 2013-12-12 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 고주파 켄칭용 강 |
| US8802005B2 (en) * | 2009-01-16 | 2014-08-12 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for surface hardening for machine structural use and part for machine structural use |
| CN104726798A (zh) * | 2009-01-16 | 2015-06-24 | 新日铁住金株式会社 | 高频淬火用钢 |
| US9777343B2 (en) | 2009-01-16 | 2017-10-03 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for surface hardening for machine structural use and part for machine structural use |
| WO2010140596A1 (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 機械構造用鋼 |
| US9062360B2 (en) | 2009-06-05 | 2015-06-23 | Kobe Steel, Ltd. | Steel for machine structural use |
| JP2012201983A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Kobe Steel Ltd | ねじり強度および靱性に優れた高周波焼入れ用鋼、およびその製造方法 |
| CN119194279A (zh) * | 2023-06-25 | 2024-12-27 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种防磨减摩石油钻杆接头耐磨带及其制备方法和应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |