JPS5871359A - 軟窒化用鋼 - Google Patents

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】 本発明は、軟を化用鋼、特に、軟窒化処理を行なう九と
きに硬化深さが大であって、表面部から芯部への硬さ勾
配の緩やかな硬化曲線が得られ、かつ溶接性および冷間
加工性の優れた軟窒化用鋼に関する。

軟窒化処理は、ＡＩ変態点以下、一般に５７０℃程寂の
温度で、例えばシアン系化合物の塩浴、ＲＸガス（吸熱
型変性ガス）またはＮＸガス（発熱型変性ガス）等によ
シ被処理物を処理して、窒素と共に一部の炭素を鋼中に
侵入させ、表層部を硬化させる表面硬化法の１種である
。

この方法は浸炭−焼入法の如く被処理物に歪を生じさせ
ることがなく、また窒化法の如く長時間ｔ−要すること
もないので、機械部品等の量産に適した方法であるが、
これに適する鋼種としての軟−化用鋼の開発は禾だ十分
でなく、短時間の軟窒化処理で所望の置注が得られるも
のはこれまでみられなかっ九。

例えば、従来、軟窒化用−としては、５１８８０Ｍ４８
５（α８５Ｃ−α７５Ｍｎ−ＬＩＣｒ−ａ２Ｍｏ　）や
ＳＡＣＭ６４６（α４５Ｃ−（１４ｓｉ−Ｌ５Ｃｒ−α
２Ｍｏ）が多く使用されているが、ＳＣＭ４８５鋼の場
合、軟窒化処理後の有効硬化層深さく微小ビッカース硬
さ、ＨＶ−５００に対応する表面からの距Ｉｌ＋りはた
かだか０１０箇程寂であり、表面硬さく表面下２５μｍ
での微小ビッカース硬さ）もＨｖＳ５０以上にはならな
いため、耐摩耗性、疲労強度の点で満足のゆくものでは
なかった。また、このような欠点を改茂して窒化特性を
向上させるＡｔおよびＣｒを多量に添加したＳＡＣＭ６
４５の場合には、軟窒化処理によって表面硬さ＃１Ｈｖ
８００〜１１００　と非常に高くなるが、有効硬化層深
さは嵩々α１５ｍ程健と小さい丸め、表面部から芯部へ
の硬さ勾配が急激にな夛すぎる。そのため、高負荷の下
で運転される歯車やベアリングなどでは、表面硬化部と
芯部の境界付近からの剥離現象が起きやすく、耐ピツチ
ング性あるいは耐スポーリング性が劣っていた。

また、芯部硬さについては高いほど疲労強度が向上し、
従来鋼は前述のようにＣ含有量が多いため、必然的に芯
部硬さが尚くなり有利であるが、反面、Ｃ含有量が増え
ると後述するように硬化深さが極端に小さくなるため、
またＳＣＭ４８５などＡｔを多量に含有しない鋼では表
面硬さがかえって低下するため、芯部硬さが＾いという
効果はほとんど隠されていた。したがって、疲労強度に
対してＦｉＣを減量させて、かつ芯部硬さを向上させる
のが得策である。

かくして、本発明の目的は、疲労強度、耐摩耗性にすぐ
れていると共に、耐ピツチング性、耐スポーリング性に
もすぐれた軟窒化用鋼を提供することである。

本発明者らは、通常の軟窒化処理条件下で、表面硬さを
ＨＶ６５０以上、有効硬化深さをα２−以上とすること
によって、疲労強度および耐摩耗性は着しく改善され、
一方、同時に表面硬さをＨｖ７６０以下に制限すると共
に芯部硬さを大きくすることによって、表面部から芯部
への硬さ勾配を緩やかにすることができ、耐ピツチング
性および耐スポーリング性が着しく改善されるとの知見
を得た。

このような知見に基き本発明者らがさらに研究を続けた
ところ、Ｈｖ６５０〜７６０の表面硬さを得るためにＣ
ｒおよびＡｔの添加量を調整すると共に、表面からの硬
さ勾配を緩やかにするために、まず第一に硬化深さを大
きくするのに有効なＶを添加し、■との共存効果によっ
て芯部の硬さ向上に有効な鋼中Ｎのｔを特定し、同時に
、芯部硬さの向上およびＶの効果を促進するＢおよび／
またはＮｂを添加する仁とによって、本発明の１叙の目
的が達成されることを見出して本発明を完成した。

なお、本発明においては　Ｓ　ｉ菫を従来のものに比べ
て大幅に制限することができるため、本発明−の溶接性
および冷間加工性は飛躍的に向上する。

ζζに、本発明は、 Ｃ：α１６〜０８５％、　　Ｓｉ：α８５％以下。

Ｍ勤：α＠　０〜Ｌ　８０％　ｅ　Ｃｒ　：α７０％を
越えＬ５０％以下。

Ｖ：αＧ６〜α５０９６．ｓｏ１．Ａｔ：ＱＯ２〜（１
１０％。

Ｎ：（１００６〜α０２０Ｖ；、およびＢ：ＱＯＯＯ５
〜ｎｏｏｓｏ４および／またＵＮｂ：（１０１〜０１Ｇ
幼さらに必要によｐ％Ｓ：００４〜０１８Ｘ、Ｐｂ：α
０８〜Ｑ８６％およびＣａ：（１００１０〜ＱＯＩＯＧ
％のうちの１檀またｔｒ１２種以上を含有し、残部Ｆｅ
と不可避的不純物からなる軟窒化用鋼である。

本発明に係る綱の組成を上述の範囲内に限定し九理由に
ついて次に述べる。

Ｃ：Ｃは強ＩＩｊＬ確保のための基本成分であり、芯部
強度確保のためにＦｉ鍛は０１５％必要である。

しかし、６８５％を越えると芯部の延性、靭性が低下し
、切削性、冷間加工性、溶接性が低下すると共に、軟値
化後の表面硬さ、硬化深さの減少も着しくなる。したが
って、本発明におけるｃｉｉは下限を（１１５９６、上
限を０８６Ｖ、とした。

ＳＳ：Ｓ％は通常脱酸剤として添加されるが、浸炭を阻
害する元素であるため、浸炭と硬化が同時に進行する軟
輩化においても、Ｓｌが少ないほど軟窒化処理による硬
化特注、すなわち表向硬さおよび硬化深さは良好となる
。ｔ＃に３ｔがα８５％以下であると、かかる効果が顕
著に発揮されるので、Ｓｌ量の上限をα８５′ｙ、とし
た。

また、Ｓｌは溶接性、溶接熱影響部のａ注、冷間加工性
に対しても有合な元素であシ、特にＳｌ量が０１０％以
上になるとこれらの特性の劣化が目立つようになるので
ｓ　ｓｔｔは０１０％以下が望ましい。

Ｍｎ：ＭｎはＩｌ！鋼時の脱酸剤として不可欠でめると
共に、芯部の強度・靭性の向上にも有効でありて、軟電
化処還品の性能確保のために１ＩＩｋ低０６０％は必要
である。しかし、Ｌ８Ｑ％を越えると切削性が著しく低
下し始めるので、下限を０６０％、上限をＬ８０％とし
た。

Ｃｒ：Ｃｒは軟輩化による浸入Ｎと結付して表Ｉｆｉ＋
硬さを高め、且つ硬化深さを大きくする極めてるには０
７０％を越える菫のＣｒ１ｉが必要であるが、Ｌ６０％
を越えると通常の軟窒化処理条件下での軟窒化恢に表面
硬さがＨｖ７５０以上になるため、上限をＬ５ｏ９６と
した、 ｖ！■は軟−化による侵入Ｎおよび侵入Ｃと結合して黴
細なバナジウム炭窒化物を析出することにより、表面硬
さおよび表Ｉｉｏ＃！さを向上させる。

特に、ＶはＣｒに比して、表面硬さの上昇の割合が小さ
いのに対して硬化深さの向上の割合は極めて大きく、且
つ析出硬化によって芯部硬さが増大するため、硬化深さ
が深く、表面か゛ら芯部への硬′健勾配が緩やかな硬化
曲線を得るのに非常に有効な元素でめる。

その効果を十分に発揮せしめるには少なくとも（１０６
％必要であるが、０６０％を越えるとその効果が飽和す
るかむしろ低下し始めるので、下限を００５％、上限を
α５０％とした。

ｇｏｌ、ＡＬ：　ｈＬもＣｒと同様に侵入Ｎと結合して
表１ＩＯ硬さを高めるが、−化深さ向上にはめまシ有効
ではない。特にＶとの複合添加では、０１０％を越える
Ａｔを添加すると硬化深さはむしろ低下する。しかし表
Ｉｆ［＋４＃！さに対しては微量添加でも有効であり、
Ｈマロ６０以上を確保するには少なくとも００２％必要
であるので、下限を（１０２％、上限を０１０％とした
。

Ｎ：Ｎは結晶粒健を微細化させ、それにより芯部の靭性
を向上せしめると共に、Ｖとの共存下においてＶとの化
合物を生成することによシ析出硬化を生じ、芯部硬さの
向上をもたらす。このような析出硬化を生じさせるため
には少なくとも０００６％は必要である。しかし、１０
２０％を越えると、過剰量の嗜化物が生成するため冷間
加工性および芯部の靭性が急激に劣化するので、本発明
にお−てはＮ量の下限を０００６％、上限をａｏ２ｏ９
６とした。

Ｂ：Ｂを微量添加すると焼入性が向上するため、Ｂが微
量含まれていると、軟窒化前の加工処地（圧延、鍛造、
焼ならし等）Ｋより被処理材（圧延まま、鍛造まま、焼
ならし等）の硬度が大きくなゐ、したがって、かかる処
ｊｌを峠た鋼に軟窒化処理を施すと、芯部硬さが尚く、
硬化深さも大きい硬さ分布を生じ、これに伴って硬さ勾
配は緩やかになる。仁のような効果を発揮させるには、
歳費６０００５％のＢ量が必要であるが、（１００５０
％を越えるとその効果が飽和し始めるので、Ｂ量の下限
を００００６％、上＠をαｏｏｓｏ９６とした。

Ｎｂ：ＮｂはＶと同様、軟窒化による侵入Ｎおよび侵入
Ｃと結合して挙細な炭窒化物を生成し、それＫより硬化
深さを増大させる。籍にＶとの複合添加を行なうと、Ｎ
ｂのかかる効果は一層顕著となる。Ｎｂの添加量が００
１％より少ないときには、上記の効果はあまり現われず
、また６１０％を越えると、その効果が飽和するか、む
しろ低下し始めるので、Ｎｂ　１ｌｌＯ下＠を（１０１
％、上限を４１１０％とした。Ｎｂをこの範囲内で飽和
すると、Ｖとの相乗効果によシ軟窒化後の芯部硬さも向
上する。このように、Ｎｂは芯部硬さの同上および硬化
深さの増大を生じ、その意味でＢと同様。

の効果を有する。

Ｓ、Ｐｂ、Ｃａ　：これらの成分は、軟窒化処理面に切
削を施す場合の切削性向上に有効である。軟輩化逃埋前
に＃！穴穿孔、電切剛、高速切削などが施される場合に
は、切削性が要求される寂合いに応じて、これらの元素
のｌ攬又は２種以上を含有させることができる。これら
の成分は硬化特性に対しては影醤を及ぼさない。

構造用鋼の切削性を高めるのに必要最少限の僑加量は、
Ｓ：００４Ｖ、、Ｐｂ：１０８％ｅＣａ：α００１０％
である。またＳは０１８％、Ｐｂはα８５％會越えると
強健・靭性の低下が甚しくなり、一方Ｃａは溶製上００
１００％以上添加するのは困雌であるので、Ｓについて
は下限を００４％、上限を（１１８％、Ｐｂについては
下限を１０８％、上限をα８５％、Ｃａについては下限
をα００１０％、上限をＱＯ１００％とした。

次に本発明を実施例によってさらに説明する。

実施例 第１ｆｉに示す組成を有する鋼を１＃１ｉｊＩｌ！シ直
径２０■の丸棒とし、９５０℃で１時間焼ならしし、そ
の俊直径１２■Ｘ長さ２２鴫の円ｗＪ状試験片を作成し
え。

これら一連の試験片に対しアンモニアガス＋ＲＸガス（
１：１）の混合ガス中において６７０℃で４時間、ガス
軟窒化処理を施した。

軟窒化処理材、表面硬さくＨｖ）および有効硬化深さく
■）、芯部硬さく表向からＩｍの地点でのビッカース硬
さＨｖ）を測定した。結果も第１表に併せて示す。

＃攬ムｌ〜１１は本発明に係る鋼であシ、鋼種Ａ１２．
１８はＮｂ・　Ｂいずれも含有しておらず、まえｔＭｍ
ｉｌ＜はＶを含有しておらず、さらに題１６はＳｉ、Ｃ
ｒ、Ｖおよびｓｏｌ、Ａ４の含Ｍ量の点で本発明の範囲
外である比較用の鋼であり、そして鋼種＆１６およびぢ
１７はそれぞれＪＩＳ−８ＣＭ４８６およびＪＩＳ−８
ＡＣＭ６４５に相当する従来鋼である。本発明鋼はいず
れ４．表面硬さが１（ｖ６５０〜７５０の範ｄ内にあり
、また有効硬化深さも０２■を越えている。一方、比較
鋼の有効硬化深さはいずれもα１９鴫以下と小さく、ま
た表面硬さををみても、鋼種朧１２，１８．１６はＨマ
ロ４６以下と低すぎ、逆に鋼種苑１６および％１７はＨ
マ８４０以上と極端に尚くなっている。

次に、本例で得た軟窒化処理材について表面からの距朧
に対する硬さを測定し、硬化画一を作成した。結果を第
１図および第２図にまとめて示す。

第１図からは、比較鋼である鋼橋４１２の硬さ勾配に比
較して本発＃４鋼の硬さ勾配はかなり緩和されているこ
とがわかる。１また、第２図かられかるように、本発明
鋼は、比較−である一種属１４゜１６と比較すると表ｔ
ｈｉ硬さと有効硬化深さが共に曳好であり、Ｂおよび／
またはＮｂ添加によって、芯部硬さが増大し、硬化表面
）−からの硬さ勾配が緩やかになり、疲労強度に対して
理想的な曲線になっているのがわかる６脣にＮｂ添加の
効果が大きい。

このように、本発明鋼は比較鋼に比べて適正な表面硬さ
を有し、硬化深さが深く、かつ緩やかな硬化勾配を有す
るため、耐摩耗性、疲労強健、耐ピツチング・スポーリ
ング性にすぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明鋼および比較鋼の硬化曲縁
を示すグラフである。 Ｌ１図 表面力゛らり距鳥＠　　（ｒｎｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ：α１６〜０８５％、Ｓｌ：０８６９６以下。 Ｍｎ：α６０〜１８０％、Ｃｒ：０７０％を越えＬ５　
   ｏ９６Ｖ：α０５〜Ｑ−ｓｏｇ、　　　以下。 Ｎ：ＱＯ０６〜（１０２０％＊　ｓｏ　ｌ　、）ｈｌ−
   ：　（１０２〜（１ｉ　０　％　。 さらに Ｂ：ａＯ００５〜（１００５０％お！び／ｌ＊ＵＮｂ：
   α０１〜０１０％を含有し、 残部Ｆｅと不可避的不純物からなる軟窒化用鋼。 ＜２）Ｃ：α１６〜α８５％、　　８１：α８５９６以
   下。 Ｍｎ：０６０〜Ｌ　８０　％　＋　Ｃｒ　：α７０％軸
   Ｌｔ１５０％Ｖ：００６〜０５０％、　　　以下。 Ｎ：ＱＯ（）６〜００２０　％　−ｓｏ　］　Ａｔ　：
   α０２〜α１０％および Ｂ：ＱＯＯＯ５〜α００６Ｇ％＄’！ヒ／ｌ＊ｉｊ　Ｎ
   ｂ　：α０１〜０１０％。 さらにＳ：（１０４〜０１８５％、Ｐｂ：αｏａ〜ａｓ
   ｂ＠およＭＣａ：ＱＯＯＩＯ〜α０１００％のうちのｌ
   橿ま九はｉｎ１以上を含有し、 残部Ｆ・　と不可避的不純物からなる軟窒化用鋼。