JPS6075547A

JPS6075547A - 浸炭用鋼

Info

Publication number: JPS6075547A
Application number: JP18171683A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yamamoto; 俊郎山本; Yatsuka Takada; 高田　八束; Teruo Hoshino; 星野　照男
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Aichi Steel Corp
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Aichi Steel Corp
Priority date: 1983-09-28
Filing date: 1983-09-28
Publication date: 1985-04-27

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】本発明は歯車、ころがり軸受等の動力伝達機械部品とし
て用いられる浸炭用鋼に関し、耐久寿命、被−１性およ
び嵌合い強度に優れ、かつ６時間以内で浸炭処理ができ
る浸炭性に優れた鋼である。一般に前記の機械部品は低
炭素低合金鋼を素材として、鍛造加工により歯車などの
粗形材を形成し、焼ならし処理に劇ゝ軟化させた後、歯
切りなどの切削加工を行い、ついで浸炭処理−焼入、焼
もどし処理を施することによって、耐摩耗性、耐疲労性
などを付与して優れた耐久寿命を得ている。

しかし、従来のＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系の肌焼鋼、ＳＡＩ！
８６２０などは、被削性、嵌合い強度、焼入性、耐久寿
命に優れているが、浸炭処理に８〜１０時間と長時間を
要していた。

このため、浸炭時間を短縮するに、例えば浸炭温度を従
来の９００〜９３０℃から９５０〜１０００℃に高める
浸炭法、Ｃ量を０．１２〜０．２１％から０．２８〜０
．３５％に高める方法がとられている。これらの方法は
いずれも浸炭時間を従来法に比べて大幅に短縮できるが
、前者においては浸炭温度が高いことがらオーステナイ
ト結晶粒の粗大化が問題となり、後者においてはＣ量が
高いことから浸炭焼入後の内部硬さが高くなるとともに
熱処理歪が大きく、さらに被削性についても劣るもので
ある。

本発明はこのような背景の下に、従来鋼であるＳＡＥ　
８６２０の優れた耐久寿命、被削性、嵌合い強度を保持
しながら、浸炭時間の大幅短縮により生産性の向上、熱
処理コストの低減を図り得る浸炭用鋼を提供するもので
ある。

浸炭用鋼における浸炭時間、耐久寿命、被削性などの特
性はＣ，Ｓｔ、Ｍｎ、　Ｃｒ含有量によって大きく影響
し、Ｃ量を高めれば浸炭時間は短縮できるが、しかし含
有量が多くなりすぎると嵌合い強度の低下や熱処理歪が
大きくなるとともに被削性が劣下し、かつＳｌ量を高め
れば耐久寿命は向上するが含有量が多くなりすぎると有
効浸炭深さの確保が困難になるとともに被削性が劣下し
、さらにＭｎｓ　Ｃｒ量を高めれば焼入性が向上すると
ともに有効浸炭深さを確保できるが、含有量が多（なり
すぎると浸炭材の内部硬さが高くなりすぎて被削性が劣
下するものである。このように浸炭時間、耐久寿命およ
び焼入性を向上させようとしてＣ，Ｓｉｓ　Ｍｎ量を高
めれば被削性の劣下とともに熱処理歪が大きくなるもの
であり、従来これらの特性をいずれも満足し得る浸炭用
鋼はなかった。

本発明者等は５時間以内で浸炭処理ができる優れた浸炭
性と、低炭素低合金鋼であるＳＡＢ　８６２０と同等の
優れた耐久寿命、被削性、嵌合い強度および焼入性を得
るため、種々実験を重ねた結果、最適のＣｓＳｉ、Ｍ１
１１％　Ｃｒ量を見い出したものである。

すなわち、本発明は従来鋼に比較してＣＳＳｉＳＭＣ５
５ｉＳ　Ａｌの含有量を厳しく規制するとともにＯ量を
極力低下させることによって上記の特性を得ることに成
功したものであり、第１発明鋼は重量比にＣ０，２２〜
０．０５０、Ｓｔ　Ｏ，４０〜０．８０％、Ｍｎ　０．
７０〜１．２０％、Ｃｒ　０．７０〜０．９０％、ＡＩ
　０．０１５〜０．０５０　％、００．００１５％以下
を含有し、浸炭時間の短縮を図るとともに従来鋼と同等
の耐久寿命、被削性、嵌合い強度を有する浸炭用鋼であ
り、第２発明鋼は第１発明にＭｏ　０．０５〜０．３０
％を含有させ第１発明鋼の浸炭層の焼入性を高めるとと
もに硬さを確保するもので、第３発明鋼は第１発明にｖ
　ｏ、ａｏ％以下を含有させ、第１発明鋼の結晶粒を微
細化し靭性を改善するもので、第４発明鋼は第１発明鋼
にＳ　Ｏ，１５％以下、ｐｂＯ０１５％以下のうち１種
ないし２種を含有させ第１発明鋼の被削性をさらに改善
するものである。

つぎに本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃは浸炭時間、嵌合い強度、被削性に大きく影響する元
素であり、本発明においては最も重要な元素である。浸
炭時間を短縮するにはできる限り多くのＣを含有する必
要があるが、反面Ｃ量が高くなると被削性などが低下す
るので、本発明においてはＣ量の下限を浸炭処理が５時
間以内でできる最小のＣ量である０、２２％とした。

５− 上限については、Ｃ量が多くなると浸炭材の内部硬さが
高くなるとともに被削性が劣化するのでできる限り抑制
し、０．２７％として良好な被削性が得られる焼ならし
硬さＨＢ　１６５〜１９２が得られるＣ量とした。

さらに、良好な被剛性と嵌合い強度を得るには、０．２
５％以下にすることが好ましい。

Ｓｔは本発明の耐久寿命を向上させる主要な元素であり
、この効果を得るには少なくとも０．４０％以上の含有
が必要である。しかし、Ｓｌは反面５１０２系の硬ざ非
金属介在物を生成する元素でもあり、含有量が多くなる
と被剛性が劣化するのでその上限を０．６０％とした。

ＭｎはＣｒとともに本発明の焼入性を向上させる元素で
あり、十分な焼入性を得るには０．７０％以上の含有が
必要である。しかし、多く含有させると浸炭材の内部硬
さが高くなりすぎて被削性が劣化するので上限を１．２
０％とした。

ＣｒはＭｎとともに本発明の焼入性を向上させる元素で
あり、浸炭材の内部硬さを確保するためには０．７０−
６＝％以上の含有が必要である。しかし、含有量が多くなる
と浸炭材の内部硬さが高くなりすぎ被削性が劣化するの
で上限を０．９０％とした。

旧は浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化防止に効果
のある元素であり、この効果を得るには０．０１５％以
上の含有が必要である。しかし、Ａ１はＡｌ、０３など
の硬い非金属介在物を生成し、かつ清浄度を害す０はＡ
１やＳｔと結合して硬い非金属介在物を形成して、本発
明の被削性を低下させる元素であり、できるだけ低く抑
えることが好ましく上限を０．００１５％とした。

Ｍｏは浸炭層の焼入性を向上させ、浸炭層の硬さを確保
する元素であり、この効果を得るには、０．０５％以上
の含有が必要である。しがし０．３０％を越えて、含有
させると内部硬さが高くなり被削性が劣化するので上限
を０．３０％とした。

■は結晶粒を微細化し、靭性の改善に効果のある元素で
ある。しかし多く含有させても効果の向上が７− 少ないのでその上限を０．３０％とした。

ｓ、ｐｂは本発明鋼の被削性を改善する元素である。

しかし、多く含有させるとＳについては熱間加工性ヲ損
い、ｐｂについては強度を劣化させるのでその上限をそ
れぞれ０．１５％とした。

つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例
でもって明らかにする。

第１表はこれらの供試鋼の化学成分を示すものである。

第１表９− 第１表においてＡ、Ｂ鋼は従来鋼で、Ａｌｌは５ＡＢ８
６２０、Ｂ鋼は０．３５０−１．３　Ｓｉ　−０，８Ｍ
ｎ　−Ｉ　Ｃｒ鋼でＣ〜Ｆ鋼は比較鋼で、Ｇ−Ｐｉｉｌ
は本発明鋼で、Ｇ−に綱は第１発明鋼、Ｌ＃Ｉは第２発
明鋼、Ｍ綱は第３発明鋼、Ｎ、Ｐ鋼は第４発明鋼である
。

第２表は、第１表の供試鋼を素材として、直径１５鶴　
、長さ５０ｗｍの試片を作製して、炭素ポテンシャル０
．９５％、浸炭温度９３０℃という浸炭処理条件で浸炭
を施した時の浸炭時間と、前記条件で浸炭を施したＡ−
Ｐ鋼を８６０℃で３０分保持し、ついで油中に直接焼入
れし、しかる後、１６０℃で９０分焼きもどし処理を行
った場合の浸炭深さと、内部硬さを示したものである。

なお、浸炭深さとしては、Ｃ量が０．４５％に達した表
面からの距離である。

第２表１０− 第２表から明らかなように、浸炭時間については従来鋼
であるＡ鋼はＣ量が０．２０％と低いため８時間と長い
ものであるが、本発明鋼であるＧ−Ｐ鋼はいずれも少な
くとも０．２２％以上のＣ量を含有することにより浸炭
時間は５時間以内であった。

また、浸炭深さについては、従来鋼であるＢＩｌ、１１
− 比較鋼であるＣｖｉｌが多くのＳｉを含有することによ
り０．９５＋＋ｎ、１．２ｍと目標とする有効浸炭深さ
　１．３ｍｍ以上を得ることができなかったが、本発明
鋼であるＧ〜Ｐ鋼はＳｉ量の上限を０．６０％に抑える
とともに必要量のＭｎ、、Ｃｒを含有させたことにより
、いずれも浸炭！さ　ｌ・３″″以上を確保できた・、！　さらに、内部硬さについては従来鋼であるＢ鋼、
比較鋼であるＥ鋼はＣ量が高いことによりＨｌ？Ｃ５５
，４９と高いものであるが、本発明鋼であるＧ−Ｐ鋼は
Ｃ量の上限を０．２７％に抑えたことにより内部硬さを
ｆ（ＲＣ４７以下にすることができた。

切削性については、第１表の供試鋼のうちＡ、ＢＣ，Ｈ
，に、Ｎ鋼を旋削した場合、工具寿命にどのように影響
を及ぼすかを調べたもので、工具寿命試験に際して前記
供試鋼を焼ならし処理を施し、工具として、高速度鋼工
具ＪＩＳ　１２−３型ＳＫＩ　４種を用い切込む深さＩ
Ｎ、送り　０．２ｍ／ｒｅｖで、工具寿命が２０分に相
当する切削速度（２０分寿命切削速度）で旋削し、工具
寿命の判定は完全純度として実施し、その結果を第１図
に示した。

＝１２− 第１図に見られるように、従来鋼であるＢ鋼、比較鋼で
あるＣ＃Ｉ４は、多くのＳｔを含有することにより、切
削速度が３５．４１ｍ　／　ｍｉｎと劣るものであるが
、本発明鋼であるＨＳＫ、Ｎ鋼はＳｔおよびＣ量をでき
る限り低くしたことによりいずれも切削速度６０ｍ／ｌ
ｌ１ｉｎで試験を行った。

試験に際して下記の資料階１．２．３の円錐ころ軸受を
８個（２個／回×４回）作製し、表面硬さＨＲＣ６２程
度になるように熱処理を施して、試験してその結果を第
３表に示した。

１３− 第３表第３表より明らかなように、本発明鋼であるＧ、■１、
Ｊ鋼はＣ量が高いにもかかわらず従来鋼であるＡ鋼と同
等の転がり寿命を有するものである。

嵌合い強度については、軸受内輪に嵌合い応力を与えて
回転させた場合の限界嵌合い応力をめるもので試験に際
しては円錐ころ軸受を所定のしめじろで軸に圧入して、
回転試験を行った。

試験に際しては、円錐ころ軸受、前記資料隘３を各々８
個作製し、潤滑油として＃６８タービン油を使用して試
験し、その結果を第２図に示した。

１４− 第２図に見られるように、従来鋼であるＢ鋼は内部硬さ
がＨＲＣ５５と硬いことにより嵌合い強度は４５ｋｇ、
ｆ／−と低いものである。本発明鋼であるＨＳＫ鋼はＣ
量を抑えて内部硬さをＨＲＣ４１としたことにで浸炭処
理ができる優れた浸炭性と、ＳＡＥ　８６２０と同等の
優れた耐久寿命、嵌合い強度を有する浸炭用鋼であって
、歯車、ころがり軸受等の動力伝達機械部品として最適
の鋼で高い実用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は工具寿命と切削速度との関係を示した線図で、
第２図は割れに至る回転時間／計算寿命と嵌合い強度と
の関係を示した線図である。桟衣埼市１人１５− ＩＩ／Ｉに美有喰（Ｍ／り籐　２　図

Claims

【特許請求の範囲】１、重量比にし７Ｃ０，２２〜０．２７％、Ｓｉ０．４
０〜０．６０％、Ｍｎ　Ｏ，７０〜１．２０％、Ｃｒ　
Ｏ，７０〜０．９０％、ＡＩｏ、０１５〜０．０５０％
、ＯＯ，００１５％以下を含有して残部０．６０％、　
Ｍｎ　Ｏ，７０〜１．２０％、　Ｃｒ　Ｏ，７０〜０．
９０％、　八１元素からなることを特徴とする浸炭用鋼
。３、重量比にしてＣＯ，２２〜０．２７％、Ｓｔ　Ｏ，
４０〜０．６０％、Ｍｎ　Ｏ，７（１〜１．２０％、Ｃ
ｒ　Ｏ，７０〜０．９０％、ＡＩｏ、０１５〜０．０５
０％、ＯＯ，００１５％以下を含有し、さらにｖ　Ｏ，
３０％以下を含有して残部Ｐｅならびに不純物元素から
なることを特徴とする浸炭用鋼。４、重量比にし７　Ｃ０，２２〜０．２７％、ｓｓｏ、
４０〜０．６０％、　Ｍｎ　Ｏ，７０〜１．２０％、　
Ｃｒ　Ｏ，７０〜０．９０％、　八ｌＯ，０１５〜０．
０５０％、ＯＯ，００１５％以下を含有し、さらにＳ　
Ｏ，１５％以下、Ｐｂ　Ｏ，１５％以下のうちＩＮない
し２種を含有して残部Ｆｅならびに不純物元素からなる
ことを特徴とする浸炭用鋼。