JPS61124520A - 整粗粒浸炭用鋼の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は浸炭用鋼の製造方法に関するものであって、特
に特定の熱間圧延を行うことによって、オーステナイト
＠細化にともなう、一部粗大化による不均一化と焼入歪
の発生のない、優れた浸炭性と低温靭性を有する整粗粒
浸炭用鋼の製造方法に関する。

（従来の技術） 浸炭処理は歯車、シャフト寺の５！械部品の耐摩耗特性
や耐疲労特性の向上を目的として広〈実施されているが
、高温かつ長時間を要するため生産性及び省エネルギー
面での問題点が多い。

これらの対策として巖近は浸炭速度を速めるため通常の
処理温度９００〜９３０Ｃより高い温度である９５０　
Ｃ以上の温度で鋼が浸炭処理される傾向にある。しかし
高温において浸炭処理されると、鋼材のオーステナイト
組織が粗大化し、％に混粒組織が発生することにより、
焼入歪の発生２機械的性質の劣化、浸炭硬化深ざのバラ
ツキ等の種々の問題が誘起されろ。

従来オーステナイト組織の粗大化を抑制するため、結晶
粒微細化作用を有するＹ、　ｋｔ＋　Ｎｂ、　Ｔｉ＋な
どを鋼に含有させ、オーステナイト化した際の鋼の結晶
粒の粗大化を抑制することが実施されている。しかしこ
れら添加元素の固溶状態やＮ童に粗大化抑制機能が依存
するため結晶粒の粗大化の抑制は、冷間加工や軟化焼鈍
等の熱処理の影響を受けやすく、十分な効果があがって
いない。特公昭５４−１６４７　においては加熱温度を
１１５０　Ｃとし、浸次処理時に微細に析出してオース
テナイト結晶粒が混粒になるのを抑制する作用を有する
Ｎｂ、入を化合物（窒化物、炭化物）をできるだけ多量
にオーステナイト中に分散固溶せしめ、ついで熱間圧延
。

熱間鍛造等の熱間加工が施される。この熱間加工は１０
００　ｔｌ：’以上の高温で終了させ、オーステナイト
結晶粒度を粒度番号厘５以下の粗粒にして冷却すること
を特徴としている。特公昭５４−１６４７に記載の方法
は浸炭時のオーステナイト粒の微細化を達成する上で極
めて有効である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら前記の方法は加熱温度を１１５０　Ｃ以上
としてＮｂ、　Ｉｙｔ化合物（窒化物、炭化物）を添加
し、更に１０００　Ｃ以上で熱間加工を施しているので
固溶Ｎｔｔが増大し、浸炭処理温度における混粒の発生
を完全に防止できるものではなかった。

またＮｂ、　Ｔｉなどの添加はコストアップを１ねくだ
けでなく低温靭性の低下を来たし、好ましくない。さら
に焼入性の観点からはより多くの焼入性向上元素の添加
を必要とし、質重効果の影響が犬きくなりコストアップ
となるなどの諸欠点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は従来の方法の有する欠点ならびに問題点を除失
、改咎することのできる整粗粒浸炭用鋼の製造方法を提
供することを目的とするものであり、特許請求の範囲記
載の整粗粒浸炭用鋼の製造方法を提供することによって
前記目的を達成することができる。すなわちこの発明は
Ａ−ｔを０．０１〜０．１％、ＮＪ−０，００１〜０．
０５％含有する炭素鋼または低合金鋼を８５Ｑｃ乃至１
１５０　Ｃ未満の温度域に加熱し、１０００Ｃ未満の温
度域において圧下率３０％以上の熱間圧ｆｉ！；を付与
し、常温まで冷却する整粗粒浸炭用鋼の製造方法に関す
る。

以下本発明の方法について詳細に説明する。

本発明によれは適当量の旭、Ｎを含む炭素鋼または低合
金鋼を８５０Ｃ乃至１１５０　Ｃ未満で加熱後、次に１
０００　Ｃ未満で圧下率３０％以上の熱間圧延後空冷し
微細組織の銅とする。

一般に９００〜１０００　Ｃにおいてオーステナイト化
されると、Ａｊ、Ｎを含む炭素鋼又は低合金鋼ではＡ２
窒化物の析出により粒成長が抑制され細粒となる。しか
しこの温度域はｎ窒化物が一部溶解する領域であること
から、固溶状態、前処理。

析出物の形態等に著しく影響され、現実には粗大粒の局
部的発生などを生じ、制御が容易ではない。

本発明によれば逆に整粒の粗大オーステナイト粒では焼
入歪の発生２機械的性質の劣化などが起らず、焼入性の
向上及び浸炭性の向上が得られることから、整粗粒組織
の製造条件を詳しく探求し発明を完成したものである。

すなわち、本発明によれば熱間圧延に先立って８５０Ｃ
乃至１１５０　Ｃ未満の比較的低温加熱によりｎ窒化物
を多く析出させ、細粒のオーステナイト粒を得たのち熱
間圧延を行う。特に１０００　Ｃ未満で熱間圧延を行う
と、オーステナイト粒の再結晶の進行がおくれたり、起
らなくなる。又圧延にエリオーステナイト粒が伸長され
るとともに、粒内に多くの格子欠陥を蓄積することにな
る。この効果は圧下率が３０％以上で特に顕著である。

このようなオーステナイト粒がｒ→α変態を生起すると
著しく微細な組織となる。また固溶Ｍはオーステナイト
粒内の格子欠陥にＡＪＬｇ化物としていわゆる歪誘起析
出し、固溶量は著しく減少する。

このような微細組織が浸炭処理温度でオーステナイト化
されると、急速な粒成長を生起し整粒のオーステナイト
粒となる。この理由はオーステナイト粒の成長を抑制す
る再析出したｎ窒化物が極めて減少していることと、微
細組織がα→ｒ変態すると核発生個所が著しく増加し、
微細オーステナイト粒が生成されるが、オーステナイト
粒の成長駆動力は粒径が小さい程大きくなる之め、より
低温側で粗大化をおこし、浸炭処理温度域では整粒され
た粗大化粒となることによるものである。

前述のごとく、本発明は虹の結晶粒成長抑制効果と微細
組織のオーステナイト粒粗大化渇度の低下効果とを利用
するものであることから、所期の目的を達成するにはｎ
及びＮの含有射と製造条件を制御する必要がある。

次にｎとＮの添加量について説明する。

紅は熱間圧延前のオーステナイト粒の成長を抑制するの
に有効である。但し０．０１％未満ではこの効果が不十
分であり、又０．１０％を超えると駐２０３などの非金
−介在物が増加するので、添加ｕｊｉの上限を０．１０
％とした。ＮＦｉ鋼中の紅と結合し、Ａ２窒化物として
析出し、オーステナイト粒成長抑制効果を示す。この効
果を顕著にするには０．００１％以上の添加量が必要で
ある。添加量が多いほど効果は大きく、また焼入性も向
上するため好ましいが、０．０５％を越えると効果が飽
和することとコストアップをまねくことから、添加Ｎｔ
の上限を０．０５％とした。

次に本発明による製造条件について述べる。

鋼を常法にて溶製し、８５０Ｃ乃至１１５０　Ｃ未満の
温度域において加熱する。８５０Ｃ以下では鋼種によっ
ては完全にオーステナイト化しないことと、多段圧延を
行う際、変形抵抗が多大となり、圧延機の負荷が大きく
なって生産性を損うため、加熱温度の下限を８５０Ｃと
し念。一方Ａ、１窒化物は１１５０　Ｃを越えるとほぼ
完全に固溶してしまい、オーステナイト粒が粗大となっ
て、熱間圧延を行っても微細オーステナイトを得ること
が困難となること、固溶駐量が増大すること及び歪誘起
析出の進行が少なくなることなどの理由により、浸炭時
に整粒の粗大オーステナイト粒が得がたくなり、所期の
目的を達成することが困難となることから加熱温度の上
限を１１５０　Ｃ未満とした。

次いで１００００未満の温度で３０％以上の圧下率で熱
間圧延を行う。熱間圧延が１０００　Ｃ未満で行われる
とオーステナイト粒の再結晶の進行が着しく遅滞し、多
くの場合圧延方向に伸長されるとともに粒内に双晶、変
形帯、転位など格子欠陥が数多く導入される。これらの
格子欠陥のうち、双晶や変形帯はγ→α変態の際のα粒
形成個所として作用し、微細組織となる。−１之転位は
析出物の有効な析出サイトとして働くため、固溶ｎは旭
窒化物として多量に析出し、その後の冷却過程において
凝集、粗大化をおこし、浸炭処理時においてはオーステ
ナイト粒粗大化抑制作用を失う。

これらの効果を十分に発揮させるに必要な圧下率は鍾小
で３０％である。この値は双晶や変形帯がオーステナイ
ト粒に実質的に導入される下限値であるので、熱間圧延
時の圧下率を３０％以上とした。

前述の条件で熱間圧延後、常温まで冷却することにより
微細組織が得られる。浸炭処理の条件について特に限定
されるこけないが、本発明の所期の目的を充分発揮させ
るための処理温度として９０００以上か望ましい。

次に本発明の方法に適用される鋼について述べる。鋼は
炭素鋼及び低合金鋼であって特に成分が限定されるもの
ではないが、一般的に肌焼鋼と称される浸炭用鋼であっ
て、通常の場合Ｃ：０．０５〜０．３％、ｓｔ：４．ｏ
％以下、　Ｍｎ　：　Ｑ、３〜１．８％を含む炭素鋼あ
るいは必要に応じてＮｉ　：　４．５％以下。

Ｃｒ　：　２％以下、Ｍｏａｔ％以下、Ｎｂ：０．１％
以下。

Ｖ　：　０．２％以下、　　Ｂ　：　０，００５％以下
の１種又は２種以上を含む低合金鋼が本発明の方法に適
用される。

次に本発明の方法を実施例について詳細に説明する。

実施例 第１表は試験に供した墓１〜５の５種類の鋼の化学成分
を示した表である。第２表は第１表の厘ｌ〜５の鋼を常
法にて溶製し、１５０■角のビレットに分塊圧延したの
ち、３０１１１ｍ＋、！；１５’の棒鋼に仕上げるに際
して第２表に示す圧延条件で熱間圧延を行った。その後
２５１１１１．ｇに機械切削し、ガス浸炭（９３０ＣＸ
　４ｈｒ　−８５（Ｉｃ　Ｘ　３０分−７０ｔｌ”油冷
、カーホンボテンシアル＝　０．９５％）を行い、有効
硬化深さく　ＪＩＳ　ＧＯ５５９）及びオーステナイト
粒度の測定を行った。また機械的性質を調べる目的でシ
ャルピー試験（ＪＩＳ　４号試片）を行つ几。

これらの結果が第２表に示されている。なお、混粒発生
率は供試材がオーステナイト粒を発生後、光学顕微鏡に
て１００視野観祭し、全視野面積に対する粗粒の合計面
積の割合である。

第２表で明らかなように、供試材＆　ｌ　、　Ａ　３及
びＡ１３は加熱温度が本発明の範囲外にあり、混粒発生
率が高く、低温靭性が低下するのに対し、鋼番１．鋼番
５について本発明の方法を実施した扁２．４１１．ム１
２では混粒の発生がなく、低温靭性も高い。

ｎ・Ｎのいずれかが本発明の範囲外にある調香２及び調
香４を使用した、供試材Ａ４及び＆ｌＯにおいては、い
ずれも混粒の発生があり、有効硬度深さ、低温靭性が若
干低下する。これに対してＡｊ、Ｈの添加量が範囲内に
ある調香３を使用した供試材Ａ８では、このようなこと
がない。

１０００　Ｃ未満での圧下率が本発明の範囲外である供
試材Ａ　５　、　ＪＫ　６及び＆７では混粒の発生率が
高いのに対し、範囲内の供試材Ａ８及び黒９では低温靭
性にすぐれ、混粒の発生もない。

（発明の効果） 以上説明した如く、紅を０．０１〜０．１％、Ｎをｏ、
ｏｏｉ〜０．０５％を含有する炭紫鋼または低合金鋼ｆ
：８５０　Ｃ乃至１１５０　Ｃ未満の温度域に加熱し１
０００Ｃ未満の温度域において圧下率３０％以上の熱間
圧延を付与し、常温まで冷却することによりオーステナ
イト微細化にともなう一部粗大化に対する不均一化と焼
入歪の発生を防止し、すぐ九士浸炭性と低温靭性を具備
する整粗粒浸炭用鋼の製造が可能となり、その効果は極
めて大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ａｌを０．０１〜０．１％、Ｎを０．００１〜０．
   ０５％含有する炭素鋼または低合金鋼を８５０℃乃至１
   １５０℃未満の温度域に加熱し、１０００℃未満の温度
   域において圧下率３０％以上の熱間圧延を付与し、常温
   まで冷却することを特徴とする整粗粒浸炭用鋼の製造方
   法。