JPS61133366A - 銘削性を付与した冷間鍛造用肌焼鋼 - 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】 （技術分野） 本発明は肌焼鋼、特に耐粗粒化にすぐれ、快削性を付与
した冷間鍛造用肌焼鋼に関する。

（発明の背景） 自動車、機械の動力伝達用部品には、その用途上必要と
する機械的性質を得る念めに肌焼鋼が広く用いられてい
る。これＦｉ異形加工された前記部品に浸炭又は浸炭窒
化などの表面硬化処理を施し、表面の強度および耐摩耗
性と芯部の耐衝撃性を確保して部分全体の靭性を保たせ
る丸めでめる。この表面硬化処理ｔ−施す場合、冷間加
工後の素材ｒム３　変態点以上のオーステナイト領域温
度で、かつ浸炭又は浸炭窒化などの表面硬化処理雰囲気
中にて７ｘＪ熱保持するが、このような処理過程におい
て、小数のオーステナイト結晶粒が異常成長して鋼組織
中に部分的に結晶粒が粗大化し九混粒組織が生ずる場合
がるる。このように粗大化した結晶粒の部分は他の部分
に比較して焼入性がよい九め大きな熱処理歪をもたらし
、さらに靭性の低下をき比したシするとｉう問題があっ
た。

このような問題点を解決する比めに従来は鋼中のムＡＭ
　ｔ−十分に析出させてオーステナイト結晶粒の粗大化
を防止する肌焼鋼が用いられていたが、このようにＡｔ
１１ｔ−微細に析出させ九としてもムｔ１１は凝集粗大
化しやすいため、オーステナイト結晶粒成長の抑制効果
は弱められることになシ、さらにムｔｎを微細に析出さ
せたことによシ初期オーステナイト粒径が小さくなる九
めに結晶粒粗大化温度は低下することになジ、オーステ
ナイト結晶粒粗大化の抑制効果を十分に達成することが
できなくなり、そのためにオーステナイト結晶粒の粗大
化温度の高い肌焼鋼を得るのに、種々の改良がなされて
いる（例えば特開昭５８−１１０６５７、昭５８−１１
３３１８号公報参照）。又肌焼鋼の浸炭温度は従来９２
５℃前後で６つ次が、近年能率向上を目的として高温浸
炭（９５０〜１０００℃）或は真空浸炭（９５０〜１０
５０℃）などの高温、短時間の処理条件に移行しり＼６
る。このためによシ高温の浸炭温度においてもオーステ
ナイト結晶粒が粗大化しない肌ｙＡＩＩＩＩが望まれる
とともに、肌焼鋼はギヤなどの精密部品ＩＣなるので、
切削やシェービングなどの機械加工が多く切削性の向上
が望まれてい念。

（発明の概要、詳Ｓな説明） 本発明は、上記の現状に鑑みなされたものでめり、冷間
鍛造などの冷間加工後のオーステナイト結晶粒の粗大化
を防止でき、かつ切削性にすぐｎ九肌焼鋼を提案するも
のでろ夕、重量でＣα１０〜α５０１８１　　（Ｌ５０
チ以下、Ｍｎ　　［１３〜　１．８％％　Ｏｒ　　１３
０〜１．８０％、　Ｎ（ＬＯ０１〜（ＬＯ２５％、　　
５ｏＡＡＡ　　［ＬＯ０５〜（ＬＯ２９６未満、Ｍ’ｂ
　　［ＬＯ１１５〜（１１％１に含み、°　九だしＮｂ
／１ｓｏｔ　Ａｊ≧２−３の関係をみたし、さらＩＩＣ
日　１０４〜ＩＩＬ４０％、Ｐｋ　　α０５〜（Ｌ４０
慢、　Ｂｉ（Ｌ００５〜α　２０　悌、　Ｔｅ（ＬＯ０
５〜ＩＩＬ２１）９６％Ｏａ　１１００１〜α０２（１
０うち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物よシ成る耐粗粒化と切削性にすぐれた冷間鍛造
用肌焼鋼、及び上記成分のほかにさらＫＭｏ　　ｃＬ０
５〜（Ｌ８９６ｔ−含有する靭性にすぐれ、耐粗粒化と
切削性にすぐれた冷間鍛造用肌焼鋼に関するものでるる
。即ち、本発明は冷間加工後の熱処理の初期オーステナ
イト粒径ｔ−６る程度大きくしておくためにＡｔ含有率
を低くし、ムｔ　よりもオーステナイト結晶粒成長の抑
制効果がさらに強いＮｂ　ｆ　Ｎｂ／５ｏｔＡｔ≧ｚ３
の関係をみたすように添加することにより冷間加工後の
浸炭処理、あるいは浸炭窒化処理時におけるオルステナ
イト結晶粒の粗大化を防止することを特徴とし、さらに
Ｓ、　　Ｐ’ｂ、　　Ｂｉ、　　Ｔｏ、　　（ａを添加
するごとによシ快削性を付与し念ものでろ）、又浸炭焼
入れ焼もどし後の靭性改善の念めにＭｏ　ｆ添加したこ
とｔ−％徴とするものでるる。

次く本発明による肌焼鋼の取分の限定理由について説明
する。

Ｃはこの発明鋼が浸炭又は浸炭窒化後く焼入れ及び低温
部もどしを行って使用する肌焼鋼で１Ｌ従って浸炭され
ない６部の焼入れ歪や残留応力を小さくする念めに上限
を１００％とする。一方、１１％未満では焼入れ性が不
足し、６部の強度が確保できなくなる念め、下限を（１
１０チとする。

ｓｌは脱酸剤として必要でるるが、（Ｌ５０％を超える
と鋼中に８１０！　系の介在物が増加すると共（結晶粒
が粗大化する傾向が顕著に７ｋｆｆ靭性が劣化するため
、ＩＩＬ５０％以下とした。

Ｍｎは脱酸脱硫剤及び鋼の靭性を確保する元素として不
可欠なものでめるが、（１５０１５未満階での偏析を助
長し脆性を増加させる念めｒＬｓａ〜１．８０チとする
。

Ｏｒは鋼の焼入れ性、強度、靭性及び浸炭性等の向上に
有効な元素であるが、α３０係未満ではその効果が小さ
く７！シ、又１．８０％を超えて多量に含有すると結晶
粒のオーステナイト化時に炭化、ＩｉＪが十分に固溶せ
ず浸炭後の機械的性質が劣化するためＩｃ（Ｌ’３０〜
１．８０％とする。

Ｎは鋼中のＡｔと化合してムＡＭ　ｆ：生成し、一部は
Ｉｂとも化合するが、１００１％未満ではＡ１１ｉの析
出が少くな〕、結晶粒径が大きくなるｏで下限１ｊ（Ｌ
Ｏ０１％と−ｔ”ル。又、ｌＬｏ　２５９Ｇを超えると
冷鍛性が劣化するため上限は１０２５俤とする。

効でらるが、１０２％以上になると未固溶のムｔＮが析
出して、浸炭、浸炭窒化時におけるオーステナイト結晶
粒の粗大化温度を低下させるため、上限を１０２チ未満
とする。又、下限をｕｏｏｓｓとした理由に、鋼中ムｔ
の偏析を考慮シテもｃＬａａｓ＊ｏａｏｔｈｔ　が固溶
しておれば十分に脱酸される九めである。

Ｍｌ）はオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制するのに
極めて有効な元素でめる。第１図にＩｌ’１ｅｓａ−ｒ
ｈｓ％８１−［Ｌ８％Ｍｎ−１，２％Ｏｒ−（Ｌ　Ｏ１
Ｇ　％　Ｎ　−１１Ｔｏ　Ｓ　−Ｎｂ　−ｅｏＬ　Ａｔ
鋼に憾の圧下率で冷間加工を行なった後９６０Ｃ×６時
間のオーステナイト化を行ない結晶粒粗大化の有無を示
す。細粒化の九めにはＮｂ／ａｏＡ　Ａｔ≧２−３が必
要でろ９、その之めＭｂの下限は（１０１１５％とし、
またｒＬ１ｓ以上添加してもＮ’ｂ（ＯＮ　）　　が粗
大化し効果が減少するので上限は　　　ｌ１１ｑｂとす
る。従って粗粒化を防ぐためにｓｏｂムｔとｌＡ１３０
間にはａｏｔＡｔｌ　ＯＯ５〜ｌ　Ｏ２９に未満、Ｎｂ
　　α０１１５〜ＩＩＬ１−ただしＢｉｂ／ａｏｔムｔ
≧２．３の関係が必要である。

ＩＪＴｅ　は鋼中のＭｎ　と結びついて介在物を生成し
、鋼の被剛性を向上させるが、８１１０４暢、τｅ　α
００５暢未満ではその効果があがらず又Ｂ　　（Ｌ４０
ｃｓ、Ｔｏ　　１ｌＬ２０ｓ’ｊ”超えて多量に添加し
ても飽和して増量する意味がなく不経済であるから上記
範囲に制限した。

ＰＩ）、Ｂｉは鋼中に溶Ｓ度をもたないので、鋼中で微
粒として分散することによ〕快削性を向上させるが、Ｐ
ｂ　（１０５１Ｂｉ　　ＣＬ００５％未満ではその効果
がめがらず又Ｐ’ｂ［Ｌ４０％、Ｂ１　α２０係を超え
て添加しても効果が飽和して不経済でおるので上記範囲
に制限した。

Ｏａは非金属介在物を球状化する作用がめり、快削性を
向上させるが、Ｏａ　　［１Ｌ００１％未満では効果が
めがらず又Ｃａ［ＬＯ２チを超えて添加しても効果が飽
和して不経済であるので上記範囲（制限し友。

Ｍｏ　ｌｄ浸炭焼入れ焼もどし後の靭性改善の九めに添
加するが、高価な元素でろる九め、できるだけ少量の添
加が望ましく、その靭性改善効果が発揮さｎはじめる［
Ｌ０５％を下限とし、その効果がほぼ飽和する１１ａａ
ｌｔ上限とした。

（実施例〉 次に本発明の実施例につりで説明する。

第１表は本実施例に使用し念鋼の組成を示すものでめシ
、鋼−１〜６は従来鋼　ｆＩ４７〜２５は本発明鋼であ
る。なお鋼Ｎ＆２５〜２５は、浸炭焼入れ焼もどし後の
靭性向上のためにＭＯを添加し念実施例でるる。

第１表に示す組成の＃ｔ−１００に９真空溶解炉で溶製
し、１００匈鋼塊とした後、１２００℃で４０１φＸ１
０００ｍｍの丸棒に鍛伸し念。その後７５０℃×２時間
の加熱後、炉冷による球状化焼なましを行い、２０チ、
５０％、８０％の圧下率で冷間鍛造を行った後、オース
テナイト化してオーステナイト結晶粒粗大化温度の測定
をした。その結果を第２表に示す。この実験にかいてオ
ーステナイト化は浸炭処理を想定し９３０〜１０５０℃
の温度域に６時間保持して水冷し念。その後、各試料の
横断面のオーステナイト粒径を測定し、オーステナイト
結晶粒度Ｎａ５以下の粗粒が面積率でＩ４超える温度、
又は、粒度翫が３以上異なる結晶粒が面積率で２１）Ｊ
ｆｔ超える温度をオーステナイト結晶粒粗大化温度の下
限とじ九。

次に、この発明鋼にかいてＭＯを添加し之場合の効果を
確認するために、前記実験に用い九試料と同じ条件で溶
製、鍛伸、球状化焼なまし２行つ九のちに５０％の圧下
率で冷間鍛造を行つた後、浸炭処理を想定して９５０℃
×６時間の加熱後、油焼入れしたのち１８０℃×２時間
の焼きもどしを行い、シャルピー衝撃試験を実施し虎。

その結果を第２表に衝撃値として示す。

なお、衝撃値ＦｉＪＩ８３号試験片、２■Ｕノツチ試験
片による３本の試験結果による平均値でろる。

第２表 次に本発明鋼において快削元素ＩｋｆＩｆ＆加し几場合
の７ランク摩耗への効果ｆ：第２図と第３表に示す。切
削試験に用いた供試材は１１５諷φの圧延材で９００℃
Ｘｔ５ｈｒｊｌ　の簡単後、１０６φＸ　５００　ｗｍ
　Ｌの被削性試験片に加工しな。

工具材としては超硬合金Ｐ２０〔バイト用チップ、硬さ
９０以上（ロックウエルムスクール）抗折力１１０以上
（ｋｌｉ／ｗｍ”　）　］を用い、（−５１−５°、５
°、５’、１５°、１５°、　　（Ｌ　Ｂ　ｍ）：切込
み２．０■；送り（Ｌ２５閣／ｒ：潤滑−乾式にて寿命
判定としてフランク摩耗（Ｌ　２　ｍ　ｔ−基準とした
。

第３表では切削速度１２０　ｍ　／　ｍ１ｎでの工具寿
命（ｍｉｎ　）　ｆｅ示す。Ｐｂ、　　Ｂ、　　Ｔｏ、
　　Ｂｉ、　　（！ａ単独添加で工具寿命が従来鋼の約
１．２〜１．５倍延びることを示し、Ｐｂ、Ｂ、Ｔｏ、
Ｂｉ、Ｃ！ａの複合添加系では約１．５〜５倍延びるこ
とを示している。

第２図においては、切削速度に対する工具寿命の快削元
素添加の影＃を示す。

すべての切削速度において快削元素添加し九本発明鋼が
従来鋼よりも切削性が潰れていることが明らかで、また
快削元素の添加は第２表よシ明らかなように粗粒化温度
に何らの影響を与えないことを示している。

従って機械加工の多い冷間鍛造用肌焼鋼に対しては、耐
粗粒化に優れかつ被剛性の優れ念鋼は最適なものとなる
。

第３表

【図面の簡単な説明】

添付図面において、第１図はａｏｔＡＡとＢｉｂの量と
オーステナイト結晶粒粗大化との関係を示したものでめ
シ、ｗＸ２図は本発明鋼の快削性試験結果を示す図表で
ある。 少　ｆ１渇 〆４−７ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量でＣ０．１０〜０．３０％、Ｓｉ０．５０％以
   下、Ｍｎ０．３〜１．８％、Ｃｒ０．３０〜１．８０％
   、Ｎ０．００１〜０．０２５％、ｓｏｌＡｌ０．００５
   〜０．０２％未満、Ｎｂ０．０１１５〜０．１％、ただ
   しＮｂ／ｓｏｌＡｌ≧２．３の関係をみたし、さらにＳ
   ０．０４〜０．４０％、Ｔｅ０．００５〜０．２０％、
   Ｐｂ０．０５〜０．４０％、Ｂｉ０．００５〜０．２０
   ％、Ｃａ０．００１〜０．０２０％のうち１種又は２種
   以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物より成るこ
   とを特徴とする耐粗粒化にすぐれ快削性を付与した冷間
   鍛造用肌焼鋼。 ２、重量でＣ０．１０〜０．３０％、Ｓｉ０．５０％以
   下、Ｍｎ０．３〜１．８％、Ｃｒ０．３０〜１．８０％
   、Ｎ０．００１〜０．０２５％、Ｍｏ０．０５〜０．８
   ％、ｓｏｌＡｌ０．００５〜０．０２％未満、Ｎｂ０．
   ０１１５〜０．１％、ただし、Ｎｂ／ｓｏｌＡｌ≧２．
   ３の関係をみたし、さらにＳ０．０４〜０．４０％、Ｔ
   ｅ０．００５〜０．２０％、Ｐｂ０．０５〜０．４０％
   、Ｂｉ０．００５〜０．２０％、Ｃａ０．００１〜０．
   ０２０％のうち１種又は２種以上を含有し、残部Ｆｅ及
   び不可避的不純物より成ることを特徴とする耐粗粒化に
   すぐれ快削性を付与した冷間鍛造用肌焼鋼。