JP2008308740A - 軟窒化用鋼材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.35〜0.45%、Si:0.10〜0.35%、Mn:1.2〜1.8%、S≦0.12%、Ti:0.001〜0.02%、N:0.008〜0.025%を含有し、残部がFeと不純物からなり、不純物中のP:0.08%以下、Al:0.01%以下、Cr:0.20%以下、V:0.01%未満で、かつ、Ti/N<1.0を満たす化学組成で、さらに、軟窒化処理前の降伏比が0.6以上である軟窒化用鋼材。(a)Mo≦0.3%、(b)Pb≦0.3%、Ca≦0.01%及びBi≦0.3%のうちの1種又は2種以上、の2つの群の何れか1つ以上の元素を含有してもよい。
【選択図】なし
Description
(a)曲げ矯正時に表面窒化層に割れが発生しない場合であっても、曲げ矯正後に疲労強度が低下することがある。
という事実に気付いた。
(b)曲げ矯正後の疲労強度は、曲げ矯正時に発生した表面窒化層の割れが要因で決定される場合と、曲げ矯正時の残留応力が要因で決定される場合の2種類が存在すること、具体的には、疲労き裂が曲げ矯正時に割れが発生する引張矯正側ではなく、曲げ矯正時に割れが発生しない圧縮矯正側から進行する場合がある。
ということに気付いた。
C:0.35〜0.45%
Cは、必要な疲労強度を確保するため有効な元素であり、高い疲労強度を得るためには0.35%以上の含有量とする必要がある。しかしながら、Cの含有量が過剰になると鋼材自体の疲労強度が低下するのに加え、YRが低下して曲げ矯正後の引張残留応力が大きくなるため、曲げ矯正後の疲労強度の低下を招き、特に0.45%を超えると、YRの低下が著しくなって曲げ矯正後の疲労強度が大きく低下してしまう。したがって、Cの含有量を0.35〜0.45%とした。なお、C含有量のより望ましい範囲は0.35〜0.43%である。
Siは、溶製時の脱酸用として必要な元素であり、かかる効果を得るために少なくとも0.10%の含有量とする必要がある。しかしながら、Siの多量の含有は曲げ矯正性の低下を招き、特に、Siの含有量が0.35%を超えると、曲げ矯正性の低下が著しくなる。したがって、Siの含有量を0.10〜0.35%とした。なお、Si含有量のより望ましい範囲は0.15〜0.35%である。
Mnは、上記Siと同様に鋼の脱酸に有効な元素である。Mnには、焼入れ性を高める作用及び軟窒化時の固溶窒素量を増加させて疲労強度を向上させる作用もある。前記した効果を得るためにはMnの含有量は1.2%以上とする必要がある。しかしながら、Mnの含有量が1.8%を超えると、曲げ矯正性が低下する。したがって、Mnの含有量を1.2〜1.8%とした。なお、Mn含有量のより望ましい範囲は1.3〜1.7%である。
Sは、被削性を改善する作用を有する。しかしながら、Sの含有量が多くなると疲労強度と曲げ矯正性が低下し、特に、Sの含有量が0.12%を超えると、疲労強度と曲げ矯正性の低下が著しくなる。したがって、Sの含有量を0.12%以下とした。なお、被削性向上効果を得るためには、Sの含有量は0.04%以上とすることが望ましい。このため、S含有量のより望ましい範囲は0.04〜0.12%であり、0.04〜0.07%であれば一層望ましい。
Tiは、結晶粒の粗大化を抑制し、結晶粒を微細化する元素である。この効果を得るためにはTiの含有量は0.001%以上とする必要がある。一方、Tiの含有量が多くなって0.02%を超えると、曲げ矯正性が低下する。したがって、Tiの含有量を0.001〜0.02%とした。Ti含有量のより望ましい範囲は0.005〜0.02%である。
Nは、窒化物を形成して結晶粒を微細化するのに有効な元素である。しかしながら、その含有量が0.008%未満では上記の効果が十分には期待できない。一方、Nを0.025%を超えて含有しても上記の効果が飽和するとともに曲げ矯正性が低下する。したがって、Nの含有量を0.008〜0.025%とした。なお、N含有量のより望ましい範囲は0.015〜0.022%である。
TiとNの含有量の比であるTi(%)/N(%)の値が1.0以上となると、大型の窒化物あるいは炭窒化物が生成し、これが破壊の起点となって疲労強度の低下につながる。したがって、Ti(%)/N(%)<1.0とした。なお、Ti(%)/N(%)の値の下限は、Tiの含有量の下限値である0.01%とNの含有量の上限値である0.025%の場合の、0.04である。
Pは、不純物であり、疲労強度及び曲げ矯正性を低下させてしまう。特に、その含有量が0.08%を超えると、疲労強度及び曲げ矯正性の低下が著しくなる。したがって、不純物中のPの含有量を0.08%以下とした。なお、不純物中のP含有量のより望ましい範囲は0.03%以下である。
Alは、不純物であり、曲げ矯正性を低下させてしまう。特に、その含有量が0.01%を超えると曲げ矯正性の低下が著しくなる。したがって、不純物中のAlの含有量を0.01%以下とした。
Crは、不純物であり、その含有量が0.20%を超えると、曲げ矯正性が著しく低下し、曲げ矯正後の疲労強度が低下する。そこで、本発明では、不純物中のCrの含有量を0.20%以下とした。なお、不純物中のCr含有量のより望ましい範囲は0.10%以下である。
Vは、不純物であり、その含有量が0.01%以上になると曲げ矯正性が低下するし、YRが低下して、曲げ矯正後の疲労強度の低下を招く。したがって、不純物中のVの含有量を0.01%未満とした。
第1群:Mo:0.3%以下、
第2群:Pb:0.3%以下、Ca:0.01%以下及びBi:0.3%以下のうちの1種又は2種以上、
の少なくとも1つの群の元素のうち1種以上を含有するものとすることができる。
Moは、焼入れ性を高めることによって、疲労強度及び靱性の向上に寄与する元素であるので、必要に応じて添加含有させてもよい。しかしながら、0.3%を超えるMoを含有させても前記の効果が飽和するのでコストが嵩んで経済性が損なわれる。したがって、添加する場合のMoの含有量を0.3%以下とした。
Pb、Ca及びBiは、いずれも、被削性を改善する作用を有する。このため、より優れた被削性を得たい場合には以下の範囲で含有してもよい。
Pbは、被削性を改善する作用を有するので、さらなる被削性向上のために含有させてもよい。しかしながら、Pbの含有量が0.3%を超えると介在物が多くなって疲労強度が著しく低下する。したがって、添加する場合のPbの含有量を0.3%以下とした。
Caは、被削性を改善する作用を有するので、さらなる被削性向上のために含有させてもよい。しかしながら、Caの含有量が0.01%を超えると大型介在物の混入が避けられず疲労強度低下の原因となる。したがって、添加する場合のCaの含有量を0.01%以下とした。
Biも、被削性を改善する作用を有するので、さらなる被削性向上のために含有させてもよい。しかしながら、Biの含有量が0.3%を超えると疲労特性および曲げ矯正性が著しく低下する。したがって、添加する場合のBiの含有量を0.3%以下とした。
軟窒化用鋼材の化学組成が前記(A)項で述べたものであっても、軟窒化処理前のYRが0.6未満であれば、曲げ矯正後の疲労強度が大きく低下してしまう。このため、軟窒化処理前のYRを0.6以上とした。なお、0.9を超えるYRを確保するには合金元素を多量に含まざるを得ず、表面硬度が高くなりすぎるので、曲げ矯正時に表面窒化層に割れが発生しやすくなる。したがって、軟窒化処理前のYRは0.9以下とすることが好ましい。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.35〜0.45%、Si:0.10〜0.35%、Mn:1.2〜1.8%、S:0.12%以下、Ti:0.001〜0.02%、N:0.008〜0.025%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、不純物中のP:0.08%以下、Al:0.01%以下、Cr:0.20%以下、V:0.01%未満で、かつ、Ti(%)/N(%)<1.0を満足する化学組成で、さらに、軟窒化処理前の降伏比が0.6以上であることを特徴とする軟窒化用鋼材。
- Feの一部に代えて、質量%で、Mo:0.3%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の軟窒化用鋼材。
- Feの一部に代えて、質量%で、Pb:0.3%以下、Ca:0.01%以下及びBi:0.3%以下のうちの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の軟窒化用鋼材。
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