JP2014194060A - 疲労強度に優れた自動車用機械部品の製造方法および該方法による自動車用機械部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%で、C:0.13〜0.20%、Si:0.30〜0.70%、Mn:0.20〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:2.00〜2.50%、Al:0.010〜0.050%、Ti:0.02〜0.08%、Nb:0.02〜0.08%、B:0.0005〜0.0035%、N:0.020%以下を含有し、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼を1250℃以上で鋼片に圧延し、冷却後、800〜1050℃に加熱して鋼材に圧延し、さらに軟化熱処理した後、冷間鍛造で部品形状に成形し、焼ならしまたは焼なましすることなく950℃以上で浸炭焼入焼戻し、オーステナイト結晶粒度番号7以上の鋼材とする。
【選択図】 なし
Description
Cは、自動車用機械部品として鋼材の焼入焼戻し後の強度もしくは浸炭焼入焼戻し後の芯部強度を確保するために必要な元素である。Cは0.13%未満では強度を確保できず、0.20%を超えると素材の硬度が上昇して加工性が低下する。そこで、Cは0.13〜0.20%とする。
Siは、脱酸に必要な元素であるとともに、鋼に必要な強度、焼入性を付与し、また一定量以上の添加で浸炭異常層深さを浅くする効果がある。Siは、その効果を得るために、0.30%以上の添加が必要である。一方、Siは0.70%を超えると素材の硬度を高めるため、加工性を低下させる。そこで、Siは0.30〜0.70%とする。
Mnは、焼入性を確保するために必要な元素である。しかし、Mnが0.20%未満では焼入性への効果は十分に得られない。一方、Mnは0.50%を超えると機械加工性を低下させると同時に、浸炭時の結晶粒の粗大化が発生し易くなる。そこで、Mnは0.20〜0.50%とする。
Pは、スクラップから含有される不可避な元素であるが、粒界に偏析して衝撃強度や曲げ強度などの特性を低下させる。そこで、Pは0.030%以下とする。
Sは、被削性を向上させる元素であるが、非金属介在物であるMnSを生成して横方向の靱性および疲労強度を低下する。そこで、Sは0.030%以下とする。
Crは、焼入性を確保するためと浸炭時の結晶粒の粗大化を防止するために必要な元素である。しかし、Crが2.00%未満ではこれらの効果を十分に得られない。一方、Crは2.50%を超えると浸炭を阻害し、また素材硬度を上昇させて機械加工性を低下させる。そこで、Crは2.00〜2.50%とする。
Alは、脱酸材として使用される元素である。この効果を得るため、Alは0.010%以上の添加が必要である。一方、Alは0.050%を超えて添加されると大型のアルミナ系介在物を形成し、疲労特性および加工性を低下する。そこで、Alは0.010〜0.050%とする。
Tiは、炭化物を形成し、結晶粒粗大化を防止する効果をもたらす。さらに、TiはNと結合することにより、BがNと結合してBNとなることを防ぐ。その効果を得る場合には、Tiは0.020%以上添加される必要がある。一方、Tiは0.08%を超えて添加されると機械加工性を損なう。そこで、Tiは0.02〜0.08%とする。
Nbは、炭化物を形成し、結晶粒粗大化防止効果をもたらし、特に鋼中に微細に分散したナノオーダーサイズのNbCまたはNbTiCが結晶粒の成長を抑制する。しかし、Nbは0.02%未満では、その効果は得られない。一方、Nbは0.20%を超えると析出物の量が過剰となり加工性を低下する。そこで、Nbは0.02〜0.08%とする。
Bは、極く少量の含有によって鋼の焼入性を著しく向上させる元素であり、添加することによって他の合金元素の添加量を減らすことができるため、鋼材コストを下げるのに有効な元素である。しかし、Bは0.0005%未満では焼入性の向上効果が小さい。一方、Bは0.0035%を超えると強度を低下させる。そこで、Bは0.0005〜0.0035%とする。
Bは、鋼中に固溶することによって上記した効果を発揮するが、Bの添加時にfree−Nが存在すると、BNを生成してしまい、上記効果を発揮できなくなるため、Bの添加前にTiを添加し、鋼中のfree−NをTiNの形で固定する必要がある。しかし、Nは多すぎるとTiN量が多くなり、疲労強度、衝撃強度、加工性を低下する。そこで、Nは0.020%以下とする。
鋼の鋳造材を1250℃以上に加熱することにより、Nb炭化物やNbTi炭化物を固溶させて、ついで冷却した鋼片を800℃〜1050℃の温度域に加熱することで、950℃の浸炭処理に供する段階ではナノオーダーから数十ナノオーダーと微細なNb炭化物、NbTi炭化物を多数分散させている。1250℃未満ではNb炭化物、NbTi炭化物が充分に固溶せず、鋳造時に析出した100nm以上の粗大なNb系炭化物が残留する。この100nm以上の粗大なNb系炭化物が残留すると、結晶粒粗大化防止に有効なNb系炭化物が少なくなるのと同時に、800℃〜1050℃の加熱時や浸炭時にオストワルド成長して、周辺の微細Nb系炭化物を減少させることで、分散状態が不均一となり、結晶粒度特性は劣化する。そこで、加熱温度は1250℃以上とし、好ましくは、1270℃以上とする。さらに、鋼片圧延後に1050℃以上の温度域に加熱した場合、Nb系炭化物は成長して、結晶粒の粗大化防止効果が小さくなる。一方、鋼片圧延後に800℃以下に加熱後に圧延した場合は、圧延後の結晶粒が小さくなり、浸炭時の結晶粒度特性を劣化させる。そこで、鋼片を800℃〜1050℃の温度域に加熱する。
結晶粒度特性を向上させるには、軟化熱処理後のミクロ組織を均一な球状化組織にする必要がある。均一な球状化組織を得るためには、750℃〜800℃の温度域から650℃の温度域までを毎時50℃以下の速度で冷却する必要がある。750℃未満および800℃を超える温度域から冷却すると均一な球状化組織は得られない。毎時50℃を超える速度で冷却しても、均一な球状化組織は得られないからである。
100nm以上の析出物が1μm2当り0.05個以上の場合は、結晶粒粗大化防止に有効なNb系炭化物が不足し、かつ、800℃〜1050℃の加熱時や浸炭時にオストワルド成長して、周辺の微細Nb系炭化物を減少させることで、分散状態が不均一となり、結晶粒度特性は劣化する。一方、100nm以上の析出物が1μm2当り0.05個未満の場合は、結晶粒粗大化防止に有効なNb系炭化物を確保できるのと同時に、均一に分散させることが出来るために優れた結晶粒度特性が得られるからである。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.13〜0.20%、Si:0.30〜0.70%、Mn:0.20〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:2.00〜2.50%、Al:0.010〜0.050%、Ti:0.02〜0.08%、Nb:0.02〜0.08%、B:0.0005〜0.0035%、N:0.020%以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼を鋳造後1250℃以上に加熱して鋼片に圧延して冷却し、ついで、この鋼片を800〜1050℃の温度域に加熱後に鋼材に圧延し、該鋼材を軟化熱処理した後、冷間鍛造にて自動車用機械部品の形状体に成形し、次いで焼ならしあるいは焼なましを行うことなく該形状体に950℃以上で浸炭を行った後、焼入焼戻しを施し、JIS G 0551に規定するオーステナイト結晶粒度番号7以上とすることを特徴とする自動車用機械部品の製造方法。
- 軟化熱処理は、鋼材の最高温度を750〜800℃の温度域で保持した後、この最高温度から650℃までの温度域を毎時50℃以下の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項1に記載の自動車用機械部品の製造方法。
- 質量%で、C:0.13〜0.20%、Si:0.30〜0.70%、Mn:0.20〜0.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:2.00〜2.50%、Al:0.010〜0.050%、Ti:0.02〜0.08%、Nb:0.02〜0.08%、B:0.0005〜0.0035%、N:0.020%以下を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼は1250℃以上で鋼片に圧延され、該鋼片は800〜1050℃の温度域で鋼材に圧延され、さらに軟化熱処理され、さらに冷間鍛造で成形された自動車用機械部品の形状体であり、該形状体は焼ならしや焼なましされることなく950℃以上で浸炭されて、さらに焼入焼戻しされてJIS G 0551に規定のオーステナイト結晶粒度番号7以上となっていることを特徴とする自動車用機械部品。
- 自動車用機械部品は、鋼中に存在する析出物の組成がNbを含む炭化物であり、直径が100nm以上である析出物が1μm2当り0.05個未満であることを特徴とする請求項3に記載の自動車用機械部品。
- 自動車用機械部品は、デファレンシャルギヤを構成するピニオンギヤおよび作動ギヤであることを特徴とする請求項3又は4にに記載の自動車用機械部品。
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