JP2611241B2

JP2611241B2 - 低合金軟窒化鋼

Info

Publication number: JP2611241B2
Application number: JP62179896A
Authority: JP
Inventors: 勝典高田; 篤良木村
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1987-07-21
Filing date: 1987-07-21
Publication date: 1997-05-21
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JPS6425949A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は軟窒化処理後の矯正性に優れた低合金軟窒化
鋼に関する。

（従来の技術）従来、自動車、農器具、事務機器においては、機械構
造用鋼、主として肌焼鋼に浸炭処理を施して、耐摩耗性
及び疲労強度を向上させた部品が多く使用されている。
しかし、この浸炭処理は、（１）浸炭焼入時に発生する
歪みによる不良率が高いこと、（２）部品の種類によっ
ては、全製品に対して歪み取りのための矯正や仕上げ加
工が必要であり、コストが上昇すること、等の問題があ
る。

上記のような熱処理歪みの大きい浸炭焼入に対し、熱
処理歪みの小さい表面硬化処理方法として、A₁変態点以
下で行う軟窒化処理がある。この軟窒化処理は被処理材
をアンモニア（NH₃）ガスとRXガス（吸熱型ガス）又はN
Xガス（発熱型ガス）との混合ガス中もしくは塩浴中で
加熱し、鋼中に窒素を侵入させて表面硬度を高める方法
である。そして、この軟窒化処理後に矯正を行って、当
該軟窒化処理前から被処理材に存在していた、もしくは
軟窒化処理時に被処理材に生じた歪みを除去するように
していた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような軟窒化処理を通常の窒化鋼
もしくは軟窒化鋼に施すと、表面硬度がビッカース硬度
（Hv）で800程度以上と著しく高くなり、上述した軟窒
化処理後の矯正時に割れ等が生じるという問題がある。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
軟窒化処理後の歪み取り矯正時に、割れ等が生じること
がない高強度及び高靭性を有する低合金軟窒化鋼を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、鋼組成において、Ｃ含有量の好適な範
囲を新たに見出すと共に、軟窒化性の向上には有効であ
るものの、矯正性を低下させる元素であるCr、Al、Ｖ、
Tiの含有量を極力抑え、これによる強度低下をMnの添加
により補うこととすると、所要の効果、即ち、軟窒化処
理後の表面硬度を過度に高めることなく、表面硬化層の
靭性を確保し、しかも心部の強度を向上させるという効
果が得られることを確認した。

即ち、第１の本発明に係る低合金軟窒化鋼は、重量％
で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以下、Si:1.0％以下、
Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:0.05％以下、Ti＋V:
0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以下を含有し、残部実
質的にFeよりなり、軟窒化処理後に高強度及び高靭性が
得られるものであり、第２の本発明に係る低合金軟窒化
鋼は、重量％で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以下、S
i:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:0.05
％以下、Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以下、
P:0.015％以下を含有し、残部実質的にFeよりなり、軟
窒化処理後に高強度及び高靭性が得られるものである。

更に、第３の本発明に係る低合金軟窒化鋼は、重量％
で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以下、Si:1.0％以下、
Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:0.05％以下、Ti＋V:
0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以下を含有すると共
に、S:0.15％以下、Pb:0.3％以下、Bi:0.3％以下、Se:
0.1％以下及びCa:0.0005〜0.0100％から選択された少な
くとも１種を含有し、残部実質的にFeよりなり、軟窒化
処理後に高強度及び高靭性が得られるものであり、第４
の本発明に係る低合金軟窒化鋼は、重量％で、C:0.5％
を超え、且つ、0.7％以下、Si:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0
％、Cr:0.2％以下、Al:0.05％以下、Ti＋V:0.02％以上
且つ（Ｃ含有量/6）％以下、P:0.015％以下を含有する
と共に、S:0.15％以下、Pi:0.3％以下、Bi:0.3％以下、
Se:0.1％以下及びCa:0.0005〜0.0100％から選択された
少なくとも１種を含有し、残部実質的にFeよりなり、軟
窒化処理後に高強度及び高靭性が得られるものである。

次いで、第１乃至第４の本発明に係る低合金軟窒化鋼
の化学組成の主要部をなす各成分元素（第１の本発明）
を含有量の限定理由について述べる。

C:0.5重量％を超え、且つ、0.7重量％以下Ｃは強度を高めると共に、矯正時の靭性を確保するの
に有用な元素である。その含有量が0.5重量％以下で
は、矯正の度合が大きいと表面にワレが発生する虞れが
ある。一方、その含有量が0.7重量％を超えると被削性
が劣化すると共に、心部の靭性が劣化してしまう。

Si:1重量％以下 Siは脱酸剤として作用すると共に、心部の強度を向上
させるのに有効な元素である。その含有量が１重量％を
超えると、心部の靭性の劣化及び被削性の劣化を招来す
るので、上限値を１重量％とした。

Mn:0.8〜2.0重量％ Mnは強度を向上させるのに有用な元素である。そし
て、本発明においては、軟窒化処理後の矯正性の改善の
ために、後述するCr、Al、Ｖ及びTiの含有量を極力低く
抑えるため、これによる強度の低下を補うためにMnの含
有量の下限値を0.8重量％とした。一方、Mnの含有量が
余り多いと被削性が劣化する恐れがあるため、上限値を
2.0重量％とした。

Ci:0.2重量％以下 Crは軟窒化性を向上させ、強度を高めるのに有効な元
素であるが、0.2重量％を超えると矯正性が劣化するた
めに、その上限値を0.2重量％に規制した。

Al:0.05重量％以下 Alは脱酸剤として有用な元素であるが、過度に含有す
ると、矯正性を劣化させるので、その上限値を0.05重量
％とした。

Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）重量％以下 Ti及びＶは共に軟窒化による強度向上及び深部硬さ向
上に寄与する元素であり、その効果を充分に発揮させる
ためにはTi＋Ｖが0.02重量％以上であることが必要であ
る。一方、これらの上限値は上記したＣ含有量に応じて
決定されることが必要で、Ti＋ＶがＣ含有量/6を超える
と矯正性が劣化してしまう。

第２の本発明にかかる低合金軟窒化鋼は、上記した主
要成分に加えて、Ｐの含有量を0.015重量％以下に規制
したものである。これは、特に軟窒化処理後に過酷な矯
正を行う場合に有効である。

更に、第３の本発明に係る低合金軟窒化鋼は、上記し
た主要成分に加えて、被削性改善元素として、0.15重量
％以下のＳ、0.3重量％以下のPb、0.3重量％以下のBi、
0.1重量％以下のSe及び0.0005〜0.0100重量％のCaのう
ちの少なくとも１種を含有するものである。但し、これ
らの元素を多量に含有すると、熱間加工性の低下を招く
ので、夫々に上限値を設けた。

そして、第４の本発明に係る低合金軟窒化鋼は、上記
した主要成分元素を含有するとともに、Ｐの含有量を規
制し、更に上記の被削性改善元素を添加したものであ
る。これらの各元素の含有量の限定理由は上述した通り
であるため、ここでは省略する。

尚、第１乃至第４の本発明に係る低合金軟窒化鋼は、
上記した各成分元素に加えて、基地強化元素として、2.
0重量％以下のCu、Ni、0.5重量％以下のMo、並びに、結
晶粒微細化元素として、0.10重量％以下のNb、Ta、0.00
7以下のＮを含有していてもよく、更に、冷間鍛造性の
向上及び疲労強度の向上のために、Ｏ含有量を0.0020重
量％以下に規制することが好ましい。

係る組成の低合金軟窒化鋼に、軟窒化処理を施すと、
軟窒化処理後の矯正性が著しく改善される。この軟窒化
処理条件は特に限定されるものではないが、通常、RXガ
ラス（吸熱型ガス）又はNXガス（発熱型ガス）とNH₃ガ
スとの混合ガスもしくは塩浴を使用し、600〜650℃にお
いて行うガス軟窒化処理が特に有効である。このガス軟
窒化処理後の表面硬度Hvは略700以下となり、続く矯正
工程でワレ等が発生することが防止される。

（実施例）実施例１〜９、比較例１〜６第１表に示した成分組成を有する鋼を溶製したのち、
造塊、圧延により直径50mmの圧延材を製造した。次い
で、870℃において1.5時間焼きならしを行い、空冷し
た。しかるのち、各鋼材を加工して厚さ5mm、幅10mm、
長さ150mmの曲げ試験用試験片及び小野式回転曲げ疲れ
試験片（切欠形状係数:1.84）を作製し、各試験片に対
してRXガスとNH₃ガスとの混合ガス（容積比1:1）中、58
0℃で２時間軟窒化処理を行い、油冷した。軟窒化処理
後の各試験片を曲げ試験及び疲労強度試験に供し、結果
を第１表中に示した。

（１）曲げ試験スパン100mm、押金具先端半径10mmの条件で曲げ試験
を行い、粗大クラック発生時の曲げ撓み量（mm）を測定
した。

（２）疲労強度試験小野式回転曲げ疲れ試験機を使用して、疲れ限度（kg
f/mm²）を測定した。

第１表からも明らかなように、本発明の低合金軟窒化
鋼は何れも軟窒化処理後の曲げ撓み量が大きいことか
ら、矯正性に優れ、又、強度も向上していることが確認
された（実施例１〜９）。そして、Ｐの含有量を0.015
重量％に抑えた鋼種では、特に曲げ撓み量が大きく過酷
な矯正を行う際に特に適している（実施例４、６）。一
方、比較鋼では、Ｃの含有量が下限値を下回ると、曲げ
撓み量は大きいものの、強度が低下してしまい（比較例
１）、Ti＋ＶがC/6を超えると曲げ撓み量が著しく減少
して矯正性が低下する（比較例３）ことが確認された。

（発明の効果）以上説明したように、第１の本発明に係る低合金軟窒
化鋼によれば、重量％で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％
以下、Si:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、A
l:0.05％以下、Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％
以下を含有し、残部実質的にFeよりなり、軟窒化処理後
に高強度及び高靭性が得られることとしたので、軟窒化
処理後の矯正性に優れているため、矯正時にワレ等が生
じることが防止され、しかも、高い疲労強度を有すると
いう利点がある。

第２の本発明に係る低合金軟窒化鋼によれば、第１の
本発明に係る低合金軟窒化鋼の成分元素に加えて、0.01
5重量％以下のＰを含有したこととしたので、特に、過
酷な条件の矯正時に有用である。

第３の本発明に係る低合金軟窒化鋼によれば、第１の
本発明に係る低合金軟窒化鋼の成分元素に加えて、S:0.
15％以下、Pb:0.3％以下、Bi:0.3％以下、Se:0.1％以下
及びCa:0.0005〜0.0100％から選択された少なくとも１
種を含有することとしたので、軟窒化処理後の矯正性、
及び強度の向上に加えて、被削性も向上する。

第４の本発明に係る低合金軟窒化鋼によれば、第１の
本発明に係る低合金軟窒化鋼の成分元素に加えて、0.01
5重量％以下のＰ、並びに、S:0.15％以下、Pb:0.3％以
下、Bi:0.3％以下、Se:0.1％以下及びCa:0.0005〜0.010
0％から選択された少なくとも１種を含有することとし
たので、過酷な条件下での矯正性が向上し、高い強度を
有すると共に、優れた被削性を有するという効果が得ら
れる。

従って、本発明の低合金軟窒化鋼は、例えば、自動
車、事務機器、農器具に使用される各種部品として、極
めて有用である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以
下、Si:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:
0.05％以下、Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以
下を含有し、残部実質的にFeよりなり、軟窒化処理後に
高強度及び高靭性が得られることを特徴とする低合金軟
窒化鋼。
【請求項２】重量％で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以
下、Si:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:
0.05％以下、Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以
下、P:0.015％以下を含有し、残部実質的にFeよりな
り、軟窒化処理後に高強度及び高靭性が得られることを
特徴とする低合金軟窒化鋼。
【請求項３】重量％で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以
下、Si:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:
0.05％以下、Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以
下を含有すると共に、S:0.15％以下、Pb:0.3％以下、B
i:0.3％以下、Se:0.1％以下及びCa:0.0005〜0.0100％か
ら選択された少なくとも１種を含有し、残部実質的にFe
よりなり、軟窒化処理後に高強度及び高靭性が得られる
ことを特徴とする低合金軟窒化鋼。
【請求項４】重量％で、C:0.5％を超え、且つ、0.7％以
下、Si:1.0％以下、Mn:0.8〜2.0％、Cr:0.2％以下、Al:
0.05％以下、Ti＋V:0.02％以上且つ（Ｃ含有量/6）％以
下、P:0.015％以下を含有すると共に、S:0.15％以下、P
i:0.3％以下、Bi:0.3％以下、Se:0.1％以下及びCa:0.00
05〜0.0100％から選択された少なくとも１種を含有し、
残部実質的にFeよりなり、軟窒化処理後に高強度及び高
靭性が得られることを特徴とする低合金軟窒化鋼。