JP3372219B2 - 鋼材製部品の製造方法 - Google Patents

鋼材製部品の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ころがり軸受要素
のように、大きい応力、荷重そして／あるいは摩耗のも
とで用いられる鋼材から作られる部品の製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】通常、こりがり軸受要素のような部品
は、炭素（Ｃ）が１重量％位含有している鋼材から作ら
れる。鋼材は１１００℃位まで加熱され、そして熱間成
形で形状付けられ、しかる後に大気中で冷却される。次
に、鋼材は軟化焼鈍し（soft annealing:球状化焼鈍
し）されそして軟機械加工（soft machining）され、そ
の後に油又は塩の中で８５０℃位から焼入れ硬化され、
そして研摩によって表面仕上げがなされる。しかる後、
部品は組み立てられる。この製造工程で最もコストのか
かる部分は、研摩工程である。軟機械加工の終了時点で
部品の寸法そして公差が所望値にあったとしても、焼入
れ硬化の工程で部品は変形を生じるであろうし、そのた
めに研摩工程で多くのコストが必要となる。
【０００３】さらに、部品は熱間成形後に少なくとも二
度高温に加熱され、エネルギの消耗が大きくなる。又、
工程は長時間を要するものとなり、そして焼入れ工程の
ために、この公知の工程は、又、環境問題そして火災の
危険をもたらす。
【０００４】スウェーデン特許公報第４６７ ８２９号
は、共晶組織をもつ鋼による部品の製造方法を開示して
おり、これによると、ブランク材は、少なくとも部品の
最終寸法に近い形状となるように鋼のＡ１温度を若干超
えた温度で形状づけられ、それから直ぐに、熱間成形さ
れた部品はこの熱間成形温度から直接硬化される。好ま
しい形態にあっては、熱間成形温度までの加熱前には軟
化焼戻しは行なわれない。この熱間成形は準熱間成形工
程であり、これは７５０〜８００℃で行なわれ、部品は
この熱間成形温度から直接油焼入れされ、十分な硬度を
得るようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この工程による方法で
の重要な利点は、長時間かかりコストが高く煩瑣な軟化
焼戻し工程が省略できるということであるが、この工程
は依然として改善の必要がある。
【０００６】本発明の目的は、上記の欠点をなくし、大
きい応力、荷重そして摩耗のもとで使用される鋼材製の
部品の製造方法を、先行技術に比して、低コストにて、
低エネルギ消費、短時間、良環境そして安全性で、製造
できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段、発明の効果】本発明のこ
の目的は、本発明にしたがって、ころがり軸受要素を含
む、大きい応力、荷重あるいは摩耗のもとで用いられる
鋼材部品の製造方法において、８００〜１１００℃の熱
間成形温度で、炭素含有量が０．５５〜０．８５重量％
のオーステナイト炭素量（オーステナイト相に溶解した
炭素の量）をもつ空冷硬化可能な鋼材から開始し、鋼の
Ａ１温度以上で部品の熱間成形を行い、熱間成形温度か
ら、空気中でもしくは空気に水を添加して得られる強制
対流で直接部品を硬化して、硬化中に組織変化しない残
留オーステナイトをマルテンサイトに対して約１５％含
むマルテンサイト組織を形成し、部品を最終寸法となる
ように機械加工し、部品の表面仕上を行う、ことにより
達成される。
【０００８】硬化工程における熱間成形時の熱を用いる
ことにより、大幅なエネルギ節減がなされる。機械加工
は部品の硬化後になされ、そして部品が最終寸法となっ
た後は硬化を行わないので、研摩は殆ど不要か全く不要
となり、その結果、時間そしてコストが大きく低減され
る。さらに重要な利点は、従来のような焼入れ工程が不
要となることであり、したがって、環境そして安全性の
面での危険はなくなる。
【０００９】鋼材の他の合金成分との関係での炭素の含
有量は、熱間成形時におけるオーステナイト中の溶炭素
濃度が０．５５〜０．８５重量％となるように、調整さ
れる。このような状況下で、部品は亀裂を生じなく、そ
して空冷で無芯硬化（through hardened）される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面にもとづき、実施
の形態を説明する。図１は本発明方法により製造された
実寸のリングの断面における硬度分布を示す。
【００１１】本発明による方法においては、鋼材は熱間
成形温度にて適正なオーステナイト炭素量をもつように
設定されなくてはならない。溶炭素量が過大となると焼
入れ割れが生ずる。
【００１２】さらに、鋼材の硬化性（又は焼入性、hard
enability）は、空気中のように非常に穏やかなゆっく
りした焼入れされたときに、リングの断面で無芯硬化す
るようでなくてはならない。
【００１３】以下の実施の形態は本発明の一例であり、
鋼材のかかる組成には限定されない。当業者であれば、
本発明の説明にもとづき、特定の部品に要求される所望
特性によって、異なる合金組成を変更することができ
る。 ＜工程＞この工程の狙いは熱間転造後にリング（９kg/
部品）を直接無芯硬化することである。鍛造温度は当初
約１１００℃であり、最終成形工程時では約８５０℃ま
で降下した。リングはコンベアベルト上で若干強制空冷
を受けた。リングが室温に達したとき、５℃となるよう
に後焼入れ（post-quenched)された。その後に、リング
は１５０℃で１時間焼戻しされた。
【００１４】引き続き、リングは機械加工され表面仕上
が施された。 ＜材料の化学組成＞ 組成は、従来の工程処理を受けたＡＩＳＩ５２１００鋼
の組成（断面全域で、６０以上のＨＲＣそして残留オー
ステナイトが約１５％）に比し、鍛造温度からの穏やか
な焼入れで、均一な改善された特性を得るように、最適
化された。鍛造温度においては、用いられた合金要素は
すべて固溶状態にあるので、次の配慮がなされた。
【００１５】０．６６重量％のＣ 炭素の含有量は、焼入れ割れと残留オーステナイトの過
大量を回避するように低くなくてはならないが、所望の
硬度レベルを確保する程度に十分なものでなくてはなら
ない。
【００１６】１．４５重量％のＳｉ シリコンの含有量は、Ｍｓ温度に過度の影響を与えずに
硬化性を改善するために、そして残留オーステナイトの
分解及びセメンタイトの沈殿を抑制するために、比較的
高くなるように選定された。それ故に、硬化そして焼戻
しされた組織は安定化し、熱にさらされても軟化する傾
向はほとんどない。
【００１７】０．２８重量％のＭｎ 例えば、ＡＩＳＩ５２１００と比べて、通常レベルとな
っている。マンガンは硬化性の増大（パーライトとベイ
ナイト遷移への影響）に比較して、Ｍｓ温度を過度に低
めると考えられている。
【００１８】１．５１重量％のＣｒ 例えば、ＡＩＳＩ５２１００と比べて、通常レベルとな
っている。クロムは硬化性を増大する。
【００１９】１．０３重量％のＮｉ ニッケルの添加は硬化性を著しく増大させる。さらに、
マルテンサイトの靭性に積極的に影響する。
【００２０】０．２３重量％のＭｏ 硬化性、特にパーライト遷移を強く増大する。 ＜硬度そして組織＞得られた硬度は６２．５ＨＲＣで、
図１に見られるごとく、リングの断面全体に均一であっ
た。組織は約１５％の残留オーステナイトを伴ったマル
テンサイトであった。
【００２１】表１は、従来のマルテンサイトのＡＩＳＩ
５２１００の部材と比較した、新しい材料での新しい工
程により作られた製品の特性を示す。
【００２２】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造された実寸のリングの断面に
おける硬度分布を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スタファン ラールソン スウェーデン国、813 31 ホーフォー ス、イエークルンドスベーゲン ９ビー (72)発明者 パトリック エールンド スウェーデン国、813 31 ホーフォー ス、イエークルンドスベーゲン ５ビー (56)参考文献 特開 平３−162550（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−213413（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13526（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221014（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−277437（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23P 15/00 C21D 8/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 大きい応力、荷重あるいは摩耗のもとで
    用いられる鋼材部品の製造方法において、 ８００〜１１００℃の熱間成形温度で、炭素含有量が
    ０．５５〜０．８５重量％のオーステナイト炭素量をも
    つ空冷硬化可能な鋼材から開始し、 鋼のＡｃ１温度以上で部品の熱間成形を行い、 熱間成形温度から、空気中でもしくは空気に水を添加し
    て得られる強制対流で直接部品を硬化して、硬化中に組
    織変化しない残留オーステナイトをマルテンサイトに対
    して約１５％含むマルテンサイト組織を形成し、 部品を最終寸法となるように機械加工し、 部品の表面仕上を行う、 ことを特徴とする鋼材製部品の製造方法。
  2. 【請求項２】 鋼材の組成は、０．５５％以上のＣ、０
    〜２％Si、０〜２％Mn、０〜２０％Cr、０〜５％Ni、０
    〜３％Moそして追加的に、０〜１％のＶ及びNbの少なく
    とも一方を有していることとする請求項１に記載の鋼材
    製部品の製造方法。
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