JP6263874B2 - 高Si浸炭用鋼の浸炭方法 - Google Patents
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Description
本発明は、浸炭方法に特徴を有する発明であるが、本発明の浸炭方法を適用可能な鋼種の範囲を明確にするため、以下に成分範囲及び限定理由について説明する。
Cは、製造する浸炭部品の内部硬さを確保し、浸炭処理後において必要な部品強度を確保するために不可欠な元素であり、0.10%以上含有させる必要がある。一方、Cは、過剰に添加すると被削性、冷鍛性が低下する。浸炭部品は目的の製品形状を得るのに冷鍛や機械加工を行うことが多く、これらの特性が低下すると目的とする部品形状への加工が難しくなるため、C含有率の上限は0.30%とする。
Siは、焼もどし軟化抵抗の向上により、部品として使用中の温度上昇による硬度低下を抑え、硬度低下によるピッチング強度や耐摩耗性低下を抑える効果のある元素である。従って、前記効果を十分に得る必要がある場合には、少なくとも0.50%以上の含有が必要である。また、0.50%未満の含有であれば、浸炭性の低下は大きな問題とならず、本発明で提案したような前処理を行うことなく浸炭処理することもできる。一方、Siを過剰に添加すると被削性、冷鍛性等の加工性が低下し、目的とする部品形状への加工が難しくなるため、上限は2.00%とする。
Mnは、Cと同様に製造する浸炭部品の内部硬さを確保するとともに必要とする焼入性を確保し、浸炭処理後において必要な部品強度を確保するために不可欠な元素であり、0.30%以上含有させる必要がある。しかしながら、Mnを過剰に添加すると被削性が低下するとともに、残留オーステナイトが増加して、内部硬さが低下するおそれがあるため、上限は1.50%とする。
P、Sは、製造上含有が避けられない不純物元素であるが、その含有率が高くなるとPは粒界に偏析し靭性が低下するおそれがあり、Sは硫化物系介在物が増加し、疲労破壊の起点となって疲労強度低下の原因となるおそれがある。従って、P、Sともに多くても0.035%以下とする必要がある。
Crは、肌焼鋼の性能を確保する重要元素であり、内部硬さの確保、トルースタイトの抑制、ピッチング強度、耐摩耗性確保に効果のある元素であるため、0.80%以上の含有が必要である。しかしながら、添加しすぎても冷間加工性が低下するので、上限を3.00%とした。
Alは、Nと結合してAlNとなりピン止め効果により浸炭処理に伴う加熱によって生じる可能性のある結晶粒粗大化を防止する効果のある元素であり、その効果を得るために0.020%以上の含有が必要である。しかしながら、過剰に含有すると前記効果が飽和するとともに、Al含有酸化物系介在物が増加し、それが起点となり疲労特性が低下するので、上限を0.060%とした。
Nは、製造上含有が避けられない不純物として含有する元素であるが、本発明では、前記した通りAlと結合してAlNとなり、ピン止め効果により浸炭処理後の結晶粒粗大化防止に効果のある元素として働く重要元素である。従って、前記効果を得るために、少なくとも0.0080%以上含有するように調整する必要がある。しかしながら、過剰に含有しても上記効果が飽和するだけでなく、窒化物系介在物が増加し、それが起点となり疲労特性が低下するおそれが高まるため、上限を0.0200%とした。
Moは、強度、靱性を向上させるのに有効な元素ではあるが、高価であるため、必要に応じ任意に添加できる元素として、上限を0.80%に抑える。
本発明では、上記した成分からなる鋼材を熱間圧延し適当な断面寸法からなる鋼材を得た後、熱間鍛造、冷間鍛造、機械加工等を適宜組合せ、目的とする最終製品形状を得る。ここで、通常であれば、そのまま浸炭処理を行うが、本発明では、浸炭処理前にあらかじめ、酸素含有雰囲気中で加熱し、表面に1.5μm以上のFe酸化膜を形成させる。
まず、表1に実施例として用いた供試材の化学成分を示す。表1に示す鋼材のうち、鋼No.1〜10の鋼材が、本発明の浸炭方法で対象となる鋼材であり、Si含有率は0.50〜1.80%と高いのに対し、鋼No.11、12は、浸炭用鋼として最も多く用いられている従来鋼であるSCM420、SCr420で、Si含有率はそれぞれ0.25%、0.24%と前記鋼材に比較して著しく低くなっている。
表3は、Si含有率が1.00%である鋼No.3を用い、加熱処理条件を変化させて、前記と同様の実験を行った場合のFe酸化膜の厚さと表面炭素濃度の測定結果を示したものである。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.10〜0.30%、Si:0.50〜2.00%、Mn:0.30〜1.50%、P:0.035%以下、S:0.035%以下、Cr:0.80〜3.00%、Mo:0.80%以下(0〜不純物範囲含む)、Al:0.020〜0.060%、N:0.0080〜0.0250%を含有すると共に残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼を用い、最終部品形状への加工を行った後、浸炭処理前において、酸素分圧が15000Pa以上の酸素含有雰囲気中で加熱し、表面に1.5μm以上の厚みのFe酸化膜を形成させた後、RXガスからなる雰囲気中でガス浸炭処理することを特徴とする高Si浸炭用鋼の浸炭方法。
- Fe酸化膜形成処理時の加熱温度を550〜650℃とすることを特徴とする請求項1記載の高Si浸炭用鋼の浸炭方法。
- Fe酸化膜形成のための加熱時の酸素含有雰囲気が大気であることを特徴とする請求項1又は2に記載の高Si浸炭用鋼の浸炭方法。
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