JPH037744B2

JPH037744B2 -

Info

Publication number: JPH037744B2
Application number: JP56141650A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yanagya; Kenji Isogawa; Hisashi Oota; Hideaki Inaba
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1991-02-04
Also published as: JPS5845354A; US4634573A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、特に冷間鍜造等の冷間逆性加工用に
適し、冷間塑性加工後の表面硬化処理における粗
粒発生阻止特性に優れたはだ焼鋼に関するもので
ある。冷間加工は熱間加工に比較して材料屑の発生が
少なく、材料歩留りが向上するという利点を有し
ているだけでなく、工程の自動化や高速化等によ
つて生産コストの削減が可能であり、加えて寸法
精度の向上や作業環境の改善が実現できるなどの
数多くの利点を有しているため、冷間加工の採用
は今後広まる傾向にあり、これに伴なつて冷間加
工技術は急速に発達してきている。機械構造用鋼材を素材として機械構造用部品た
とえば歯車などを製造するに際しては、歯車を転
造や圧造等の冷間塑性加工によつて形成した後、
浸炭あるいは浸炭窒化等の表面硬化処理を施して
表面の耐摩耗性や疲労強度を向上させるのが普通
である。この表面硬化処理を施す場合、冷間加工
後の歯車素材をA₃変態点以上のオーステナイト
温度領域でかつ浸炭あるいは浸炭窒化等の表面硬
化処理雰囲気中で加熱保持するが、このとき、少
数のオーステナイト結晶粒が異常成長して鋼組織
中に米粒大のオーステナイト結晶の粗粒が形成さ
れることがあり、この粗粒は次の焼入れによつて
そのまま鋼組織中に残され、また粗粒の部分はそ
の周辺部に比較して焼入性が良いため、大きな熱
処理歪をもたらしたり、靭性の低下をきたしたり
するという好ましくない状況が発生することがあ
つた。しかしながら、従来の一般的な機械構造用はだ
焼鋼を使用してこれを所定の部品形状に冷間加工
する場合、冷間加工時に割れを生ずることがある
という問題点を有し、さらに、冷間加工後に浸炭
あるいは浸炭窒化等の表面硬化処理を施した場
合、オーステナイト結晶の粗粒の発生を阻止し難
いという問題点を有し、粗粒の発生による靭性の
劣化ならびに衝撃値の低下をきたすことがあると
いう欠点を有していた。そこで、本発明者らは上記の欠点を解消するこ
とを目的として数多くの実験研究を積重ねた結
果、まず、冷間加工後の表面硬化処理において、
従来の場合には粗粒の発生を阻止することができ
なかつたが、鋼中のAl，Nb，Ｎ量を適切な値に
制御することによつて上記表面硬化処理における
異常粗粒の発生を完全に阻止することができるこ
とを確認し、粗粒の発生を阻止するためにＮおよ
びNbを適量添加すると共にＮ含有量を多少増大
させたことによる靭性の低下をＮ，Nb量に応じ
た量でAlを添加することにより防止できること
を見出した。次に、冷間加工時の割れ発生につい
ては、鋼中のＳとＯとが割れ発生に大きく関係し
ていることを突き止め、ＳおよびＯの上限値を積
極的に規制することにより冷間加工性の改善をは
かることを可能にした。すなわち、本発明によるはだ焼鋼は、炭素鋼
（SC）、ニツケルクロム鋼（SNC）、ニツケルクロ
ムモリブデン鋼（SNCM）、クロム鋼（SCr）、ク
ロムモリブデン鋼（SCM）、マンガン鋼（SMn）、
マンガンクロム鋼（SMnC）等の機械構造用はだ
焼鋼のうち、とくに望ましくは、重量％で、Ｃ：
0.1〜0.3％、Si：0.1〜0.5％、Mn：0.3〜1.5％、
さらにCr：0.3〜1.5％、Mo：0.1〜0.5％、Ni：
0.3〜2.3％のうちの１種または２種以上を含み、
残部Feおよび不純物よりなる機械構造用はだ焼
鋼において、Al：0.02〜0.06％、Ｎ：0.02超過〜
0.03％、Nb：0.01〜0.08％でかつ次式、Ｎ(%)≧−0.2×Nb(%)＋0.028 Al(%)≧2.0×｛Ｎ(%)−0.15×Nb(%)｝の範囲で含有させ、さらにＯ≦15ppm，Ｓ≦
0.015％に規制したことにより、冷間塑性加工後
の表面硬化処理における粗粒発生阻止特性に優れ
たものであることを特徴とする鋼である。次に、本発明に係る冷間塑性加工用はだ焼鋼の
成分範囲（重量％）の限定理由について説明す
る。Ｃは機械構造用部分の靭性を確保するのに必要
な元素であるが、このＣ含有量が0.1％未満では
部材の芯部強度が十分に得られなくなるので好ま
しくなく、反対にＣ含有量が0.3％を超えると表
面硬化処理後の部材の芯部における靭性が低下す
るので好ましくない。 SiはAl添加に先立つて脱酸剤として用いられ
る元素であるが、このSi含有量が0.1％未満では
予備脱酸の効果が十分に得られなくなるので好ま
しくなく、反対にSi含有量が0.5％を超えると部
材の浸炭処理速度が低下して表面硬化処理性が劣
化するのが好ましくない。 Mnは部材の焼入れ性を向上させるのに有効な
元素であるが、このMn含有量が0.3％未満では焼
入れ性向上の寄与が少なくなるので好ましくな
く、反対にMn含有量が1.5％を超えると鋼の熱間
加工性が劣化するようになるので好ましくない。 Cr，Mo，Niは焼入れ性の向上に有効な元素で
あるので、部材の大きさ等により任意に選択され
る元素であり、SMnC420，SCr415，SCM421，
SNC815，SNCM625等において含有される。これらのうち、Cr含有量が0.3％未満では焼入
れ性向上の効果が小さいので好ましくなく、反対
にCr含有量が1.5％を超えると浸炭層の炭化物量
が過大となるので好ましくない。また、Mo含有量が0.1％未満では焼入れ性向上
の効果が小さいので好ましくなく、反対にMo含
有量が0.5％を超えても焼入れ性向上の効果は小
さく、高価な元素でもあるので0.5％以下とする
ことが好ましい。さらに、Ni含有量が0.3％未満では焼入れ性向
上の効果が小さいので好ましくなく、反対に2.3
％を超えても焼入れ性向上の効果は小さく、高価
な元素でもあるので2.3％以下とすることが好ま
しい。 Alは粗粒の発生を阻止するためにＮ，Nbを適
量添加すると共にＮ含有量を多少増大させたこと
により生じる靭性の低下を防ぐのに添加するが、
このAl含有量が0.02％未満の場合には、Ｎおよび
Nbを規定量含有させたときでも粗粒が発生する
ので、0.02％以上含有させる必要がある。しか
し、0.06％を超えると清浄度が悪化して靭性の低
下をきたすので好ましくない。Ｎ含有量が0.02％以下の場合には、表面硬化処
理における異常粗粒の発生を阻止することができ
なくなることもあつてより高温ないしは長時間の
表面硬化処理において粗粒が発生するおそれがで
てくることもありうるので、0.02％超過含有させ
ることとした。しかし、0.03％を超えるとブロー
を生じるので好ましくない。 Nb含有量が0.01％未満の場合には、Ｎ含有量
をＮ(%)≧−0.2×Nb(%)＋0.028の条件を満たす
ようにしたときでも粗粒を発生するので、0.01％
以上含有させる必要がある。しかし、0.08％を超
えて含有させてもその効果は飽和するため0.08％
以下に限定した。上記したＮとNbとの関係において、Ｎ(%)≧
−0.2×Nb(%)＋0.028の条件を規制したのは、こ
れよりもＮ含有量が少ないときに粗粒が発生する
ためであり、ＮとNbの適正含有量を図示すると
第１図に示した如くになる。さらに、Ｎ，Nbの
含有量に応じた量でAlを含有させることによつ
て、Ｎ含有量を多少増大させたことにより生じる
靭性の低下を防ぐことができるが、この関係につ
いて種々の実験研究により調べたところ、Al(%)
≧2.0×｛Ｎ(%)−0.15×Nb(%)｝とすれば良いこ
とが確認された。これらの関係を図示すると第２
図に示した如くになる。Ｏ含有量が15ppmを超えると、冷間加工にいて
割れを発生する確率が大となるので、その上限を
15ppmに規制する必要がある。第３図は冷間加工
時の割れ発生に及ぼすＯ量を調べた結果を示す図
であつて、鋼中のＳ＜0.013％のものである。そ
して、冷間加工として圧下率75℃の加工を加えた
ときの割れ発生の有無を調べたところ、第３図に
示すように、Ｏ量が15ppmを超えると割れ発生率
が著しく上昇することが明らかとなつた。Ｓ含有量が0.015％を超えると、冷間加工にお
いて割れを発生する確率が大となるので、その上
限を0.15％に規制する必要がある。第４図は冷間
加工時の割れ発生に及ぼすＳ量を調べた結果を示
す図であつて、鋼中の０＜14ppmのものである。
そして、冷間加工として圧下率75％の加工を加え
たときの割れ発生の有無を調べたところ、第４図
に示すように、Ｓ量が0.015％を超えると割れ発
生率が著しく上昇することが明らかとなつた。このように各々規制することによつて、15％以
上の据込み率あるいは減面率で冷間塑性加工を行
ない、次いでA₃変態点以上の温度に加熱したと
きでも、上記冷間加工において割れが発生せず、
加熱後の鋼組織に結晶粒度番号で５以下の粗粒が
現われず、かつ靭性値の劣化のないすぐれた特性
の冷鍜用はだ焼鋼とすることができる。以下、実施例について説明する。この実施例では、表に示す本発明鋼（Ａ〜Ｆ）
６種類と、比較鋼（Ｇ〜Ｑ）11種類とについてそ
れぞれ同表に示す項目毎に試験した。

【表】同表において、粒度No.５以下の粗粒発生の有無
は、第５図に示すように、直径Ｄ＝25mm、長さｌ
＝30mmの供試材を冷間鍜造により圧下率75％で冷
間加工し、次いで925℃×10時間加熱後水冷し、
その後マクロ腐食を行なうことによつて調べた。また、衝撃値の測定は、JIS ３号衝撃試験片を
作成し、これを第６図に示すように、925℃×30
分の条件で熱処理後880℃×20分加熱して油冷し、
次いで180℃×２時間加熱後空冷により焼もどし
を施したのち、シヤルピー衝撃試験により行なつ
た。さらに、割れ発生率は、第７図に示すように、
直径Ｄ＝25mm、長さｌ＝30mmの供試材を冷間鍜造
により圧下率75％で冷間加工し、その際の割れ発
生を目視により確認して百分率で求めた。これらの結果、本発明鋼では、粗粒の発生、衝
撃値低下、割れ発生などの不具合は全く認められ
なかつた。なお、上記した実施例では、クロムモリブデン
鋼（SCM）を例にとつて説明したが、その他の
機械構造用はだ焼鋼についても試験したところ、
上記と同様に良好な結果を得ることがきた。以上説明してきたように、本発明に係る機械構
造用はだ焼鋼は、従来の機械構造用はだ焼鋼にお
いて、冷間塑性加工後の表面硬化処理において粗
粒が発生するのを阻止するためにAl，Nb，Ｎ量
を同時に制御し、ＮおよびNbを適量添加すると
ともにＮ量の増大に伴なう靭性の低下をこれら
Ｎ，Nb量に応じたAl量を含有させることによつ
て防止し、さらに、Ｏ，Ｓ量を規制するようにし
たものあるから、機械構造用はだ焼鋼を用いてこ
れを所定の形状に冷間加工する場合に、冷間加工
時の割れ発生を極力低減することがきると同時
に、冷間加工後に表面硬化処理を施した際に粗粒
が発生するのを有効に阻止することがき、粗粒の
発生による靭性の劣化ならびに衝撃値の低下を防
ぐことが可能であるなどの非常にすぐれた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮ量およびNb量の適正範囲を示すグ
ラフ、第２図はAl量およびＮ量とNb量の適正範
囲を示すグラフ、第３図は冷間加工時の割れ発生
に及ぼすＯ量の影響を示すグラフ、第４図は冷間
加工時の割れ発生に及ぼすＳ量の影響を示すグラ
フ、第５図は粗粒発生の有無を調べた試験要領の
説明図、第６図は衝撃試験片の熱処理要領の説明
図、第７図は割れ発生率を調べた試験要領の説明
図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.1〜0.3％、Si：0.1〜0.5％、
Mn：0.3〜1.5％、さらにCr：0.3〜1.5％、Mo：
0.1〜0.5％、Ni：0.3〜2.3％のうちの１種または
２種以上を含み、残部Feおよび不純物よりなる
機械構造用はだ焼鋼において、Al：0.02〜0.06
％、Ｎ：0.02超過〜0.03％、Nb：0.01〜0.08％で
かつ次式、Ｎ(%)≧−0.2×Nb(%)＋0.028 Al(%)≧2.0×｛Ｎ(%)−0.15×Nb(%)｝の範囲で含有させ、さらにＯ≦15ppm，Ｓ≦
0.015％に規制したことを特徴とする冷間塑性加
工後の表面硬化処理における粗粒発生阻止特性に
優れた冷間塑性加工用はだ焼鋼。