JPH06299287A - ショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼 - Google Patents
ショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼Info
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- JPH06299287A JPH06299287A JP10494393A JP10494393A JPH06299287A JP H06299287 A JPH06299287 A JP H06299287A JP 10494393 A JP10494393 A JP 10494393A JP 10494393 A JP10494393 A JP 10494393A JP H06299287 A JPH06299287 A JP H06299287A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】重量%で、C:0.1〜0.3%、Si:0.
05〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、P:0.0
2%以下、S:0.02%以下、Cr:0.2〜1.5
%、Sol.Al:0.015〜0.05%、Tota
l N:0.005〜0.020%、Total O:
0.0010%以下を含有し、混入するTi、Nb、Z
rをいずれも0.005%以下とし、残部Fe及び不可
避不純物からなり、面積100μm2 以上の硫化物系介
在物が被検面積1mm2 あたり5個以下であるショット
ピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼。 【効果】歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に十
分な疲労強度を得ることができるショットピーニング処
理型の高疲労強度肌焼鋼が提供される。
05〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、P:0.0
2%以下、S:0.02%以下、Cr:0.2〜1.5
%、Sol.Al:0.015〜0.05%、Tota
l N:0.005〜0.020%、Total O:
0.0010%以下を含有し、混入するTi、Nb、Z
rをいずれも0.005%以下とし、残部Fe及び不可
避不純物からなり、面積100μm2 以上の硫化物系介
在物が被検面積1mm2 あたり5個以下であるショット
ピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼。 【効果】歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に十
分な疲労強度を得ることができるショットピーニング処
理型の高疲労強度肌焼鋼が提供される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は歯車等の各種機械構造部
品に用いられるショットピーニング処理型の高疲労強度
肌焼鋼に関する。
品に用いられるショットピーニング処理型の高疲労強度
肌焼鋼に関する。
【0002】
【従来技術】従来より、歯車等の機械構造用の肌焼鋼に
おいて、疲労強度を向上させるためには介在物の低減が
有効であることが知られている。例えば、特開平2−2
70935号公報には酸素含有量を0.0010%以下
に制限し、鋼中の直径20μm以上の酸化物系介在物と
窒化物介在物を鋼1gあたり14個以下にすることによ
り、ショットピーニングを施した場合の回転曲げ疲労強
度が向上することが開示されている。
おいて、疲労強度を向上させるためには介在物の低減が
有効であることが知られている。例えば、特開平2−2
70935号公報には酸素含有量を0.0010%以下
に制限し、鋼中の直径20μm以上の酸化物系介在物と
窒化物介在物を鋼1gあたり14個以下にすることによ
り、ショットピーニングを施した場合の回転曲げ疲労強
度が向上することが開示されている。
【0003】また、特開昭59−74262号、特開昭
63−60257号、特開昭63−118052号の各
公報では、硫化物系介在物の低減による疲労強度向上の
観点から、硫黄含有量を0.005〜0.020%以下
に制限することが開示されている。
63−60257号、特開昭63−118052号の各
公報では、硫化物系介在物の低減による疲労強度向上の
観点から、硫黄含有量を0.005〜0.020%以下
に制限することが開示されている。
【0004】さらに、特開平1−306545号公報で
は、硫化物系介在物の形状制御による疲労強度向上の観
点から、硫黄含有量を0.030%以下に制限し、かつ
硫化物系介在物のアスペクト比を5以下に制限すること
が開示されている。
は、硫化物系介在物の形状制御による疲労強度向上の観
点から、硫黄含有量を0.030%以下に制限し、かつ
硫化物系介在物のアスペクト比を5以下に制限すること
が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術のう
ち、特開平2−270935号公報では疲労強度が向上
するものの未だ十分とはいえない。また、特開昭59−
74262号公報などに示されている硫黄含有量の低減
は、確かに疲労強度向上には有効であるものの、鋼の切
削性を低下させる効果もあることから、工業的には使用
上の新たな問題を招く等の欠点がある。さらに、特開平
1−306545号公報に開示された硫化物系介在物の
アスペクト比の制限は、鋼中に紐状に長く伸びた硫化物
系介在物が横目疲労強度を低下させるという観点からは
効果があり、このため横目疲労強度のみでその疲労強度
をほぼ一義的に評価できる平歯車等の疲労強度向上には
確かに有効ではあるが、例えばはすば歯車のようにその
疲労強度を単純に横目疲労強度だけでは評価しきれない
場合には、その効果は必ずしも明確とはいえない。
ち、特開平2−270935号公報では疲労強度が向上
するものの未だ十分とはいえない。また、特開昭59−
74262号公報などに示されている硫黄含有量の低減
は、確かに疲労強度向上には有効であるものの、鋼の切
削性を低下させる効果もあることから、工業的には使用
上の新たな問題を招く等の欠点がある。さらに、特開平
1−306545号公報に開示された硫化物系介在物の
アスペクト比の制限は、鋼中に紐状に長く伸びた硫化物
系介在物が横目疲労強度を低下させるという観点からは
効果があり、このため横目疲労強度のみでその疲労強度
をほぼ一義的に評価できる平歯車等の疲労強度向上には
確かに有効ではあるが、例えばはすば歯車のようにその
疲労強度を単純に横目疲労強度だけでは評価しきれない
場合には、その効果は必ずしも明確とはいえない。
【0006】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に
十分な疲労強度を得ることができるショットピーニング
処理型の高疲労強度肌焼鋼を提供することを目的とす
る。
であって、歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に
十分な疲労強度を得ることができるショットピーニング
処理型の高疲労強度肌焼鋼を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、第1
に、重量%で、C:0.1〜0.3%、Si:0.05
〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、P:0.02%
以下、S:0.02%以下、Cr:0.2〜1.5%、
Sol.Al:0.015〜0.05%、Total
N:0.005〜0.020%、Total O:0.
0010%以下を含有し、混入するTi、Nb、Zrを
いずれも0.005%以下とし、残部Fe及び不可避不
純物からなり、面積100μm2 以上の硫化物系介在物
が被検面積1mm2 あたり5個以下であることを特徴と
するショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼を提
供する。
に、重量%で、C:0.1〜0.3%、Si:0.05
〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、P:0.02%
以下、S:0.02%以下、Cr:0.2〜1.5%、
Sol.Al:0.015〜0.05%、Total
N:0.005〜0.020%、Total O:0.
0010%以下を含有し、混入するTi、Nb、Zrを
いずれも0.005%以下とし、残部Fe及び不可避不
純物からなり、面積100μm2 以上の硫化物系介在物
が被検面積1mm2 あたり5個以下であることを特徴と
するショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼を提
供する。
【0008】また第2に、重量%で、重量%で、C:
0.1〜0.3%、Si:0.05〜0.5%、Mn:
0.4〜1.5%、P:0.02%以下、S:0.02
%以下、Cr:0.2〜1.5%、Sol.Al:0.
015〜0.05%、Total N:0.005〜
0.020%、Total O:0.0010%以下を
含有し、混入するTi、Nb、Zrをいずれも0.00
5%以下とし、さらにCu:0.1〜0.5%、Ni:
0.2〜2.5%、Mo:0.1〜0.5%のうち1種
または2種以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物か
らなり、面積100μm2 以上の硫化物系介在物が被検
面積1mm2 あたり5個以下であることを特徴とするシ
ョットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼を提供す
る。
0.1〜0.3%、Si:0.05〜0.5%、Mn:
0.4〜1.5%、P:0.02%以下、S:0.02
%以下、Cr:0.2〜1.5%、Sol.Al:0.
015〜0.05%、Total N:0.005〜
0.020%、Total O:0.0010%以下を
含有し、混入するTi、Nb、Zrをいずれも0.00
5%以下とし、さらにCu:0.1〜0.5%、Ni:
0.2〜2.5%、Mo:0.1〜0.5%のうち1種
または2種以上を含有し、残部Fe及び不可避不純物か
らなり、面積100μm2 以上の硫化物系介在物が被検
面積1mm2 あたり5個以下であることを特徴とするシ
ョットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼を提供す
る。
【0009】本願発明者らは、疲労強度が高く歯車等の
各種機械構造部品として十分な特性を有するショットピ
ーニング処理型の肌焼鋼を得るべく研究を重ねた結果、
鋼の組成を特定範囲に規定すると共に、一定大きさ以上
の硫化物系介在物の存在個数を厳密に制限すればよいこ
とを見出した。上記構成の本発明はこのような知見に基
づいてなされたものである。
各種機械構造部品として十分な特性を有するショットピ
ーニング処理型の肌焼鋼を得るべく研究を重ねた結果、
鋼の組成を特定範囲に規定すると共に、一定大きさ以上
の硫化物系介在物の存在個数を厳密に制限すればよいこ
とを見出した。上記構成の本発明はこのような知見に基
づいてなされたものである。
【0010】以下、本発明について具体的に説明する。
【0011】先ず、成分組成の限定理由について説明す
る。なお、以下単に%とあるのは、重量%を示すものと
する。 (1)Cについて Cは浸炭焼入れにより芯部の硬さを確保するために必要
な元素であり、歯車やシャフト等に要求される疲労強度
を確保するために必要なHRC25以上を得るためには少
なくとも0.1%以上添加する必要がある。しかし、多
量の添加は浸炭後の衝撃特性や切削性を損なうので上限
を0.3%に設定する必要がある。従って、C含有量を
0.1〜0.3%の範囲に規定する。 (2)Siについて Siは脱酸効果を確保するために必要な元素である。し
かし、0.05%未満ではこの効果を確保することがで
きなくなる。一方、0.5%を超えると浸炭時に浸炭異
常層の発生を助長する。従って、Si含有量を0.05
〜0.5%の範囲に規定する。 (3)Mnについて Mnは脱酸効果、脱硫効果、焼入性の向上のために添加
する元素である。しかし0.4%未満ではこれらの効果
を確保することができなくなる。一方、1.5%を超え
ると浸炭後の衝撃特性や鋼の加工性を損なう。従って、
Mn含有量を0.4〜1.5%の範囲に規定する。 (4)Pについて Pは鋼に含有される代表的な元素であるが、鋼の粒界強
度を下げ、疲労強度を低下させる元素であり、その影響
は0.02%を超えると著しい。従って、P含有量を
0.02%以下に制限する。 (5)Sについて Sも鋼に含有される代表的な元素であるが、硫化物系介
在物を生成して、疲労強度を低下させ、その影響は0.
02%を超えると著しい。従って、S含有量を0.02
%以下に制限する。 (6)Crについて Crは焼入性及び焼入、焼戻し後の強度を向上させるた
めに必要であり、浸炭部品の浸炭層の硬さ及び有効浸炭
深さの向上のためには0.2%以上添加する必要があ
る。しかし1.5%を超えると過剰浸炭を招き、焼入
性、切削性を劣化させてしまう。従って、Cr含有量を
0.2〜1.5%の範囲に規定する。 (7)Sol.Al(酸可溶Al)について Alは鋼の溶解時に脱酸材として、また浸炭時にはNと
結合してAlNを生成し、結晶粒の成長を抑制する。し
かし、0.015%未満ではこれらの効果を確保するこ
とができなくなる。一方、0.05%を超えると、酸化
物系介在物を多量に生成し疲労強度を劣化させる。従っ
て、Sol.Al含有量の範囲を0.015〜0.05
%とした。 (8)Total Nについて NはAlと結合してAlNを生成し、浸炭時に結晶粒粗
大化を防止する効果がある。しかし、0.005%以下
ではこの効果が少なく、0.020%を超えると靭性を
損なう。従って、Total Nの含有量を0.005
〜0.020%の範囲に規定する。なお、Total
Nには、固溶Nも化合物中のNも全て含まれる。 (9)Total Oについて Oは酸化物系介在物を生成し、歯車などの疲労強度に悪
影響を与え、また後述する実施例でも明らかなように、
硫化物系介在物の寸法を粗大化する傾向にあり、その影
響は0.0010%を超えると著しくなる。従って、T
otal O含有量を0.0010%以下に制限する。
なお、Total Oには、固溶Oも化合物中のOも全
て含まれる。 (10)Ti、Nb、Zrについて Tiは鋼中のNと結合して、TiNを生成する。このT
iNは酸化物系介在物と同様に疲労強度に悪影響を与え
る。またNb、Zrも高硬度の介在物を生成する可能性
がある。そして、このような影響はいずれの元素も0.
005%を超えると顕在化する。従って、Ti、Nb、
Zrのいずれも0.005%以下に制限する。
る。なお、以下単に%とあるのは、重量%を示すものと
する。 (1)Cについて Cは浸炭焼入れにより芯部の硬さを確保するために必要
な元素であり、歯車やシャフト等に要求される疲労強度
を確保するために必要なHRC25以上を得るためには少
なくとも0.1%以上添加する必要がある。しかし、多
量の添加は浸炭後の衝撃特性や切削性を損なうので上限
を0.3%に設定する必要がある。従って、C含有量を
0.1〜0.3%の範囲に規定する。 (2)Siについて Siは脱酸効果を確保するために必要な元素である。し
かし、0.05%未満ではこの効果を確保することがで
きなくなる。一方、0.5%を超えると浸炭時に浸炭異
常層の発生を助長する。従って、Si含有量を0.05
〜0.5%の範囲に規定する。 (3)Mnについて Mnは脱酸効果、脱硫効果、焼入性の向上のために添加
する元素である。しかし0.4%未満ではこれらの効果
を確保することができなくなる。一方、1.5%を超え
ると浸炭後の衝撃特性や鋼の加工性を損なう。従って、
Mn含有量を0.4〜1.5%の範囲に規定する。 (4)Pについて Pは鋼に含有される代表的な元素であるが、鋼の粒界強
度を下げ、疲労強度を低下させる元素であり、その影響
は0.02%を超えると著しい。従って、P含有量を
0.02%以下に制限する。 (5)Sについて Sも鋼に含有される代表的な元素であるが、硫化物系介
在物を生成して、疲労強度を低下させ、その影響は0.
02%を超えると著しい。従って、S含有量を0.02
%以下に制限する。 (6)Crについて Crは焼入性及び焼入、焼戻し後の強度を向上させるた
めに必要であり、浸炭部品の浸炭層の硬さ及び有効浸炭
深さの向上のためには0.2%以上添加する必要があ
る。しかし1.5%を超えると過剰浸炭を招き、焼入
性、切削性を劣化させてしまう。従って、Cr含有量を
0.2〜1.5%の範囲に規定する。 (7)Sol.Al(酸可溶Al)について Alは鋼の溶解時に脱酸材として、また浸炭時にはNと
結合してAlNを生成し、結晶粒の成長を抑制する。し
かし、0.015%未満ではこれらの効果を確保するこ
とができなくなる。一方、0.05%を超えると、酸化
物系介在物を多量に生成し疲労強度を劣化させる。従っ
て、Sol.Al含有量の範囲を0.015〜0.05
%とした。 (8)Total Nについて NはAlと結合してAlNを生成し、浸炭時に結晶粒粗
大化を防止する効果がある。しかし、0.005%以下
ではこの効果が少なく、0.020%を超えると靭性を
損なう。従って、Total Nの含有量を0.005
〜0.020%の範囲に規定する。なお、Total
Nには、固溶Nも化合物中のNも全て含まれる。 (9)Total Oについて Oは酸化物系介在物を生成し、歯車などの疲労強度に悪
影響を与え、また後述する実施例でも明らかなように、
硫化物系介在物の寸法を粗大化する傾向にあり、その影
響は0.0010%を超えると著しくなる。従って、T
otal O含有量を0.0010%以下に制限する。
なお、Total Oには、固溶Oも化合物中のOも全
て含まれる。 (10)Ti、Nb、Zrについて Tiは鋼中のNと結合して、TiNを生成する。このT
iNは酸化物系介在物と同様に疲労強度に悪影響を与え
る。またNb、Zrも高硬度の介在物を生成する可能性
がある。そして、このような影響はいずれの元素も0.
005%を超えると顕在化する。従って、Ti、Nb、
Zrのいずれも0.005%以下に制限する。
【0012】これら成分の他、Cu,Ni,Moのうち
1種又は2種以上を以下の範囲で含有させることもでき
る。鋼の特性を一層向上させる観点からこれらの1種又
は2種以上を添加することが望ましい。 (11)Cuについて Cuは浸炭異常層の生成防止に効果がある元素である。
しかし、0.1%未満ではこの効果が少なく、また、
0.5%を超えると浸炭性が低下する。従って、Cuを
添加する場合にはその含有量を0.1〜0.5%の範囲
に規定する。 (12)Niについて Niは鋼の焼入性及び浸炭性を向上する元素であり、ま
た浸炭異常層の発生を抑制する作用がある。これらの作
用を発揮させるため、少なくとも0.2%の添加が必要
である。また、Niは高価な元素であるため2.5%を
超えるとコストが上昇して得策ではない。従って、Ni
を添加する場合にはその含有量を0.2〜2.5%の範
囲に規定する。 (13)Moについて MoはNiと同様、鋼の焼入性及び浸炭性を向上する元
素であり、また浸炭異常層の発生を抑制する作用があ
る。これらの作用を発揮させるため、少なくとも0.1
%の添加が必要である。また、Moも高価な元素である
ため0.5%を超えるとコストが上昇して得策ではな
い。従って、Moを添加する場合にはその含有量を0.
1〜0.5%の範囲に規定する。
1種又は2種以上を以下の範囲で含有させることもでき
る。鋼の特性を一層向上させる観点からこれらの1種又
は2種以上を添加することが望ましい。 (11)Cuについて Cuは浸炭異常層の生成防止に効果がある元素である。
しかし、0.1%未満ではこの効果が少なく、また、
0.5%を超えると浸炭性が低下する。従って、Cuを
添加する場合にはその含有量を0.1〜0.5%の範囲
に規定する。 (12)Niについて Niは鋼の焼入性及び浸炭性を向上する元素であり、ま
た浸炭異常層の発生を抑制する作用がある。これらの作
用を発揮させるため、少なくとも0.2%の添加が必要
である。また、Niは高価な元素であるため2.5%を
超えるとコストが上昇して得策ではない。従って、Ni
を添加する場合にはその含有量を0.2〜2.5%の範
囲に規定する。 (13)Moについて MoはNiと同様、鋼の焼入性及び浸炭性を向上する元
素であり、また浸炭異常層の発生を抑制する作用があ
る。これらの作用を発揮させるため、少なくとも0.1
%の添加が必要である。また、Moも高価な元素である
ため0.5%を超えるとコストが上昇して得策ではな
い。従って、Moを添加する場合にはその含有量を0.
1〜0.5%の範囲に規定する。
【0013】次に、鋼中の硫化物系介在物について説明
する。本発明では鋼中の硫化物系介在物について、面積
100μm2 以上の硫化物系介在物にのみ着目してい
る。これは、この大きさ以上の硫化物系介在物が実質的
に疲労強度に悪影響を及ぼすからである。その存在個数
を被検面積1mm2 あたり5個以下に限定したのは、後
述する実施例でも明らかなように、硫化物系介在物を被
検面積1mm2 あたり5個を超えた個数を含むと歯車な
どの疲労強度が低下するためであり、さらには、このよ
うに個数を限定することにより転動疲労特性や耐ピッチ
ング特性への効果が期待できるからである。
する。本発明では鋼中の硫化物系介在物について、面積
100μm2 以上の硫化物系介在物にのみ着目してい
る。これは、この大きさ以上の硫化物系介在物が実質的
に疲労強度に悪影響を及ぼすからである。その存在個数
を被検面積1mm2 あたり5個以下に限定したのは、後
述する実施例でも明らかなように、硫化物系介在物を被
検面積1mm2 あたり5個を超えた個数を含むと歯車な
どの疲労強度が低下するためであり、さらには、このよ
うに個数を限定することにより転動疲労特性や耐ピッチ
ング特性への効果が期待できるからである。
【0014】
【実施例】表1に示す化学成分を有するA〜Dまでの4
種類の鋼を溶製し、造塊した後、試験用歯車を作成し
た。表1中、A,Cは本発明鋼、B,Cは本発明の組成
範囲から外れる比較鋼である。なお、表1はこれらの鋼
の化学成分値を重量%で表わしたものである。
種類の鋼を溶製し、造塊した後、試験用歯車を作成し
た。表1中、A,Cは本発明鋼、B,Cは本発明の組成
範囲から外れる比較鋼である。なお、表1はこれらの鋼
の化学成分値を重量%で表わしたものである。
【0015】
【表1】 次に、表1に示す低酸素鋼である本発明鋼A(O:0.
0009%)と通常酸素鋼である比較鋼B(O:0.0
020%)の試験用歯車について、表2に示す2種類
(アークハイト値0.45A及び0.30C)の条件で
ショットピーニングを行い、歯車疲労試験を実施した。
歯車疲労試験は、歯数28、モジュール2.5の歯車に
ついて、動力循環式歯車疲労試験機を用いて行った。
0009%)と通常酸素鋼である比較鋼B(O:0.0
020%)の試験用歯車について、表2に示す2種類
(アークハイト値0.45A及び0.30C)の条件で
ショットピーニングを行い、歯車疲労試験を実施した。
歯車疲労試験は、歯数28、モジュール2.5の歯車に
ついて、動力循環式歯車疲労試験機を用いて行った。
【0016】
【表2】 疲労寿命に対する低酸素化の効果を調べた結果、図1に
示す結果を得た。図1は疲労試験結果を、負荷トルク
(kgf・m)と疲労寿命(cycle)との関係で示
したグラフである。
示す結果を得た。図1は疲労試験結果を、負荷トルク
(kgf・m)と疲労寿命(cycle)との関係で示
したグラフである。
【0017】図1に示すように、ショットピーニングを
施さない場合には、本発明鋼A及び比較鋼Bの疲労限が
夫々22.5kgf・m及び22.0kgf・mであ
り、ほぼ同等の疲労強度であり、Total O含有量
を、0.0020%(鋼B)から0.0009%(鋼
A)に低減しても、その効果はほとんど認められなかっ
た。
施さない場合には、本発明鋼A及び比較鋼Bの疲労限が
夫々22.5kgf・m及び22.0kgf・mであ
り、ほぼ同等の疲労強度であり、Total O含有量
を、0.0020%(鋼B)から0.0009%(鋼
A)に低減しても、その効果はほとんど認められなかっ
た。
【0018】さらに、ショットピーニング条件のうち、
アークハイト値が0.45Aのショットピーニングを施
した場合、疲労限は本発明鋼Aが32.5kgf・mに
対して比較鋼Bが31.0kgf・mと若干鋼Aの方が
高疲労強度となったが、低酸素化による疲労強度の向上
は5%程度にとどまっている。
アークハイト値が0.45Aのショットピーニングを施
した場合、疲労限は本発明鋼Aが32.5kgf・mに
対して比較鋼Bが31.0kgf・mと若干鋼Aの方が
高疲労強度となったが、低酸素化による疲労強度の向上
は5%程度にとどまっている。
【0019】ショットピーニング条件のうち、アークハ
イト値が0.30Cの強力なショットピーニングを施し
た場合、疲労限は本発明鋼Aで38.5kgf・mとな
り、比較鋼Bの33.0kgf・mよりも著しく高い疲
労強度が得られ、低酸素化により約17%疲労強度が向
上したことが確認された。。
イト値が0.30Cの強力なショットピーニングを施し
た場合、疲労限は本発明鋼Aで38.5kgf・mとな
り、比較鋼Bの33.0kgf・mよりも著しく高い疲
労強度が得られ、低酸素化により約17%疲労強度が向
上したことが確認された。。
【0020】試験歯車の疲労破壊形態を調べた結果、シ
ョットピーニングを施さない場合には表面から疲労亀裂
が発生しているのに対し、強力なショットピーニングを
施した場合には内部から破壊が発生していることが確認
された。
ョットピーニングを施さない場合には表面から疲労亀裂
が発生しているのに対し、強力なショットピーニングを
施した場合には内部から破壊が発生していることが確認
された。
【0021】また強力なショットピーニングを施すこと
により内部から破壊した歯車の破面を走査型電子顕微鏡
で詳細に調べた結果、本発明鋼A及び比較鋼Bの破面は
夫々図2及び図3に示すようになった。いずれの図も
(a)は150倍、(b)は500倍である。これらの
図から、低酸素の鋼Aの破壊起点には粗大な介在物が存
在しないが、鋼Bには破壊起点に粗大な硫化物系介在物
が観察された。
により内部から破壊した歯車の破面を走査型電子顕微鏡
で詳細に調べた結果、本発明鋼A及び比較鋼Bの破面は
夫々図2及び図3に示すようになった。いずれの図も
(a)は150倍、(b)は500倍である。これらの
図から、低酸素の鋼Aの破壊起点には粗大な介在物が存
在しないが、鋼Bには破壊起点に粗大な硫化物系介在物
が観察された。
【0022】次に、表1に示すA〜D鋼の試験片の硫化
物系介在物を観察し、これらを画像処理することによ
り、硫化物介在物の寸法分布を測定した。表3に鋼中に
存在する面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検
面積1mm2 あたりの個数を示す。なお、各ショットピ
ーニング条件毎の歯車疲労試験による疲労限(kgf・
m)も併せて表3に示す。
物系介在物を観察し、これらを画像処理することによ
り、硫化物介在物の寸法分布を測定した。表3に鋼中に
存在する面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検
面積1mm2 あたりの個数を示す。なお、各ショットピ
ーニング条件毎の歯車疲労試験による疲労限(kgf・
m)も併せて表3に示す。
【0023】
【表3】 また、図4に、鋼中における面積100μm2 以上の硫
化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの個数と、鋼中
のTotal O含有量との関係を示す。
化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの個数と、鋼中
のTotal O含有量との関係を示す。
【0024】表3及び図4から明らかなように、鋼中の
Total O含有量が低いほど、鋼中の面積100μ
m2 以上の硫化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの
個数が少ない傾向が認められ、粗大な硫化物系介在物を
低減するには、鋼中酸素含有量を低くすることが有効で
あることが分かる。
Total O含有量が低いほど、鋼中の面積100μ
m2 以上の硫化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの
個数が少ない傾向が認められ、粗大な硫化物系介在物を
低減するには、鋼中酸素含有量を低くすることが有効で
あることが分かる。
【0025】これは以下の理由にあるものと考えられ
る。一般に鋼中酸素濃度が低い鋼ほど、鋼中に生成残存
する酸化物系介在物は微細なものが多くなる。鋼中の硫
化物系介在物は酸化物を核として生成するので、酸素濃
度の低い鋼ほど硫化物も微細なものが多くなる。この結
果、鋼中S濃度が等しく酸素濃度の異なる鋼では、鋼中
酸素濃度が低いほど、酸化物及び硫化物系介在物とも
に、鋼中酸素濃度の高い鋼よりも小型化・微細化される
傾向にある。従って、鋼中酸素濃度が低ければ粗大な硫
化物系介在物が少なくなるのである。
る。一般に鋼中酸素濃度が低い鋼ほど、鋼中に生成残存
する酸化物系介在物は微細なものが多くなる。鋼中の硫
化物系介在物は酸化物を核として生成するので、酸素濃
度の低い鋼ほど硫化物も微細なものが多くなる。この結
果、鋼中S濃度が等しく酸素濃度の異なる鋼では、鋼中
酸素濃度が低いほど、酸化物及び硫化物系介在物とも
に、鋼中酸素濃度の高い鋼よりも小型化・微細化される
傾向にある。従って、鋼中酸素濃度が低ければ粗大な硫
化物系介在物が少なくなるのである。
【0026】次に、ショットピーニングを施さない場合
及び強力ショットピーニング(0.30C)を施した場
合の歯車疲労試験による疲労限(kgf・m)と、鋼中
の面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検面積1
mm2 あたりの個数との関係を把握した。その関係を図
5に示す。
及び強力ショットピーニング(0.30C)を施した場
合の歯車疲労試験による疲労限(kgf・m)と、鋼中
の面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検面積1
mm2 あたりの個数との関係を把握した。その関係を図
5に示す。
【0027】図5より、鋼中における面積100μm2
以上の硫化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの個数
を低減すると、ショットピーニングを施さない場合には
疲労限はほとんど変わらないものの、アークハイト0.
30Cのショットピーニングを施した場合には疲労限が
著しく向上することが確認された。
以上の硫化物系介在物の被検面積1mm2 あたりの個数
を低減すると、ショットピーニングを施さない場合には
疲労限はほとんど変わらないものの、アークハイト0.
30Cのショットピーニングを施した場合には疲労限が
著しく向上することが確認された。
【0028】そして、表3,図4及び図5から明らかな
ように、鋼中に面積100μm2 以上の粗大な硫化物系
介在物が被検面積1mm2 あたり5個以下であれば、ア
ークハイト0.30Cのショットピーニングを行った場
合に疲労強度が著しく向上する。
ように、鋼中に面積100μm2 以上の粗大な硫化物系
介在物が被検面積1mm2 あたり5個以下であれば、ア
ークハイト0.30Cのショットピーニングを行った場
合に疲労強度が著しく向上する。
【0029】なお、図3の介在物写真からも明らかなよ
うに、実際にフィッシュアイ破壊の起点となる硫化物系
介在物の寸法は面積100μm2 を大きく上回ってお
り、従って疲労強度と、より密接に関連付けられる条件
としては、より大きい寸法の介在物個数を規定すること
が好ましいともいえる。しかし、そのためには、より広
い被検面積を必要とし、実質的に画像処理による検査が
困難になる恐れがある。従って、本発明では疲労強度を
実用的レベルに向上させることができる範囲として、面
積100μm2 以上の介在物が被検面積1mm2 あたり
5個以下なる条件に規定しているのである。
うに、実際にフィッシュアイ破壊の起点となる硫化物系
介在物の寸法は面積100μm2 を大きく上回ってお
り、従って疲労強度と、より密接に関連付けられる条件
としては、より大きい寸法の介在物個数を規定すること
が好ましいともいえる。しかし、そのためには、より広
い被検面積を必要とし、実質的に画像処理による検査が
困難になる恐れがある。従って、本発明では疲労強度を
実用的レベルに向上させることができる範囲として、面
積100μm2 以上の介在物が被検面積1mm2 あたり
5個以下なる条件に規定しているのである。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、鋼の化学
成分・組成を規定すると共に、鋼中の硫化物系介在物の
サイズと個数とを限定することにより、ショットピーニ
ングの効果を著しく増加させることが可能となり、安価
でかつ歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に十分
な疲労強度を得ることができるショットピーニング処理
型の高疲労強度肌焼鋼が提供される。
成分・組成を規定すると共に、鋼中の硫化物系介在物の
サイズと個数とを限定することにより、ショットピーニ
ングの効果を著しく増加させることが可能となり、安価
でかつ歯車等の各種機械構造部品に適用した場合に十分
な疲労強度を得ることができるショットピーニング処理
型の高疲労強度肌焼鋼が提供される。
【図1】本発明鋼及び比較鋼の歯車疲労試験結果を示す
図。
図。
【図2】本発明鋼のフィッシュアイ破壊した歯車の破壊
起点を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す金属組織
写真。
起点を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す金属組織
写真。
【図3】比較鋼のフィッシュアイ破壊した歯車の破壊起
点を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す金属組織写
真。
点を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す金属組織写
真。
【図4】鋼中酸素含有量と面積100μm2 以上の硫化
物系介在物の被検面積1mm2あたりの個数との関係を
示す図。
物系介在物の被検面積1mm2あたりの個数との関係を
示す図。
【図5】面積100μm2 以上の硫化物系介在物の被検
面積1mm2 あたりの個数と疲労限との関係を示す図。
面積1mm2 あたりの個数と疲労限との関係を示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.1〜0.3%、S
i:0.05〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、
P:0.02%以下、S:0.02%以下、Cr:0.
2〜1.5%、Sol.Al:0.015〜0.05
%、Total N:0.005〜0.020%、To
tal O:0.0010%以下を含有し、混入するT
i、Nb、Zrをいずれも0.005%以下とし、残部
Fe及び不可避不純物からなり、面積100μm2 以上
の硫化物系介在物が被検面積1mm2あたり5個以下で
あることを特徴とするショットピーニング処理型の高疲
労強度肌焼鋼。 - 【請求項2】 重量%で、C:0.1〜0.3%、S
i:0.05〜0.5%、Mn:0.4〜1.5%、
P:0.02%以下、S:0.02%以下、Cr:0.
2〜1.5%、Sol.Al:0.015〜0.05
%、Total N:0.005〜0.020%、To
tal O:0.0010%以下を含有し、混入するT
i、Nb、Zrをいずれも0.005%以下とし、さら
にCu:0.1〜0.5%、Ni:0.2〜2.5%、
Mo:0.1〜0.5%のうち1種または2種以上を含
有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、面積100
μm2以上の硫化物系介在物が被検面積1mm2 あたり
5個以下であることを特徴とするショットピーニング処
理型の高疲労強度肌焼鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10494393A JPH06299287A (ja) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | ショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10494393A JPH06299287A (ja) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | ショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06299287A true JPH06299287A (ja) | 1994-10-25 |
Family
ID=14394177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10494393A Pending JPH06299287A (ja) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | ショットピーニング処理型の高疲労強度肌焼鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06299287A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09176784A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-08 | Kobe Steel Ltd | 疲労特性および被削性に優れた肌焼鋼 |
-
1993
- 1993-04-08 JP JP10494393A patent/JPH06299287A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09176784A (ja) * | 1995-12-25 | 1997-07-08 | Kobe Steel Ltd | 疲労特性および被削性に優れた肌焼鋼 |
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