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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