JPH07116551B2

JPH07116551B2 - 浸炭用鋼

Info

Publication number: JPH07116551B2
Application number: JP61019011A
Authority: JP
Inventors: 邦夫並木; 憲二礒川
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1995-12-13
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPS62177151A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、浸炭処理すると、バルブリフターなどの部品
に必要な耐摩耗性、耐ピッチング性を得ることができる
浸炭用鋼に関する。

（従来の技術及び問題点）高面圧の下で摺動、接触する部品、例えば内燃機関のバ
ルブリフターは、第１図に示すように、バルブ２の軸部
先端にスプリング３を介して取り付けられ、高速回転し
ているカム４によってバルブ２を往復動するものである
が、このバルブリフター１の冠面部は約100kgf/mm²の面
圧下でカム４と摺動、接触する厳しい条件下にさらされ
る。

従来、この種の部品に供されている材料としては、汎用
の浸炭用鋼SCM415などを素材とし、これにガス浸炭処理
を施して使用されていた。しかし、この浸炭用鋼を素材
として製作された部品は、摩耗、スカッフ（かじり）、
ピッチングなどの発生が多く、部品に必要とする寿命が
十分に得られず、部品交換の頻度が高いという問題があ
った。

この問題を解決ため、バルブリフターの場合、その冠面
部に硬質材を溶射或いは貼付する方法も検討されている
が、技術的に問題があるし、またコスト的にメリットが
ないという欠点があった。

（発明の目的）本発明は、上記従来の欠点を解消し、加工性が良好で、
かつ、浸炭処理することによって耐摩耗性、耐ピッチン
グ性、或いは耐焼付性などが優れたものとなる浸炭溶鋼
を提供することを目的とするものである。

（発明の構成）上記目的を達成するため、本発明者らは、部品素材の表
面に硬質材溶射或いは貼付する方法を採用せず、従来の
浸炭用鋼の場合と同様、浸炭処理のみで表面部の硬さを
顕著に向上し得る鋼の開発を研究したところ、特定組成
の鋼を浸炭処理することによりHv850程度以上の硬質炭
化物を析出させると、主に耐ピッチング性を顕著に向上
させることが可能であることを見い出した。また、当該
部品の加工は切削加工から冷間鍛造による加工が主体に
なりつつある状況に鑑み、冷鍛性更には被削性の改善を
図り得る鋼の研究を重ね、ここに本発明をなしたもので
ある。

すなわち、本発明の浸炭用鋼は、C:0.10％〜0.30％未
満、Si:0.50％以下、Mn:1.50％以下、Cr:2.5％超〜8.0
％、Mo:0.30％超〜0.80％、を含む組成を基本とし、必
要に応じて、特にＳ、Ｏを更に低減し、或いはPbを適正
量添加し、残部がFe及び不可避的不純物からなることを
特徴とするものである。

以下に本発明の浸炭用鋼の成分の限定理由を説明する。

Ｃは、芯部強度を確保し、更に浸炭時にCrと硬質炭化物
を析出させるために必要な元素で、それらのためには0.
10％以上含有させる必要がある。しかし、0.30％未満を
最大とする量で十分であり、特に冷鍛性を阻害しないよ
うにするには0.20％を上限とする。

Siは、脱酸剤として必要な元素であるが、0.5％を超え
て多量に添加すると靱性が低下するので、上限を0.50％
とする。また、冷鍛性を向上させたい場合には、0.15％
以下にする必要がある。

Mnは、焼入性を高めるために必要な元素であるが、焼入
性は1.5％以下で十分得られるので、上限を1.5％とす
る。また、冷鍛性を向上させたい場合には、0.80％以下
にする必要がある。

Crは、浸炭時にセメンタイト及びM₃CやM₇C₃型の炭化物
（但し、M:Cr又はFe）を形成させるのに必要な元素であ
り、特に硬質炭化物のM₇C₃を十分析出させるために最低
2.5％を超えて添加する必要がある。しかし、多過ぎる
と、炭化物量が増大し、靱性が低下するので、8.0％を
上限とする。

Moは、上記析出炭化物量が増加した場合、基地のCrが炭
化物の形成に消費されるために炭化物近傍の焼入性が低
下するので、これを補完するために添加する元素であ
る。焼入性を補完するためには0.30％を超えて添加する
必要がある。しかし、0.80％を超えて添加してもその効
果は飽和するので、0.80％を上限とする。

Ｓ及びＯは、冷鍛性を阻害する元素であり、特にＯはAl
₂O₃などの酸化物系介在物を形成し、ＳはMnSを形成する
ので、冷鍛性を確保する必要があるときは、Ｏは0.0015
％以下に規制し、Ｓは0.015％以下、好ましくは0.005％
以下に規制する。

Pbは、被削性の向上に有効な元素であるので、被削性を
要求される場合に0.03％以上を添加する。しかし、0.10
％を超えると耐ピッチング性が劣化するので、0.10％を
上限とする。

上記組成の浸炭用鋼は、浸炭処理することにより表面部
に硬質炭化物（M₃C、M₇C₃の１種又は２種）を析出さ
せ、その硬度を上昇して使用するものであるが、そのた
めの浸炭条件としてのＣポテンシャル、すなわち浸炭時
の雰囲気のＣ濃度を1.3％以上にする必要がある。従来
の浸炭用鋼に対する浸炭時のＣポテンシャルは通常0.8
〜0.9％であるが、本発明の浸炭用鋼は、特にCr添加量
を多くすることによって硬質炭化物を析出させ、それに
よって硬度の上昇を図るためのものであるので、Ｃポテ
ンシャルを1.3％以上とすることが必要である。これに
より表面部の硬さは、組成にもよるが、概ねHv850以上
を確保することができる。なお、他の浸炭処理の条件は
特に制限されないが、浸炭温度は従来よりも若干高い温
度が望ましい。

（実施例）第１表に示す化学成分（wt％）の各種鋼を溶製し、これ
の被削性及び冷鍛性を調べるために焼入れ、焼なましに
より硬さ調整した後、切削性試験及び冷鍛試験を行っ
た。硬さは第２表に示すとおりである。

なお、被削性は、工具SKH9を用いて穴深さ20mm、切削油
なし、切削速度50m/minの条件でドリル加工を行い、切
削し得た穴個数、すなわち切削長さ（mm）を工具寿命と
して評価した。また冷鍛性は、冷間鍛造によってバルブ
リフターを製造したときの割れ発生の有無により判定し
た。それらの結果を第２表に示す。

第２表より、本発明鋼（１）及び（２）の被削性は比較
鋼に比べて若干劣るが、本発明鋼（３）は比較鋼とほぼ
同等の被削性を示しており、また本発明鋼（２）及び
（３）は冷鍛割れが皆無であり、特に本発明鋼（３）は
被削性と冷鍛性を兼備していることがわかる。なお、本
発明鋼（１）は従来鋼と同程度の冷鍛性を示した。

次に、上記各鋼に対して第３表に示す浸炭条件にて浸炭
処理を施し、ローラピッチング試験、耐焼付試験を行う
と共にエンジン組込テストを行った。

なお、ローラピッチング試験は、第２図に示す形状、寸
法（mm）の試験片で第３表に示す表面硬さのものを第３
図に示す如く回転している大ローラー５に接触させ、面
圧150kgf/mm²（同図中、太矢印）、回転数1500rpm、す
べりが−40％（すなわち、大ローラーに対して周速比）
の試験条件にて小ローラー（試験片）６を回転させ、B
₅₀寿命（回）を調べた。その結果は第３表に示すとおり
であり、本発明鋼はいずれも従来鋼より耐ピッチング性
が向上していることが明らかである。なお、試験はピッ
チングが発生しない場合には、10⁸回で終了させた。

また、耐焼付試験はファビリー式摩耗試験機を使用して
実施した。具体的には、第４図に示すように、第３表に
示す表面硬さを有するＶブロックを試験片７として用
い、6.5φ×40l（mm）のピン（回転体）８をカムと想定
してチル鋳物（Hv600）で製造した後、ピン８を回転駆
動体９に取付けて300rpmで回転させ、一対のＶブロック
を両側よりピン８を締め付ける態様（図中、太矢印）で
徐々に荷重を増加させ、焼付の起こる荷重を焼付荷重と
して耐焼付性を評価した。なお、Ｖブロックは第５図に
示す断面形状、寸法（mm）のものを用いた。この試験の
結果は第３表に示すとおりであり、本発明鋼はいずれも
比較鋼よりも約倍近くもの焼付発生荷重を示し、耐焼付
性の向上が顕著である。

さらに、バルブリフターを製作して６気筒、４バルブエ
ンジンに組込んでテストし、従来鋼を用いた場合の寿命
を１とした時の相対寿命を調べた結果、第３表に示すと
おり、本発明鋼の寿命は大幅に延長されることがわかっ
た。

（本発明の効果）以上詳述したように、本発明の浸炭用鋼は、浸炭処理す
ることによって表面部に硬質炭化物を析出し、これによ
り耐摩耗性、耐ピッチング性が優れたものとなるので、
耐摩耗性、耐ピッチング性の優れた部品を製造するため
に使用することができる。また、本発明の浸炭用鋼は、
従来法のように硬質材を被覆する必要もなく浸炭のみで
上記特性を確保でき、また冷鍛性や被削性も優れている
ものもあるので、本発明の浸炭用鋼を使用することによ
り耐摩耗性、耐ピッチング性部品を安価に製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バルブリフター及びその使用状況を示す説明
図、第２図はローラーピッチング試験の試験片の形状、
寸法を示す図、第３図はローラーピッチング試験を説明
する図、第４図は耐焼付試験を説明する図で、第５図は
その試験に用いる試験片（Ｖブロック）の断面形状、寸
法を示す図である。１……バルブリフター、２……バルブ、３……スプリン
グ、４……カム、５……大ローラー、６……小ローラー（試
験片）７……Ｖブロック（試験片）、８……回転棒（ピン）、９……回転駆動体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合で（以下、同じ）、C:0.10％〜0.
30％未満、Si:0.50％以下、Mn:1.50％以下、Cr:2.5％超
〜8.0％、Mo:0.30％超〜0.80％、残部がFe及び不可避的
不純物からなることを特徴とする浸炭用鋼。
【請求項２】C:0.10〜0.20％、Si:0.15％以下、Mn:0.80
％以下、Cr:2.5％超〜8.0％、Mo:0.30％超〜0.80％を含
み、S:0.015％以下、O:0.0015％以下、残部がFe及び不
可避的不純物からなることを特徴とする冷鍛性の優れた
浸炭用鋼。
【請求項３】C:0.10〜0.20％、Si:0.15％以下、Mn:0.80
％以下、Cr:2.5％超〜8.0％、Mo:0.30％超〜0.80％、P
b:0.03〜0.10％、S:0.005％以下、O:0.0015％以下、残
部がFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする冷
鍛性及び被削性の優れた浸炭用鋼。