JPH08218147A

JPH08218147A - 高熱間延性を有する肌焼鋼

Info

Publication number: JPH08218147A
Application number: JP4897095A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kurokawa; 八寿男黒川; Kazuhiko Nishida; 和彦西田; Yoshihiko Kamata; 芳彦鎌田; Mitsuo Uno; 光男宇野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-27
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP3414032B2

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な熱間延性を示し、かつ耐疲労性，耐摩
耗性，靱性等の優れた製品を安定して得ることができる
ところの浸炭鍛造素材として好適な肌焼鋼を提供する。【構成】肌焼鋼を、Ｃ：0.10〜0.30％，Si：0.05〜
0.50％，Mn：0.45〜2.00％，Cr：0.05〜0.80％，Ｓ:0.1
00％以下，Mo：0.50％以下，Ｂ：0.0005〜0.0050％，T
i：0.01〜0.10％，Ｎ：0.0100％以下を含有すると共に
残部Fe及び不可避的不純物から成り、かつ［％Mn］＋10×［％Ｂ］≧ 6×［％Ｓ］を満足する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、浸炭処理直後の熱間
鍛造において良好な熱間延性を示し、かつ耐疲労性，耐
摩耗性，靱性等の優れた製品を安定に得ることができる
肌焼鋼に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】従来、耐摩耗性等が要求される
機械構造用鋼部品（例えば歯車等）は、ＪＩＳで規定さ
れるＳＣＭ４２０，ＳＣｒ４２０，ＳＭｎ４２０等の素
材を熱間鍛造及び冷間鍛造により所定形状に成形した
後、浸炭焼入・焼戻の処理を施して製造するのが一般的
であった。

【０００３】しかし、この方法では、成形の後で浸炭焼
入が行われるので焼入歪によって精度に狂いが生じやす
く、そのため今日要求されている精密歯車等の製造方法
としては適切なものであると言えなかった。また、歯車
等では浸炭層の厚さが厚くなるほど靱性は劣化するが、
例えば素材から歯車を加工した後に浸炭処理を施すとそ
の歯先部分と歯元部分に同様厚さの浸炭層が形成される
ので、強靱性が必要な歯元部分でも浸炭層厚さが歯先同
様に厚くなってしまい、今日の厳しい使用環境に十分耐
え得る強靱性を具備させるのは非常に困難であった。

【０００４】そこで、機械構造用部品の更なる高精度
化，強靱化の要求に応えるため、まず浸炭処理を施し、
その直後に熱間鍛造により成形を行うという“浸炭鍛造
法”が注目されるようになった。この浸炭鍛造法は、浸
炭処理後に成形を行うので、例えば歯車を製造する場合
には鍛造によって歯元部分の浸炭層厚さを薄くすること
が可能であり、トルクがかかる歯元の強靱化に最適であ
ると考えられる。

【０００５】しかしながら、上記浸炭鍛造法では浸炭処
理後に熱間鍛造が行われるため、この種の用途に従来か
ら適用されているＳＣＭ４２０，ＳＣｒ４２０，ＳＭｎ
４２０等の鋼を素材とした場合には鍛造時に熱間割れを
発生しやすいという問題があった。

【０００６】このようなことから、本発明が目的とした
のは、浸炭処理後に熱間鍛造を施した場合にも良好な熱
間延性を示し、かつ耐疲労性，耐摩耗性，靱性等の優れ
た製品を安定して得ることができるところの、浸炭鍛造
素材として好適な高熱間延性を有する肌焼鋼を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を行った結果、次に示すような知
見を得ることができた。 (a) 機械構造用肌焼鋼においてMnが焼入性向上効果を
発揮することは知られているが、その他に熱間延性の改
善にも有効であり、取り分けＢとの複合添加によって鋼
の熱間延性は目立って向上する。 (b) 特に、MnとＢの含有量がＳ含有量との関係で下記
式を満たす如くに調整されていると熱間延性改善効果は
著しく顕著となり、浸炭鍛造時の熱間割れ発生率が極め
て少なくなる。［％Mn］＋10×［％Ｂ］≧ 6×［％Ｓ］（以降、成分割合を表す％は重量％とする） (c) しかも、Ｃ，Si，Cr，Ｎの調整に加えて適量のTi
添加を行うと、非常に優れた靱性の確保が可能となり、
浸炭鍛造法で製造された製品の信頼性は一段と向上す
る。

【０００８】本発明は、上記知見事項等に基づいてなさ
れたものであり、「肌焼鋼を、Ｃ：0.10〜0.30％， Si：0.05〜0.50
％， Mn：0.45〜2.00％，Cr：0.05〜0.80％，
Ｓ： 0.100％以下， Mo：0.50％以下，Ｂ：0.0005
〜0.0050％， Ti：0.01〜0.10％，Ｎ：0.0100％以下
を含有すると共に残部Fe及び不可避的不純物から成り、
かつ［％Mn］＋10×［％Ｂ］≧ 6×［％Ｓ］を満足する如き構成とすることによって、優れた熱間延
性と靱性を付与せしめた点」に大きな特徴を有してい
る。

【０００９】

【作用】次に、本発明において肌焼鋼の成分組成を前記
の如くに限定した理由を各成分の作用と共に説明する。 a) ＣＣは鋼の静的強度を確保するために必要な成分である
が、その含有量が0.10％未満であると機械構造用鋼とし
て必要な静的強度を確保することができず、一方0.30％
を超えて含有させると靱性に悪影響が及ぶようになる。
従って、Ｃ含有量は0.10〜0.30％と定めた。

【００１０】b) Si Siは、鋼の焼入性を向上させて静的強度を上昇させる作
用のほか、高温での表面酸化を抑制する作用を有してい
るが、その含有量が0.05％未満では高温での耐表面酸化
性が劣化すると共に、必要な静的強度を確保できなくな
り、一方、0.50％を超えて含有させると靱性劣化を招く
ようになる。従って、Si含有量は0.05〜0.50％と定め
た。

【００１１】c) Mn Mnは、鋼の焼入性向上作用に加えて熱間延性を改善する
重要な作用を発揮する成分である。特に、Ｂと複合で添
加し、かつ［％Mn］＋10×［％Ｂ］≧ 6×［％Ｓ］なる条件を満たすように含有させた場合には鋼の熱間延
性が著しく向上する。しかし、Mn含有量が0.45％未満で
は焼入性向上効果が不充分となり、一方、2.00％を超え
て含有させるとMn偏析を起こして熱間延性が低下するこ
とから、Mn含有量は0.45〜2.00％と定めた。

【００１２】d) ＳＳは鋼の被削性向上に重要な元素であり、任意に積極添
加することができる。但し、 0.100％を超えて含有させ
ると鋼の熱間延性が著しく低下することから、Ｓ含有量
は 0.100％以下と定めた。

【００１３】e) Cr Crは鋼の焼入性向上に有用な成分であると同時に、浸炭
時にＣと結合して複合炭化物を形成し、耐摩耗性向上に
大きく寄与する成分でもある。しかし、その含有量が0.
05％未満では、十分な焼入性を確保できなくなって硬度
低下を来たし、一方、0.80％を超えて含有させると靱性
の低下を招く。従って、Cr含有量は0.05〜0.80％と定め
た。

【００１４】f) Mo Moも鋼の焼入性向上に有用であるほか、焼戻時にMo炭化
物を形成し焼戻軟化抵抗を高めて面圧疲労強度に係わる
耐ピッチング寿命の向上に寄与するので、必要に応じて
積極添加を行っても良いが、0.50％を超えて含有させて
もその効果は飽和し、また経済性を損なうことになる。
従って、Mo含有量の上限を0.50％と定めた。

【００１５】g) ＢＢはMnと協働して熱間延性を向上させるのに有効な元素
であり、またＮとＢＮを形成して被削性を向上させると
いう福次的作用も有している。しかし、Ｂ含有量が0.00
05％であったり、Mn含有量と共に［％Mn］＋10×［％Ｂ］≧ 6×［％Ｓ］なる条件を満たさない場合には所望する熱間延性向上効
果を確保できなくなる。一方、0.0050％を超えてＢを含
有させても熱間延性の更なる向上効果が得られない上、
コスト面で不利となる。従って、Ｂ含有量は0.0005〜0.
0050％の範囲であって、かつ上記式を満足する値と定め
た。

【００１６】h) Ti 本発明に係る成分系の鋼においては、適量のTi添加は鋼
の靱性向上に著しい効果を発揮する。この靱性向上効果
は結晶粒径の微細化作用を通じてもたらされるものと考
えられる。しかし、その含有量が0.01％未満であると所
望の靱性向上効果を確保できず、一方、0.10％を超えて
Tiを含有させても靱性向上効果が飽和して経済性を損な
うようになることから、Ti含有量は0.01〜0.10％と定め
た。

【００１７】i) ＮＮは、ＢとＢＮを形成して鋼の被削性を向上させる成分
であるが、0.0100％を超えて含有させると靱性の低下を
招くことから、Ｎ含有量の上限を0.0100％と定めた。

【００１８】続いて、本発明の効果を実施例により具体
的に説明する。

【実施例】まず、真空溶解によって表１及び表２に示す
化学組成の鋼を各々１５０kgずつ溶製し、脱水素処理を
行って鋳造した後、１０００℃以上の温度下で直径が３
０mmの丸棒材に鍛造した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】そして、これらの丸棒材から「直径８mm×
長さ12mm」の熱間鍛造試験用試験片（丸棒状試験片）を
切り出し、熱間鍛造試験を行った。なお、熱間鍛造試験
は図１に示すヒ−トパタ−ンで実施した。即ち、試験片
を真空中において１２００℃で５分間加熱した後、圧縮
変形により７０％の変形を与え、この時の“割れ発生の
有無”を調査した。そして、熱間延性は、５個の試験片
中の割れが発生した試験片の個数により次の４段階に評
価した。熱間延性評価基準（熱間鍛造試験時に割れた個数で評
価） ×…試験片５個中、５個全てに割れ発生， △…試験片５個中、４〜３個に割れ発生， ○…試験片５個中、２〜１個に割れ発生， ◎…試験片５個中、割れ発生なし。この評価結果を表３に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】なお、“浸炭鍛造法”の素材には当然のこ
とながら機械構造用鋼として十分に満足できる強度と衝
撃特性も必要であり、実績からして「引張強さ：１００
０Ｎ/mm²以上」，「衝撃値：８０ J/cm²以上」を満足す
ることが望まれる。それ故、上記熱間鍛造試験とは別
に、前記各丸棒材を９２５℃に３０分加熱した後水焼入
し、更に１８０℃で１時間の焼戻を行った材料から、Ｊ
ＩＳ４号引張試験片とＪＩＳ３号シャルピ−試験片を切
り出し、引張強さ及び衝撃値を調査した。この結果も前
記表３に併せて示す。

【００２４】表３に示される結果からも、本発明に係る
鋼は、機械構造用鋼として十分に優れた強度と靱性を有
すると共に、優れた熱間延性を示し、浸炭処理直後に熱
間鍛造が行われる“浸炭鍛造法”の素材として満足でき
る特性を備えていることが分かる。

【００２５】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、浸炭鍛造法への適用が可能な熱間延性が良好で、強
度，靱性にも優れた肌焼鋼を提供することができるな
ど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で行った熱間鍛造試験のヒ−トパタ−ン
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宇野光男福岡県北九州市小倉北区許斐町１番地住友金属工業株式会社小倉製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量割合にてＣ：0.10〜0.30％， S
i：0.05〜0.50％， Mn：0.45〜2.00％，Cr：0.05〜
0.80％，Ｓ： 0.100％以下， Mo：0.50％以下，
Ｂ：0.0005〜0.0050％， Ti：0.01〜0.10％，Ｎ：0.
0100％以下を含有すると共に残部Fe及び不可避的不純物
から成り、かつ［％Mn］＋10×［％Ｂ］≧ 6×［％Ｓ］を満足することを特徴とする肌焼鋼。