JPH0881738A - 高面圧疲労強度に優れた高周波焼入用鋼 - Google Patents

高面圧疲労強度に優れた高周波焼入用鋼

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JPH0881738A
JPH0881738A JP25261294A JP25261294A JPH0881738A JP H0881738 A JPH0881738 A JP H0881738A JP 25261294 A JP25261294 A JP 25261294A JP 25261294 A JP25261294 A JP 25261294A JP H0881738 A JPH0881738 A JP H0881738A
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JP
Japan
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steel
induction hardening
less
fatigue strength
temperature
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JP25261294A
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English (en)
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Tatsumi Urita
龍実 瓜田
Sadayuki Nakamura
貞行 中村
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高面圧疲労強度に優れた高周波焼入用鋼を提供
する。 【構成】合金元素の含有率が質量%で、C:0.40〜
0.80%、Si:3.0%以下、Mn:0.35〜
1.5%、Cr:0.10〜3.0%、V:0.05〜
0.50%であり、残部Feおよび不可避的不純物から
なる鋼を表面温度が950〜1150℃の温度範囲で高
周波加熱した後、加熱温度から200℃までの温度範囲
を50℃/s以上の速さで冷却することを特徴とする高
面圧疲労強度に優れた高周波焼入用鋼。さらにNi:
3.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:0.10%
以下、B:0.0005〜0.0050%、S :0.
20%以下、Te:0.20%以下、Ca:0.005
0%以下のうち1種または2種以上を含むことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性と面圧疲労強
度に優れた高周波焼入れして用いる鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで耐摩耗性と面圧疲労強度が要求
される転動体部品または転動部位には、SUJ2に代表
される軸受鋼やSCr420、SCM420などに代表
される浸炭鋼が用いられてきた。高周波焼入れに用いら
れる炭素鋼は、一般的に軸受け鋼や浸炭鋼に比べて転動
寿命が低く、耐摩耗性と面圧疲労強度が高いレベルで要
求される部品には不適当であった。
【0003】ところが、高周波焼入れした部位をそのま
ま軸受けとして用いる転動体部品が最近増加してきた。
また省エネルギー、インライン化のニーズにより従来は
浸炭焼入材により製造されていた部品が、高周波焼入に
て製造されるようになってきた。これにともない、耐摩
耗性と面圧疲労強度および被削性に優れる高周波焼入用
鋼の要求が増してきた。
【0004】高周波焼入用鋼の耐摩耗性と面圧疲労強度
を向上させるためには、高周波焼入後の表面硬さを高め
るC量を増加させるのが最も有効であるが、C量は鋼の
共析点である0.80%の添加が限界で、0.80%以
上添加してもむしろ表面硬さが低下し、強度向上の低下
を招く。またC量が高ければ素材状態における硬さを高
め、被削性を損なうなどの弊害をもたらす。またO含有
率の低減やSi、Crの添加なども検討されているが、
耐摩耗性と面圧疲労強度を大幅に向上するには至らなか
った。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情を背景としてなされたもので、本発明の目的とす
るところは、耐摩耗性と面圧疲労強度に優れる高周波焼
入用鋼を提供するところにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は種々の合金元
素について検討した結果、高周波焼入材の耐摩耗性と面
圧疲労強度を向上には、高周波焼入層部に過飽和に固溶
したVが極めて有効に作用することを見出した。この理
由は、過飽和に固溶したVが非常に大きな焼もどし軟化
抵抗性を示すことによる。高周波焼入がVの有効利用に
有利な点は、比較的短時間で高温加熱が可能であるため
オーステナイト結晶粒の粗大化を招くことなく、マトリ
ックス中へのVの固溶をほぼ完全にすることができる点
と加熱後、水または溶媒により急速に冷却されるため冷
却過程でのV炭窒化物の析出を抑制でき、Vをマトリッ
クス中に過飽和に固溶することができるためである。
【0007】さらに高周波焼入れの適正条件を検討した
結果、Vがほぼ完全固溶する表面温度は950℃〜11
50℃の温度範囲であり、加熱後の温度から200℃ま
での範囲を50℃/s以上の速さで冷却するとV炭窒化
物の析出を大部分抑制できることを発見した。
【0008】すなわち、本発明の耐摩耗性と面圧疲労強
度に優れた高周波焼入鋼は、合金元素の含有率が質量%
で、C :0.40〜0.80%、Mn:0.35〜
1.5%、Si:3.0%以下 Cr:0.10〜3.0%、V :0.05〜0.5%
であり、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を表
面温度が950〜1150℃の温度範囲で高周波加熱し
た後、加熱温度から200℃までの温度範囲を50℃/
s以上の速さで冷却することを特徴とする高面圧疲労強
度に優れた高周波焼入用鋼。
【0009】また、上記の合金元素に加えて、質量%
で、Ni:3.0%以下、Mo:1.0%以下、Nb:
0.10%以下 B :0.0005〜0.0050%のうち1種または
2種以上を含むことができる。
【0010】また、上記の合金元素に加えて、質量%
で、S :0.20%以下、Te:0.20%以下、C
a:0.0050%以下のうち1種または2種以上の被
削性向上元素を含むことができる。
【0011】以下に各合金成分の限定理由について説明
する。 C :0.40〜0.80% Cは高周波焼入後、 鋼の強度を保持するために必須の
元素であり、高周波焼入れ後の表面硬さを維持するため
に0.40%以上添加する必要がある。しかし、その含
有率が 0.80%の共析点を超えて添加するとむしろ
表面硬さが低下し、強度向上の劣化を招く。また初析セ
メンタイトが生成して靭性にを損なうばかりでなく、素
材状態における材料硬さを高め、被削性を損なうなどの
弊害をもたらすので、C含有率の上限を0.80%とす
る。
【0012】Si:3.0%以下 Siは、鋼に焼もどし軟化抵抗を与えるため添加する。
しかし、過剰に添加してもその効果が飽和するのみなら
ず、鍛造性および被削性を損なうなどの不都合をもたら
すので、Si含有率の上限を3.0%とする。
【0013】Mn:0.35〜1.5% Mnは鋼の熱間加工性を高め、焼入性を確保するために
0.35%以上添加する。しかし、過剰に添加すると素
材の被削性を損なうのでMnの含有率の上限を1.5%
とする。
【0014】Cr:0.10〜3.0% Crは鋼の焼入性を増し、軟化抵抗を高める元素なので
0.10%以上添加するが、過剰に添加してもその効果
は飽和し、いたずらにコストを高めるのみなので、含有
率の上限を3.0%とした。
【0015】V :0.05〜0.50% Vは本発明において重要な役割をもつ元素で、Vが高周
波加熱によりほぼ完全にオーステナイト中に固溶しかつ
急速冷却によりVがマトリックス中に過飽和に固溶する
場合、鋼の焼もどし軟化抵抗を著しく高める効果をも
つ。これらの効果を発揮するためには、V含有率0.0
5%以上を必要とする。しかし、過剰に添加してもその
効果は飽和するので上限を0.50%とする。またVの
効果を発揮させるための高周波焼入条件としては、被加
熱材の表面温度が950〜1150℃の温度範囲で高周
波加熱した後、加熱温度から200℃までを50℃/s
以上の速さで冷却することを必要とする。
【0016】Ni:3.0%以下 Mo:1.0%以下 Nb:0.10%以下 B :0.0005〜0.0050% Ni、MoおよびNbは、硬化層部の靭性を高め、硬化
層深さを深める元素なので、それぞれ3.0%以下、
1.0%以下および0.10%以下で単独に、または複
合添加してもよい。またBは素材での鋼の硬さの上昇を
招くことなく、硬化層深さを深める唯一の元素である。
B効果の最も安定する0.0005〜0.0050%の
範囲で単独に、または他元素と複合添加してもよい。
【0017】S :0.20%以下、Te:0.20%
以下、Ca:0.0050%以下 被削性を特に高めたい場合に添加する元素であって、
S、TeおよびCaをそれぞれ 0.20%以下、0.
20%以下および0.0050%以下の範囲で単独に、
または複合添加してもよい。ただしこれ以上添加すると
機械的性質が劣化するので上限を定めた。
【0018】表面の加熱温度が950〜1150℃の温
度範囲での高周波加熱および加熱温度から200℃まで
の温度範囲を50℃/s以上の速さで冷却する。高周波
焼入れにより表層部がマルテンサイト化して硬化するこ
とおよび表面に大きな圧縮残留応力が導入され面圧疲労
強度に優れた部品が得られる点は従来より利用されてき
た高周波焼入れの効果である。
【0019】この効果に加え、本発明においてはVの効
果を発揮させるために以下の点に留意する必要がある。
すなわちVの焼もどし軟化抵抗を高める効果を得るため
には、高周波加熱によりV炭窒化物をほぼ完全にオース
テナイト中に固溶させかつ急速冷却によりVがマトリッ
クス中に過飽和に固溶した状態を得る。そこでV炭窒化
物をほぼ完全固溶させるための加熱温度の下限値を95
0℃に定めた。またオーバーヒートの防止のため上限を
1150℃に定めた。また過飽和なVを増加させるため
に、冷却中にV炭窒化物の析出を極力少なくする必要が
ある。そのために、加熱温度から200℃までの温度範
囲を50℃/s以上の速さで冷却する必要がある。
【0020】
【実施例】表1に示す化学組成をもつ熱間圧延鋼材か
ら、試験部直径12.3mmのラジアル型転動疲労試験
片を削り出し、表2に示す条件で高周波焼入焼戻し処理
施した。また高周波焼入れの比較として、比較例4のみ
表2に示す条件で焼入焼戻し処理をした。処理後、表面
研削を行い試験部直径12mmの転動試験片を作製し
た。転動試験はラジアル型転動疲労試験により、SUJ
2製ボールを用いて面圧5880MPaにて試験を実施
した。試験結果を表3に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】表3から明らかなようにVを添加し、高周
波加熱により表面温度が950〜1150℃になり、そ
の後200℃までの温度範囲を50℃/s以上の速さで
冷却された本発明の実施例1〜12は転動疲労試験にお
ける累積破損確率10%(L10)が著しい向上を示し
ているのがわかる。
【0025】これに対して、実施例4よりVを除いた化
学成分を有する比較例1はL10寿命が低い。
【0026】比較例2〜5は実施例3と同じ成分材であ
るものの、比較例2は高周波加熱温度が920℃とクレ
ーム範囲より低い場合、比較例3は1200℃と高い場
合である。比較例2ではVの固溶が不十分なため、比較
例3ではオーバーヒートによる組織の粗大化によりL
10寿命が低い。
【0027】比較例4は高周波加熱であるものの油冷却
で冷却速度が遅い場合である。適正な冷却速度に比べV
炭窒化物の析出量が多いため、L10寿命が低い。
【0028】比較例5は、炉加熱による焼入焼戻し処理
材である。L10寿命が低くなるのは、V炭窒化物の固
溶が不完全となるためと疲労亀裂の発生と伝播を抑制す
る圧縮残留応力が焼入れ焼戻し材では小さいためと考え
られる。
【0029】比較例6は、従来より転動体部品に用いら
れてきたSCM420浸炭鋼の例である。L10寿命は
35×10であり実施例1〜12の発明鋼は同等もし
くはそれ以上の転動寿命をもつことがわかる。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、固有の合金元素の選択
と適正は高周波焼入れ条件の選択によって、高面圧疲労
強度に優れた高周波焼入用鋼を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/60

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】合金元素の含有率が質量%で、 C :0.40〜0.80%、 Si:3.0%以下 Mn:0.35〜1.5%、 Cr:0.10〜3.0%、 V :0.05〜0.50%であり、残部Feおよび不
    可避的不純物からなる鋼を表面温度が950〜1150
    ℃の温度範囲で高周波加熱した後、加熱温度から200
    ℃までの温度範囲を50℃/s以上の速さで冷却するこ
    とを特徴とする高面圧疲労強度に優れた高周波焼入用
    鋼。
  2. 【請求項2】請求項1の合金元素に加えて、質量%で、 Ni:3.0%以下、 Mo:1.0%以下、 Nb:0.10%以下 B :0.0005〜0.0050%のうち1種または
    2種以上の元素を添加した鋼を表面温度が950〜11
    50℃の温度範囲で高周波加熱した後、加熱温度から2
    00℃までの温度範囲を50℃/s以上の速さで冷却す
    ることを特徴とする高面圧疲労強度に例れた高周波焼入
    用鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の合金元素に加え
    て、質量%で、 S :0.20%以下、 Te:0.20%以下、 Ca:0.0050%以下のうち1種または2種以上の
    被削性向上元素を添加した鋼を表面温度が950〜11
    50℃の温度範囲で高周波加熱した後、加熱温度から2
    00℃までの温度範囲を50℃/s以上の速さで冷却す
    ることを特徴とする高面圧疲労強度に優れた高周波焼入
    用鋼。
JP25261294A 1994-09-12 1994-09-12 高面圧疲労強度に優れた高周波焼入用鋼 Pending JPH0881738A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2356635A (en) * 1999-11-05 2001-05-30 Fag Oem & Handel Ag Tyre or solid wheel for wheel sets on railway vehicles
US7691212B2 (en) 2003-03-04 2010-04-06 Komatsu Ltd. Rolling element and method of producing the same
WO2019114864A1 (de) * 2017-12-14 2019-06-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Hauptrotorlagerung oder getriebelagerung

Cited By (4)

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