JPS5871358A - 軟窒化用鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１晩量化用綱、丑に、納４化処理を打なったと
きに吠化床さが大でろって、衆（８）部から芯部への硬
さ勾配の檄やかな鋏化曲、−が涛られ、かつ浴接ａお↓
ひ冷１ｉ１　／Ｊｌｌ工注の凌れた軟窒化用−に関する
。

枢菫化処坤ｖｉ、ＡＨ変慇点以Ｆ１−叡に５７０℃ｅ４
度のｉＭ＋良で、例えばシアン禾化せ１勿の工薩府、Ｒ
Ｘガス（吸熱型置注カス）またばＮＸカス（発熱−変性
ガス）寺により仮処連物を処理して、４累と共に一部の
炭水を鋼中に浸入さぜ、次ｔｖｊＩ部ケ硬化させる衣（
粗硬化法のｌ徨でめる。

この方法は反欠−跣入法の如く級処理４勿に１ｋを主じ
させることうぶなく１、また°窒化法の９日＜艮時間を
櫟することもないので、域鍼部品尋の量産に適した方法
でめるり為、これに］１４する一部としての軟窒化用鋼
の四元は木だ十分でなく、短詩＋ｄｉの軟窒化処理で所
４（／Ｊ４注が侍られるものａこれまでみられなかった
。

丙えば、匠米、軟窒化用鋼としては、ＪＩＳＳＣＭ４８
５（（Ｌ８５Ｃ−α７５６１ｎ−ＬＩＣｒ−０２ＭＯ）
９ＳＡＣＭ６４５（α４５Ｃ−α４　Ｓ　ｉ　−Ｌ５Ｃ
ｒ−ｕ２Ｎｉｏ　）が多く便用されているが、Ｓ　ＣＭ
　４８５　ｍ　（１）％　＊　。

転置化処理後の有効硬化医さく値小ビッカースにさ　Ｈ
Ｖ＝５００　に対応する表面からの距＠）虻ユたかだか
（１１０■程鍵でめシ、表面ばさく衣囲ド２５μｍでの
微小ビッカース硬さ）も）（ｖ６５０以上にはならない
ため、耐＃柱性、疲労５ｉ１にの点で一足のゆくもので
はなかった。盪た、このような欠点を改良して窒化特吐
會同−ヒさせるＡｌおよびＣｒを子−に冷加したＳＡＣ
＾１６４５の場百に、ま、軟窒化処理によって表面硬さ
ｔ−１ｉ（ｖ　８００〜１１００と非常に藺くなるが、
有効依１＆Ｓ繍さは藺々４１１５■程紋と小さいため、
表面部から芯部への硬さ勾配が急確になりすぎる。その
ため、＃１１ｉＬ荷のドで運転される歯車やベアリング
などでは、表面ば化部と芯部の曳界付近からの剥離規板
が起き・やすく、耐ピツチング性わるいは耐スポーリン
グ註が男っていた。

゛また、Ｌ述のように、軟窒化鋼ｒまＳｉ　言、ｈ吐が
比較釣部く、したがってｄ砿注或いは冷１−加工性の点
で必ずしも満足のゆくものではなかった。

かくして、本発明の目的は、疲労強健、耐摩耗性にすぐ
れていると共に、耐ピツチング性、耐スポーリング狂に
もすぐれた軟奮化用−を提供することでるる。

さらに、本発明の別の目的は、浴虜注、冷間加工性が教
書された軟・４化用Ｓｔ提供することである。

不発明番らは、通にの軟窒化処理末件下で、衣ＬｉＤ−
さを）ＩＶ６５０以上、有幼唆化深さを０２Ｗ以上とす
ることによって疲労ｆｌｕおよび耐摩耗性は着しく教書
され、一方、同時に表面硬さをＨｖ７６０以下に制限す
ると共に芯部硬さを大きくすることによって、表面部か
ら芯部への硬さ勾配を暖やかにすることができ、耐ピツ
チング性および耐スポーリング注が着しく教書されると
の知見を得た。

このような知見に基き不発明番らがさらに研究を続けた
ところ、Ｈｖ６５０〜７６０　０表ＬｊＤＩＩ！！さを
侍るためにＣｒおよびＡｔの暉７ＪＯｉｌｌを調艶する
と共に、表面からの硬さ勾配を緩やかにするために、ま
ず第一に硬化深さを大きくするのに臂幼なＶを添加し、
Ｖとの共存幼果によって芯部の暖さ同上に有効な鋼中Ｎ
のｔを特定し、同時に、硬化深さをさらに大きくするた
めに凌戻−簀元本としＣす５ｉＣＤｆｄを制限すること
によって、本発明の１叔の目的が達成されること？を見
出して本ｓ’３Ａを尼成した。

なお、本発明においては、８１破を促未のものに比べて
大１鵬に制限することができるため、本発明−の俗砿注
および冷間如、［注は飛−的に同Ｅする。

ここに本発明は、 Ｃ：ｕ１５〜０５０％、　　Ｓｉ：（１１０％以下。

Ｍｎ：α６０〜Ｌ８０５％、Ｃｒ：（４７０％を越え、
１５０％以下。

Ｖ二００５〜α６０％、ｓｏｌ、Ａｔ：（１０２〜（１
１０％。

Ｎ：α００６〜α０２０％。

さらに心安により、Ｓ二００４〜ｕ　１８％　、Ｐ　ｂ
　：ｕＯｄ〜α８６％およびｃａ：ｔｔｏｏｔｏ　〜α
０１００％　のりちのｌ橿よたａ２撞以上を含南し、Ｉ
Ａ都Ｆｅと不ｏＪ歳的不Ｎ匈からなる、転置化処理後の
硬化深さが大なる軟ｊ化用−である。

本発明に係る−の組成をｔ述の帷ｄ内に限定し九理由に
ついて次に述べる。

Ｃ：Ｃは強直確保のための基本成分であり、芯部預鍵確
保のためには岐は（１１５％必賛である。

しかし、α５０％を越えると芯部の延性、靭性が低下し
、切目り注、冷［ｄ１加工注、浴接性が低下すると共に
、軟【化部の表面硬き、硬化深さの減少も着しくなる。

したがって、本発明におけるＣｔ／７ｉ下限をα１５％
、上限をα５０％とした。

３ｉ：Ｓｉはａ冨脱鍍剤として添加されるが、浸炭ｔｐ
ｎ吉する元素であるため、浸炭と４化が同時に進行する
軟−化においてもＳｉが少ない＋＝ど吠化秀注は向上し
、よ多大きな硬化深さが得られる。また％Ｓ１は溶接性
、＃！襞熱影１１１ｔ部の靭性、冷間加工性に対しても
有沓な元系でる）、荷に０１０％以上になると急激にこ
れらの特性が劣化し始める。そのため、本発明では８１
菫の上限會（１１０％とした。Ｓｉは説教および強菱唯
抹のため一般に比較的多臘に添加さｎるが、本発明にお
いてｒユＳｉが浸炭阻害元素であること、及び上記の浴
檄注、浴接熱影曽都の靭性、冷間卯工注の６化を考癒し
て、（１１０冬以下という重置に制限［また。芯部ｇＩ
度はむしろ佼述するＶおよびＮ暉装置を時定することに
よる析出硬化によって４保する。

Ｍｎ：Ｍｎは製鋼時の脱酸剤として不ｏＪ’欠であると
共に、芯部の強度・靭性の同）：１Ｃも、Ｉ＝Ｊ幼でり
低 って、軟窒化処理品の性吐確澤のために岐、ｄ（ｉ６０
名をゴ必賢である。しかし、Ｌ８０％を越えると切削性
が者しく低下し始めるので、ド唄ｔ”　（１６０＞ｏ、
上限全Ｌ８０％とした。

Ｃｒ：Ｃｒｄ軟窒化による陵人Ｎと結合して六団破さを
蘭め、且つ硬化深さ音大さくする闇め−Ｃ月゛幼な元糸
である。その幼果を十分に発ｊｌぜしめるには０７０冬
を越える＠ｌ＊’）Ｃｒ＠が必女である・シ五、Ｌ５０
％を越えると通イの妃窒化鷺理采汗ドでＪ）軟窒化恢に
表闇吠さがｉ（ｖ？５０以上になるだの、上限金１．５
０％とした。

ｖ：■は軟窒化による没入Ｎ＆よび侵入Ｃと結合して嶺
細なバナジウム炭窒化物ｔｍ出することによシ、表面硬
さＰよび表面呆ざを同上させる。

物に％　　ＶＦｉＣｒに比して、表面硬さの上昇の割付
が小さいのに対して硬化床さの同上の割付は極めて大き
く、且つ析田波化により−Ｃ芯部硬さが増大するため１
硬化床さが床く、衣向かり芯部への硬健勾配が緩やかな
硬化曲＃を得乞のに非常に有効な元素である。

その効果を十分に発博せしめるには少なくとも００５％
必要であるが、０５０％を越えるとその効果が＠邊０す
るρ・むしろ低トし始めるので、′Ｆ限を（１０５％、
上１奴を０５０％とした。

ｓｏｌ、Ａｔ：Ａｔ４Ｃｒと同様に侵入Ｎと結付して表
面硬さ′ｌｔＩｗＩｌめるが、硬化床さ向辷にはあまり
７ｆ：′効でｒｔない。狩にＶとの嶺合趨カロでσ、α
１０％以上のＡｔを冷加すると硬化床さけむしろ低下す
る。しかし衣■硬さに対しては倣皺添加でも有効であり
、Ｈｖ　Ｇ　６０以上を確保するには少なくとも００２
％必要であるので、下限を（１０２％、上−を（１１０
名とした。

Ｎ　：　Ｎｒよ結晶粒健を倣細化させ、それにより芯部
の靭性を同上せしめると共に、■との共仔ドにおいてＶ
との化合物を生成することにより析出硬化を生じ、芯部
硬さの同上ももたらす。このような析出硬化を生じさせ
るためには少なくとも０００６％は必要でめる。しかし
、００２０％を越えると、過剰蓄の汝化物が生成するた
め離間加工性および芯部の靭性が急鐵に劣化するので、
本発明において壷まＮ菫の下磯會４１００６あ、上！衣
を（１０２０％とした。

Ｓ、Ｐｂ、Ｃａ　　：これらの成分は、軟室１Ｌ鵡畦前
に切削倉施すｊｉｉｉ６ｆｌｔ−の切削性向上に有効で
ある。Ｖ窒化処理前に深穴開孔、東切削、尚速切印」な
どが施されるＪｕｔには、切削１牛が費求される凝甘い
ｖｃ応じて、これらの元素のｌ橿又＃ｊ２情以トを百南
させることができる。こｎらの槙分ニハ化待ｔ９Ｅｔ（
’一対しては影＊を及は延ない。

燐遺用−の切削性を尚めるりに必要紋型１衣り立さ加菫
ハ、Ｓ：Ｑ０４馬、ｉ’ｂ：１０８％、ｃａ：ｕ００１
０鴻である。またＳはα１８Ｖ１．）’ｂは（［６んを
越えると＊ｉ−靭性の低下が甚しくなシ、一方、Ｃａｒ
ｉ浴製ヒ１１Ｇ１００％以上麟カロするのは困難でめる
ので、Ｓについては下限’ｔＱＯ４％、上限をα１８％
、Ｐｂについては下限を（１０８％、上限を０８６名、
Ｃａについては下限を０００１０％。

上限を住０１００％とした。

なお軟量化処理の前熱処理として焼ならしまたは焼入れ
焼戻しが施される場せが多いが、工程省略の一点から、
圧延ままあるいは鍛造ままで軟壕化処理が施される場合
もある。この場合、軟堵化処虐後の表面ぼさおよび硬化
深さは焼ならし材とほとんど同号であり、焼入れ焼戻し
材よりむしろ唆れるが、芯部硬さは焼ならし材よりも低
くなる。

時に次式で示される炭木当＊　Ｃｅｑがα５５未満にな
ると、Ｈｖ２００に達せず、＾負荷下で便用されるｌ１
ＩｊＩＬ１継手部品などには適用し−くなる。

Ｃｅｑ　＝Ｃ＋＋Ｓｉ　　＋−ｆＭｎ　＋−）ｃｒ　＋
、ｖしたがって、圧延ままめるいは砿造箇まの鋼に対し
て軟窒化処理をぬす場合には、Ｃｅｑは０６６以とに制
限することが望ましい。

仄に本発明ｆ：実施別によってさらに説明する。

実施例 ａｇ１表に示す組成を有する鋼を−製し、１−ｇ５０℃
に加熱後、熱間鍛造によシ＠径８０ｍの九悸とした鍛造
筐ま材、これに９５０℃で１時間の廃ならしを施した焼
ならし材および９６０℃で１時間の加熱狡油焼入れをし
ｆＣ，恢６００℃で１時、ｉｊの焼べしを施した焼入れ
・焼戻し材の８ｍ畑の熱処理材をそれぞれ準備した。

これらの綱から機械加工により、直径１２■Ｘ日 長さ２２ｍの一筒状試練片を作成し、゛ｆノモニγガス
＋ＲＸ’ガス（１：１）の混ぜガス中において６７０℃
で４時間ガス状４化処理を施した。

軟窒化処理後、表面俊さく）ｌｖ）　、舊幼硬化深さく
■）および芯部硬さく表面から１ｍの地点でのビッカー
ス便さＨｖ）を測定し、その鮎宋を第１表に併せて示す
。

第１表に示す＃１４ｉｌｌ・にｌ〜厄１２ｒｉ本発明に
諭るおよび８０１．Ａ／、のざ有電の点で本＠明の軛咄
外である比較用の綱でめり、＠ａ４ｉ１５および拓１６
はそれぞれＪＩＳ−８ＣＭ４８５およびＪＩＳ−８ＡＣ
Ｍ６４６に相当する梃米−でるる。またｓ４橿亮１７お
よびｇｌ　８ｒｉ従米から一般に使用されている成造ま
まで＠健が０１！床できるいわゆる非調質鋼である。

本発明−はい−ｆれも表面硬さがｄｖ６６０〜７５０の
範囲内にあり、またＭ幼ま化深さも１２ｍ以上になって
いる。−万、比較−の−＋４効硬化陳さｅまいす７１も
（Ｌ１６ｍμＦと小さく、また表面硬さをみてもＪｉｌ
ｌ櫨１５１８以外は鋼撞嶌１５．［１７，厖１８のよう
に）ｉ　ｖ　６２１以Ｆと低すさる〃・、めるいは鋼憤
１６１４．　　に１６のようにＨｖ８２９以上と基端に
＾くなっている。

次に、本例で侍７′ｃ吠屓化処理材（前熱処理：焼なら
し）の代六−について表面からの距離に対する硬さを測
定し、蒙化曲線を作成した。その結果を第１図に示す。

比較鋼である＃１４ｉｌＩに１８および≦１４のばさり
配に比較して、本発明鋼の硬さ勾配はかなり緩１０され
ていることがわかる。

また、ｗＩ遺まま材の軟窒化処理後の芯部快さに着目す
ると、本発明鋼のうち炭素白首Ｃｅｑが０５５以上であ
る。１１１櫨亮８〜％１２については丁ぺて１（ｖ２０
０以上となりているのに対し、　Ｃｅｑが０５６未満の
鋼種、ぢｌおよび７％２についてｒｉｉ（ｖ１８６シよ
び１（ｖ１９１と低くなっている。したがって、非調質
で軟−化処理を弛して尚貞向粂畔下で便用する場合には
、Ｃｅｑを１５５以上にすることにより、芯部硬さＨｖ
２０Ｇ以上を確保して便用するのが癲ましい。

便用例 実施間において得られた幀電化処虐綱に対し・耐ピツチ
ング性・耐スポーリング性を１’Ｆｌｄするｋ。

めの試−を行なった。

すなわち、編１図に示した本発明鋼、・に８ｓｓ−よび
朧６と比較−４１８およびに１４について、軟命日 化処理を施した一間伏拭一片倉それぞれ２４１園卓儒し
、円部＃１転鯛伎労寿命試験を行った。こｒｔに日 刺向状拭績片を一足応力で＃１球に接触させかつ、−転
させることによって試験片表面に剥−が生ずるまでの時
間めるいＦｉ総負荷回数を測定し、疲労寿命を評価する
試験である。本試験でＦｉ最大ヘルツ接触応力を４００
４．−に設定した。

各鋼橋について、２４＠の試験片の剥離発生までＯ１１
負荷回ａをワイプルプロットしたのが第８図であるが、
本発＠鋼は比較鋼に比べて剥離発生までの回数が大幅に
増加している仁とがわかる。

すなわち、転動疲労寿命、換言すれば耐ピツチング性・
耐スポーリング性が優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明鋼および比較鋼の硬化曲線を示すグ２７
である。 第２図は本発明鋼および比較鋼の転勤疲労寿命を示すワ
イブル線図である。 底７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｔ）　　　Ｃ：　Ｑ　１５〜０５０％、　　　Ｓｉ：
   （１１０ん以トＭｎ：０６０〜１８０％、Ｃｒ：（１７
   ０’４ｋｇえ、１５０り、。 Ｖ二００５〜（Ｌ５０％、　　　　以ド。 ｓｏｌ、Ａｔ：ＱＯ２〜（１１０％。 Ｎ：ＱＯ０６〜００２０％。 ？ｊｉ都Ｆｅと不ｃｉ］’避的不純吻からなる獣堅化用
   綱。 （２）　　Ｃ：Ｑ１５〜（１５０％、　　ｓｉ：（１１
   ０＞、）以下。 Ｍｎ　：（１６０−１８０％、Ｃｒ：（１７０％を越え
   、Ｌ５０　＞。 Ｖ：α０５〜α５０％、　　　Ｊメ上。 ｓｏｌ　、ＡＩ　：　Ｑ　０２〜＋１１０　％６−Ｎ：
   ０００６〜００２０′１０゜ ’＝ａ　らｉ’ｃｓ：Ｑ０４〜（１１８９６，Ｐｂ：（
   １０８〜（１８５＞。 およびＣａ：α００１０〜（１０１００％のうちの１憧
   または２ｍ以上を言飼し、浅部ｐ　ｅと小町遊回不純物
   からなる軟窒化用鋼◇