JPS59133320A - 強度および耐摩耗性の優れた鋼部材の製造方法 - 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、デファレンシャルピニオンシャフトあるいは
ピストンピン等として使用されるシャフト部材の製造方
法に関するものである。

この種のシャフト部材には、表面の耐摩耗、耐焼付性と
曲げ強度（例えば芯部硬度Ｈｖ　、２　ｊ　Ｏ〜ＪｊＯ
）とが要求されるところから、従来法のような処理を施
したものが用いられていた。

０）肌焼用合金鋼（例えばクロム鋼、クロムモリブデン
鋼等）の浸炭焼入処理。

（ロ）前記（イ）の処理後、クロムメッキあるいはニッ
クルーリンメッキ処理。

（／ウ　　機械構造用合金鋼（例えば機械構造用炭素鋼
、クロム鋼等）の焼入れ焼戻し後、部分モリブデン溶射
処理。

ところが上記（イ）の場合、この種のシャフト部材とし
て使用する場合、表面の耐摩耗性、耐焼付性に余裕がな
く、上記（ロ）およびＧ／９の場合、表面の耐摩耗性、
耐焼付性は良好となるが、コストアップとなるという難
点がちった。

一方、クロムメッキやモリブデン溶射に近い耐摩耗性、
耐焼付性を得る低コストの処理方法として、軟窒化処理
が知られているが、ところが、該軟窒化処理は３７０−
！；１０℃という温度下において行なわれるため、従来
のような焼入れによって芯部硬度を得る方法では、軟窒
化処理によって焼戻し効果を受けることとなり、芯部硬
度が低下するという問題がちった。

本発明は、上記問題点に鑑み、バナジウムを添加された
鋼素材（所謂非調質鋼）が熱間圧延後の冷却速度を適当
に選ぶことによって、芯部硬度が高まるとともに、所定
量のバナジウムを添加することによって軟窒化処理温度
において焼戻し効果を受けないことおよび軟窒化特性が
良好であることに着目して、強度および耐摩耗性の優れ
たシャフト部材を低コストで製造することを目的とする
ものである。

本発明方法は、重量比で炭素ａ３ｊ〜ａ夕Ｏ％と、硅素
００７３〜０．３３％と、マンガンＯ１夕Ｏ〜／、　３
０％°と、ハナジｆｙ　ム（１０Ａ；−０，２０％と、
窒素ａＯＯ乙〜ＱＯ２％とを基本成分とし、その他必要
に応じてクロム、アルミニウム、硫黄、鉛のうち７種又
は２種を少量含み、残部鉄とからなる鋼素材を１０００
〜ｉ、：ｚｓｏ℃に加熱した後、熱間圧延を行ない、圧
延後７００℃から夕ＯＯ℃までを冷却速度１０〜ｂ 却し、その後機械加工し、軟窒化処理を行なうことを特
徴としている。

以下、本発明方法を鋼素材の含有化学成分および各工程
の処理条件について詳述する０（１）含有化学成分の含
有理由および条件ｅＬ）炭素ニ一般に知られているよう
に強度確保のための基本成分でアシ、基地の硬さに影響
するパーライト量を左右する。０．３３％以下では強度
が不足し、０．５　ｏ％以上では靭性が低下するＯ ｂ）硅素：鉄と固溶して鋼の強度を増大させる。

０７５％以下では効果が不十分であシ、０３５％以上で
は被削性が劣化する。

Ｃ）マンｙｙン：鋼の強度と靭性を増大させる。

強度向上に対して靭性を低下させずに炭素の効果を補な
う。ａｊＯ％以下では強度が不足し、／、　ｊ　０％以
上では熱間圧延後の冷却過程中、組織にベイナイトを生
じ、被削性が劣化する。

ｔＬ）　　ハｆ　シウム：（イ）ｉｏｏｏ℃以上の温度
で鉄と固溶し、その後の冷却過程中に炭窒化物となって
フェライト中に析出し、鋼を強化する。（ロ）軟窒化処
理した際、侵入する窒素および炭素と結合して微細なバ
ナジウムの炭窒化物を析出せしめ、表面下の窒素拡散硬
化層のかたさと深さを増大させる。上記（イ）、（ロ）
に対して、０．０３％以下では効果が不十分であシ、０
．２０％以上では効果が飽和し、経済性を損なう。（ハ
）軟窒化時の加熱Ｃ，３−７０−！；１０℃）に対する
母材の軟化抵抗を高めるが、００１％以上で効果がちシ
、００５％以下では効果が不十分である。参考のため第
１図に、バナジウム添加鋼（マンガン／、０％、クロム
ａ２％、硅素０．／１．％、窒素０．０／％、残部鉄）
のバナジウム添加量（本社％）と圧延（加熱温度／／Ｄ
Ｏ℃、冷却速度ＳＯ〜７０で７分）後のかたさとの関係
を炭素ｆｔｋ変えて描いたグラフを示す。

ｅ）　クロム：軟窒化処理した際の窒素拡散硬化層のか
たさと深さを増大させる。但し、／、０％以上になると
、鋼の焼入性が著しく高くな多熱間圧延後の冷却速度の
ばらつきによるかたさの変動が太きくなシ、又、組織中
にベイナイトを析出して被削性を劣化させるため、好ま
しくない。

Ｊ）　　アルミニウム：軟窒化処理した際の窒素拡散硬
化層のかたさを高くする。０．７０％以上になると、硬
化深さを低下させるため、好ましくない。

！１）窒素：結晶粒を微細化することを通じて、靭性を
向上させる。又、バナジウムとの結合によシ、析出硬化
を生ぜしめる。従って芯部かださの向上に有効である。

但し、αＯｏ乙％以下では芯部かたさの向上に効果がな
く　ａＯ，Ｚ％以上になると被削性が著しく低下するの
で好ましくない。

ｈ）硫黄：被剛性向上に有効であ夛、熱間圧延後の冷却
過程中２よび軟窒化時の硬化性には影響がない。但し、
α／夕％以上になると強度。

靭性を著しく阻害する。

ｉ）鉛：前記硫黄と同様の効果がある。但し、α３ｊ％
以上になると強度、靭性を著しく阻害するため、好まし
くない。

（２）熱間圧延温度条件 加熱温度７０００℃以下ではバナジウムがマトリックス
中に完全固溶しないため不可。１２３０℃以上では結晶
粒が粗大化する。

（８）圧延後の冷却速度 ７０℃／分以下では、バナジウム炭窒化物が凝集して析
出し、強度向上効果が乏しい。１００ｖ分以上では、組
織中にベイナイトを生じ、被削性が低下する。従って、
芯部かださを向上させるために必要なバナジウム炭窒化
物を微細に析出させるためには、１０〜／ＤＯ℃／分の
範囲内が望ましい。

（４）軟窒化処理条件 ａ）温度二ｊ夕０−６３０℃ ｂ）時間：ａｓ−ｇ時間 Ｃ）雰囲気：　ＲＸ　：　ＮＥ［、＝／　：　／ｄ）　
　軟窒化後の冷却：水冷、油冷、空冷のいずれでもよい
が、冷却速度は速い方が窒素拡散硬化層の硬さが高くな
るため、疲労強度で有利であシ、一方、寸法変形の点で
は、遅い冷却速度の方が好ましい。よって、部品の要求
特性に応じて、適当な冷却速度を選定すればよい。

本発明方法によれば、バナジウムを含む鋼素材を熱間圧
延−後に軟窒化処理を施すことによって、芯部かださを
低下させることなく、表面の耐摩耗性、耐焼付性を十分
に確保できることとなシ、クロムメッキやモリブデン溶
射に比べて低コストの軟窒化処理で、従来の浸炭焼入れ
材よシ優れた耐摩耗表面を有するシャフト部材を製造す
ることができるのである。

なお、第２図には、焼入れ、焼戻しした従来例九本発明
の鋼索材（圧延のまま）である／くナジウム添加鋼（組
成：炭素α≠５％、硅素ａ２ｊ％、マンガン／、Ｏ％、
バナジウムＱ、／％、クロムＯ，ＳＳ％、アルミニウム
ａＯ３％、窒素αＯ／％、残部と圧延後のかたさとの関
係を示すグラフ、第２図は、焼入れ、焼戻しした炭素ｍ
（点線図示）と比較したバナジウム添加鋼（実線図示）
の加熱によるかたさの変化を示したグラフ、第３図は熱
間圧延後ガス軟窒化した試料／、２の断面かたさ分布を
示すグラフ、第弘図は試料／、２の耐摩耗試験結果を従
来例と共に示したグラフである。

ＯＯ／　’０．２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量比で、炭素ａ３夕〜ａ夕θ％と、硅素０、／３
   −Ｑ３！；％と、マ＞Ｎ＞Ｑ３ＯＮ／、３；０％と、バ
   ナジウムα０！；−０，２０％と、窒素ｏ、ｏｏ乙〜Ｑ
   Ｏ２％と、残部鉄とからなる組成を有する鋼素材な１ｏ
   ｏｏ〜／２ｊＯ℃に加熱した後、熱間圧延を行ない、−
   圧延後７００’Ｃがらｓｏｏ’ｃまでを冷却速度１０〜
   １０Ｏ℃／分の範囲で調枝冷却し、その後機械加工し、
   軟窒化処理を行なうことｆｔ４１８＋−微とする強度お
   よび耐摩耗性の優れたシャフト部材の製造方法。