JPS5933190B2 - 低炭素ボロン鋼の熱処理方法 - Google Patents
低炭素ボロン鋼の熱処理方法Info
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- JPS5933190B2 JPS5933190B2 JP55171766A JP17176680A JPS5933190B2 JP S5933190 B2 JPS5933190 B2 JP S5933190B2 JP 55171766 A JP55171766 A JP 55171766A JP 17176680 A JP17176680 A JP 17176680A JP S5933190 B2 JPS5933190 B2 JP S5933190B2
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- Japan
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- boron steel
- carbon
- steel
- bolt
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/02—Hardening by precipitation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、低炭素ボロン鋼を素材とする部品の無酸化焼
入れ、焼もどしに関するものである。
入れ、焼もどしに関するものである。
鋼を素材とする部品の無酸化焼入れ、焼もどし処理は、
従来素材炭素量と雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを
一致させて行なつている。しかしながら、低炭素ボロン
鋼をこのように処理すると、表面硬さが内部硬さに比較
して低下してしまうという欠点があつた。これは焼入れ
加熱中に鋼中のボロンＢが雰囲気ガス中の微量の酸素に
より酸化５ されるために部品表面部のＢ濃度が低下し
、その結果表面より深さ０．１〜０．２ｍｗＬ程度の表
面部の焼入性が低下するためである。この表面硬さの低
下は部品の疲労強度を低下させるため、常に疲労強度が
問題とされる部品例えば自動車部品に低炭素１０ボロン
鋼を用いることは問題があつた。現在、低炭素ボロン鋼
は主に、疲労強度がほとんど問題とならない建築用高強
度ボルト素材として広く用いられている。しかして、こ
の建築用ボルトの場合には、要求１５特性として重視さ
れるのが耐遅れ破壊強度であること、また一方製造上熱
処理工程で水焼入れを採用しており発生水蒸気により炉
内のカーボンポテンシャルが低下するために脱炭が不可
避であることもあつて、市販されている建築用ボルトに
はか２０なりの脱炭が認められている。
従来素材炭素量と雰囲気ガスのカーボンポテンシャルを
一致させて行なつている。しかしながら、低炭素ボロン
鋼をこのように処理すると、表面硬さが内部硬さに比較
して低下してしまうという欠点があつた。これは焼入れ
加熱中に鋼中のボロンＢが雰囲気ガス中の微量の酸素に
より酸化５ されるために部品表面部のＢ濃度が低下し
、その結果表面より深さ０．１〜０．２ｍｗＬ程度の表
面部の焼入性が低下するためである。この表面硬さの低
下は部品の疲労強度を低下させるため、常に疲労強度が
問題とされる部品例えば自動車部品に低炭素１０ボロン
鋼を用いることは問題があつた。現在、低炭素ボロン鋼
は主に、疲労強度がほとんど問題とならない建築用高強
度ボルト素材として広く用いられている。しかして、こ
の建築用ボルトの場合には、要求１５特性として重視さ
れるのが耐遅れ破壊強度であること、また一方製造上熱
処理工程で水焼入れを採用しており発生水蒸気により炉
内のカーボンポテンシャルが低下するために脱炭が不可
避であることもあつて、市販されている建築用ボルトに
はか２０なりの脱炭が認められている。
したがつて、脱炭の程度に比較して軽微な脱ボロンによ
つて生ずる表面硬さの低下は、従来問題とされなかつた
。しかしながら、自動車部品のように不規則で高い外部
応力の加わる部品では、常に疲労強度が問２５題となる
ため、素材段階および熱処理工程を通じて、脱炭は厳し
く管理されている。また、この自動車部品用素材として
従来の鋼に代えて、主に経済的理由から低炭素ボロン鋼
を使用する場合には、脱ボロンによる表面硬さ低下の問
題も無視するこ３０とはできず、これを解決する必要が
あつた。このように、疲労強度の点からは脱ボロンによ
る表面硬さ低下を補う必要があるが、また一方で高強度
ボルト等のように平均応力下で使用される部品の場合に
は、自動車部品においても建築用ボ３５ルトと同様に遅
れ破壊強度が問題となることから、表面硬さを低くする
ことが望ましい。この二つの相反した特性を満足させる
ために、内部硬さと表面硬さを一致させる必要があつた
。本発明は、低炭素ボロン鋼を素材とする部品の焼入れ
、焼もどし後の内部硬さと表面硬さを一致させることに
より、部品強度を確保することを目的とし、低炭素ボロ
ン鋼の自動車部品用高強度ボルト表材としての使用を計
つた低炭素ボロン鋼の熱処理方法を提供するものである
。
つて生ずる表面硬さの低下は、従来問題とされなかつた
。しかしながら、自動車部品のように不規則で高い外部
応力の加わる部品では、常に疲労強度が問２５題となる
ため、素材段階および熱処理工程を通じて、脱炭は厳し
く管理されている。また、この自動車部品用素材として
従来の鋼に代えて、主に経済的理由から低炭素ボロン鋼
を使用する場合には、脱ボロンによる表面硬さ低下の問
題も無視するこ３０とはできず、これを解決する必要が
あつた。このように、疲労強度の点からは脱ボロンによ
る表面硬さ低下を補う必要があるが、また一方で高強度
ボルト等のように平均応力下で使用される部品の場合に
は、自動車部品においても建築用ボ３５ルトと同様に遅
れ破壊強度が問題となることから、表面硬さを低くする
ことが望ましい。この二つの相反した特性を満足させる
ために、内部硬さと表面硬さを一致させる必要があつた
。本発明は、低炭素ボロン鋼を素材とする部品の焼入れ
、焼もどし後の内部硬さと表面硬さを一致させることに
より、部品強度を確保することを目的とし、低炭素ボロ
ン鋼の自動車部品用高強度ボルト表材としての使用を計
つた低炭素ボロン鋼の熱処理方法を提供するものである
。
本発明による低炭素ボロン鋼の熱処理方法は、ＣＯ．ｌ
５〜０．３５％Ｊ晶０．６０〜１．３０瓢ＣｒＯ．５Ｏ
％以下、ＴｌＯ．Ｏ４％以下、ＡｌＯ．Ｏ４％以下、Ｂ
５ｐｐ［ｎ以上、残冷下ｅおよび不可避的不純物からな
る低炭素ボロン鋼を素材とする部品を、保護雰囲気中で
焼入れする際に、雰囲気ガスのカーボンポテンシヤンを
素材炭素量より０．０４〜０．２５高く設定し、部品表
面に微浸炭させることにより、脱ボロンによる表面部の
焼入性低下を補い、処理後の部品の表面硬さと内部硬さ
を一致させることを特徴とする。
５〜０．３５％Ｊ晶０．６０〜１．３０瓢ＣｒＯ．５Ｏ
％以下、ＴｌＯ．Ｏ４％以下、ＡｌＯ．Ｏ４％以下、Ｂ
５ｐｐ［ｎ以上、残冷下ｅおよび不可避的不純物からな
る低炭素ボロン鋼を素材とする部品を、保護雰囲気中で
焼入れする際に、雰囲気ガスのカーボンポテンシヤンを
素材炭素量より０．０４〜０．２５高く設定し、部品表
面に微浸炭させることにより、脱ボロンによる表面部の
焼入性低下を補い、処理後の部品の表面硬さと内部硬さ
を一致させることを特徴とする。
本発明において、低炭素ボロン鋼の成分範囲および雰囲
気ガスのカーボンポテンシヤルの設定範囲を上記のよう
に限定した理由は、次の通りであ ２る。脱ボロンによ
る表面硬さ低下を防止し、表面硬さと内部硬さを一致さ
せるために必要な雰囲気ガスのカーボンポテンシヤルは
、素材の化学成分や焼入れ冷却速度によつて異なる。
気ガスのカーボンポテンシヤルの設定範囲を上記のよう
に限定した理由は、次の通りであ ２る。脱ボロンによ
る表面硬さ低下を防止し、表面硬さと内部硬さを一致さ
せるために必要な雰囲気ガスのカーボンポテンシヤルは
、素材の化学成分や焼入れ冷却速度によつて異なる。
しかして、本発 ２明の場合、雰囲気ガスを厳密に制御
する必要のあることから、油焼入れを前提とした。この
前提のもとに、本発明者等が素材の化学成分の影響につ
いて調査した結果、ＣＯ．３５％以上、Ｍｎｌ３ＯＯｌ
）以上、ＣｒＯ．５Ｏ（ｆ）以上の含有量、またはＭＯ
やＮｉ等の焼人性向上元素の添加についての各条件が、
単独にもしくは組合わされて満足する場合には、部品の
表面部焼人性がこれらの元素によつて確保されるために
、脱ボロンによる表面硬さ低下が顕著に生じないことが
明らかとなつたため、成分量を各々上記量以下に限定し
た。また、Ｂ添加量の増加は、脱ボロンによる表面硬さ
低下を補う効果が認められないため、単に焼入性向上の
点から５ＰＦ以上とした。また、部品強度を確保するた
めに、成分下限値をＣＯ．ｌ５（ｆ）、ＭｎＯ．６Ｏ（
！）とした。さらに、ＴｉおよびＡｌについては、鋼中
の窒素や酸素を固定し、Ｂを鋼中に固溶させる役割を果
たす必要性と機械的強度、被削性の点を考慮し、各々０
．０４（ｆ）以下とした。次に、上記成分範囲の鋼につ
いて、二種類の径の丸棒テストピースを用いて雰囲気ガ
スの最適なカーボンポテンシヤル、すなわち焼入れ焼も
どし後の表面部（テストピース軸部表面に直接圧子を落
して測定する方法による）硬さ（Ｈｖ）と内音Ｖ！．ル
１）の硬さが一致する雰囲気ガスのカーボンポテンシヤ
ルＸと、このＸと素材の炭素量の差Ｙを調査し、その結
果を下記表１に示した。
する必要のあることから、油焼入れを前提とした。この
前提のもとに、本発明者等が素材の化学成分の影響につ
いて調査した結果、ＣＯ．３５％以上、Ｍｎｌ３ＯＯｌ
）以上、ＣｒＯ．５Ｏ（ｆ）以上の含有量、またはＭＯ
やＮｉ等の焼人性向上元素の添加についての各条件が、
単独にもしくは組合わされて満足する場合には、部品の
表面部焼人性がこれらの元素によつて確保されるために
、脱ボロンによる表面硬さ低下が顕著に生じないことが
明らかとなつたため、成分量を各々上記量以下に限定し
た。また、Ｂ添加量の増加は、脱ボロンによる表面硬さ
低下を補う効果が認められないため、単に焼入性向上の
点から５ＰＦ以上とした。また、部品強度を確保するた
めに、成分下限値をＣＯ．ｌ５（ｆ）、ＭｎＯ．６Ｏ（
！）とした。さらに、ＴｉおよびＡｌについては、鋼中
の窒素や酸素を固定し、Ｂを鋼中に固溶させる役割を果
たす必要性と機械的強度、被削性の点を考慮し、各々０
．０４（ｆ）以下とした。次に、上記成分範囲の鋼につ
いて、二種類の径の丸棒テストピースを用いて雰囲気ガ
スの最適なカーボンポテンシヤル、すなわち焼入れ焼も
どし後の表面部（テストピース軸部表面に直接圧子を落
して測定する方法による）硬さ（Ｈｖ）と内音Ｖ！．ル
１）の硬さが一致する雰囲気ガスのカーボンポテンシヤ
ルＸと、このＸと素材の炭素量の差Ｙを調査し、その結
果を下記表１に示した。
ここでカーボンポテンシヤルとは、各テストピースの表
面炭素量測定値である。なお、各テストピースは中心部
で９０（ｆ）以上のマルテンサイトとなつており、また
表に示してない鋼の成分は、各テストピースにおいてＴ
ｌＯ．Ｏ３（：ｆ）、ＡｌＯ，Ｏ３ＯＩ）、Ｆｅ残部で
ある。上記表１かられかるように、Ｙは＋０．０４〜０
．２５が最適であることから、この範囲に限定した。以
下、実施例に従つて本発明をより詳細に説明する。実施
例 １ Ｃ０．２３％、Ｍｎｌ，ｌＯ％、ＣｒＯ．ｌ２（ｆ）、
ＢＯ，ＯＯｌ５（ｆｌ）、ＴｌＯ．Ｏ３Ｏｌ）、ＡｌＯ
．Ｏ３Ｏｌ）、残部Ｆｅからなる低炭素ボロン鋼を用い
て、実際に吸び径１２ｍｍのボルトを製作し、Ｙが０．
０８となるような雰囲気ガス中にて、このボルトを焼入
れ、焼もどしした際の、ボルト軸部の表面近傍における
深さによる硬さの変化を調べ、その結果をグラフにして
第１図ａに示した。
面炭素量測定値である。なお、各テストピースは中心部
で９０（ｆ）以上のマルテンサイトとなつており、また
表に示してない鋼の成分は、各テストピースにおいてＴ
ｌＯ．Ｏ３（：ｆ）、ＡｌＯ，Ｏ３ＯＩ）、Ｆｅ残部で
ある。上記表１かられかるように、Ｙは＋０．０４〜０
．２５が最適であることから、この範囲に限定した。以
下、実施例に従つて本発明をより詳細に説明する。実施
例 １ Ｃ０．２３％、Ｍｎｌ，ｌＯ％、ＣｒＯ．ｌ２（ｆ）、
ＢＯ，ＯＯｌ５（ｆｌ）、ＴｌＯ．Ｏ３Ｏｌ）、ＡｌＯ
．Ｏ３Ｏｌ）、残部Ｆｅからなる低炭素ボロン鋼を用い
て、実際に吸び径１２ｍｍのボルトを製作し、Ｙが０．
０８となるような雰囲気ガス中にて、このボルトを焼入
れ、焼もどしした際の、ボルト軸部の表面近傍における
深さによる硬さの変化を調べ、その結果をグラフにして
第１図ａに示した。
また、このボルトの表面組織の写真（Ｘ４ＯＯ）・を第
２図に示した。比較例 １実施例１と同じボルトを、Ｙ
が零すなわちカーボンポテンシヤルと素材炭素量を一致
させた通常の雰囲気ガス中にて、焼入れ、焼もどしして
、同様に深さによる硬さの変化を調べ、この結呆も第１
図に示した。
２図に示した。比較例 １実施例１と同じボルトを、Ｙ
が零すなわちカーボンポテンシヤルと素材炭素量を一致
させた通常の雰囲気ガス中にて、焼入れ、焼もどしして
、同様に深さによる硬さの変化を調べ、この結呆も第１
図に示した。
またボルトの表面組織の写真（Ｘ４ＯＯ）を第３図に示
した。まず、第１図からは、実施例１で得られたボルト
ａが、ボルトの表面部、内部とにかかわらず、硬さが一
定値３５０Ｈを示し、比較例１で得られたボルトｂのよ
うな表面部における硬さの低下がないことがわかる。
した。まず、第１図からは、実施例１で得られたボルト
ａが、ボルトの表面部、内部とにかかわらず、硬さが一
定値３５０Ｈを示し、比較例１で得られたボルトｂのよ
うな表面部における硬さの低下がないことがわかる。
また、第２図と第３図を比較すれば明らかなように、各
ボルトＡ，ｂの表面部における鋼の組織が異なつており
、ボルトｂの内部の組織は、ボルトａと同様に期靭なソ
ルバイトであるが、表面部の組織は旧オーステナイト粒
界にフエライトが析出した不完全焼入れ組織となつてお
り、これが表面部の硬さを低下さぜているのである。
ボルトＡ，ｂの表面部における鋼の組織が異なつており
、ボルトｂの内部の組織は、ボルトａと同様に期靭なソ
ルバイトであるが、表面部の組織は旧オーステナイト粒
界にフエライトが析出した不完全焼入れ組織となつてお
り、これが表面部の硬さを低下さぜているのである。
実施例 ２
実施例１と同じボルトを、種々のカーボンポテン汁ルの
雰囲気ガス中にて、焼入れ、焼もどしして、一定深さの
表面部（直接圧子を落とし測定する方法による）におけ
る硬さの変化を調べ、この結果をグラフにして第４図に
示した。
雰囲気ガス中にて、焼入れ、焼もどしして、一定深さの
表面部（直接圧子を落とし測定する方法による）におけ
る硬さの変化を調べ、この結果をグラフにして第４図に
示した。
この図から、雰囲気ガスのカーボンポテンシヤルの上昇
にほぼ比例して、表面部の硬さも上昇することがわかる
。
にほぼ比例して、表面部の硬さも上昇することがわかる
。
また、各ボルトＡ，ｂについて、疲労耐久限度を調べた
ところ、その値は各々６．５ｋ９／Ｍｌｔｌ５。
ところ、その値は各々６．５ｋ９／Ｍｌｔｌ５。
８ｋｇ／Ｍｄであつた。
この結果から、本発明法によるボルトａの方が、従来法
によるボルトｂに比して疲労耐久限度の値が約１０％向
上している。以上の如く、本発明の熱処理方法によれば
、雰囲気ガスのカーボンポテンシヤルを素材炭素量より
高く設定することにより、低炭素ボロン鋼の脱ボロン現
象による表面部焼入性の低下を補うことができる。この
結果、従来低炭素ボロン鋼の使用に際し問題となつてい
た表面部硬さ低下を解決でき、部品疲労強度向上、打痕
防止の点で著しい改善を計ることができた。また、雰囲
気ガスのカーボンポテンシヤルを高く設定した場合には
、使用頻度の高い中炭素クロム鋼やクロムモリブデン鋼
などと実用上同一の雰囲気ガス中にて処理できるため、
これらの鋼を平行にして生産する際には、大変都合良い
等の利点を有する。
によるボルトｂに比して疲労耐久限度の値が約１０％向
上している。以上の如く、本発明の熱処理方法によれば
、雰囲気ガスのカーボンポテンシヤルを素材炭素量より
高く設定することにより、低炭素ボロン鋼の脱ボロン現
象による表面部焼入性の低下を補うことができる。この
結果、従来低炭素ボロン鋼の使用に際し問題となつてい
た表面部硬さ低下を解決でき、部品疲労強度向上、打痕
防止の点で著しい改善を計ることができた。また、雰囲
気ガスのカーボンポテンシヤルを高く設定した場合には
、使用頻度の高い中炭素クロム鋼やクロムモリブデン鋼
などと実用上同一の雰囲気ガス中にて処理できるため、
これらの鋼を平行にして生産する際には、大変都合良い
等の利点を有する。
第１図は、実施例１と比較例１で熱処理して得たボルト
Ａ，ｂの、表面からの距離（Ｍｍ）に対して硬さ（Ｈ）
の変化を示すグラフ、第２図は、ボルトａの軸部表面近
傍の鋼組織図、第３図は、ボルトｂの上記部分の鋼組織
図、第４図は、実施例２で得たボルトの、雰囲気ガスの
カーボンポテンシヤルに対する表面部（直接表面部に圧
子を落とし測定する方法による）の硬さ（Ｈｖ）の変化
を示すグラフ、を表わす。
Ａ，ｂの、表面からの距離（Ｍｍ）に対して硬さ（Ｈ）
の変化を示すグラフ、第２図は、ボルトａの軸部表面近
傍の鋼組織図、第３図は、ボルトｂの上記部分の鋼組織
図、第４図は、実施例２で得たボルトの、雰囲気ガスの
カーボンポテンシヤルに対する表面部（直接表面部に圧
子を落とし測定する方法による）の硬さ（Ｈｖ）の変化
を示すグラフ、を表わす。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量比で、 Ｃ：０．１５〜０．３５％ Ｍｎ：０．６０〜１．３０％ Ｃｒ：０．５０％以下 Ｔｉ：０．０４％以下 Ａｌ：０．０４％以下 Ｂ：５〜３０ｐｐｍ Ｆｅ：残部 の組成の低炭素ボロン鋼を素材とする部品を、保護雰囲
気中で焼入れするにあたり、雰囲気ガスのカーボンポテ
ンシャルを素材炭素量より０．０４〜０．２５高く設定
して、前記ガスを部品表面に微浸炭させることを特徴と
する低炭素ボロン鋼の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55171766A JPS5933190B2 (ja) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | 低炭素ボロン鋼の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55171766A JPS5933190B2 (ja) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | 低炭素ボロン鋼の熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5794516A JPS5794516A (en) | 1982-06-12 |
| JPS5933190B2 true JPS5933190B2 (ja) | 1984-08-14 |
Family
ID=15929274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55171766A Expired JPS5933190B2 (ja) | 1980-12-05 | 1980-12-05 | 低炭素ボロン鋼の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5933190B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR930010411B1 (ko) * | 1988-07-11 | 1993-10-23 | 니혼 세이코오 가부시끼가이샤 | 로울링 베어링(Rolling Bearing) |
| JPH0826447B2 (ja) * | 1989-07-06 | 1996-03-13 | 住友金属工業株式会社 | 曲げ疲労強度に優れた鋼製部品及びその製造法 |
| EP0682123A1 (en) * | 1994-04-25 | 1995-11-15 | Samsung Heavy Industry Co., Ltd | Method of manufacturing carburized steel products |
| JP3477030B2 (ja) * | 1997-06-12 | 2003-12-10 | ダイハツ工業株式会社 | 浸炭部材 |
| KR101382912B1 (ko) * | 2009-03-16 | 2014-04-08 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 켄칭성이 우수한 붕소 첨가 강판 및 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55104456A (en) * | 1979-02-01 | 1980-08-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Machine structural boron steel |
-
1980
- 1980-12-05 JP JP55171766A patent/JPS5933190B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55104456A (en) * | 1979-02-01 | 1980-08-09 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Machine structural boron steel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5794516A (en) | 1982-06-12 |
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