JPS6024172B2 - 予備熱処理なしで窒化処理後に高い芯部硬度を有する窒化用鋼 - Google Patents

予備熱処理なしで窒化処理後に高い芯部硬度を有する窒化用鋼

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JPS6024172B2
JPS6024172B2 JP2758477A JP2758477A JPS6024172B2 JP S6024172 B2 JPS6024172 B2 JP S6024172B2 JP 2758477 A JP2758477 A JP 2758477A JP 2758477 A JP2758477 A JP 2758477A JP S6024172 B2 JPS6024172 B2 JP S6024172B2
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煕久 大熊
喜雄 入谷
謙一 藤井
幸男 片桐
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化用鋼に係るものであり、特にC量とV量、
およびC量とCr量の相関量ならびにSi量を適切にバ
ランスさせることによって、窒化処理後にかたい窒化層
と深い硬化層を生成し、しかも特別な熱処理による予備
処理を行なわなくとも窒化処理後において非常に高い芯
部硬度を保持させることに成功した窒化用鋼に関するも
のである。
一般に、鋼に耐摩耗性や耐疲労特性などを付与するため
には、特殊鋼を焼入れ競もどし処理したり、あるいは肌
暁鋼を浸炭焼入れ処理することが行なわれているが、こ
れらの熱処理は銅の変態点以上の高い温度に加熱した後
に焼入れ処理を施すために、加熱中にオーステナィト結
晶粒の粗大化や、焼入れ時の熱処理歪みの発生などが問
題となる。
これに対し、窒化処理は鋼の変態V点以下の比較的低い
温度で処理するために、オーステナイト結晶粒の粗大化
が熱処理歪みの発生もなく、しかも非常に高い表面硬度
が得られる特徴を有しているので、自動車部品、事務磯
部品などに数多〈使用されている。
従来、この窒化処理には、普通鋼、肌暁鍵、低合金鋼な
どの各種の材料が適用されているが、このうち、特に耐
摩耗性、強度および鋤性が要求される用途に対しては、
低合金鋼や窒化鋼にあらかじめ熱処理を施して強度およ
び鋤性に適した組織に調整したあとに窒化処理を行なう
のが通常であり、このため従釆の鋼では熱処理工程の増
加が余儀なくされており、また500〜600午○の温
度での窒化処理中に素材強度が低下するなどの問題があ
った。
したがって、かたい窒化層を有すると共に芯部硬度の高
い鋤性な室化処理成品を得ることは至難であった。本発
明は、かかる耐摩耗性、強度および靭性が要求される場
合の従来の窒化鋼の欠点を改善することを主目的として
なされたもので、C量とV量の相関量、およびC量とC
r量の相関量、およびSi量を適切にバランスさせるな
らば、窒化処理後に非常にかたい窒化層(Hv650以
上)と深い硬化層を生成し、特別な前処理を施さなくて
もよく、窒化処理中には析出硬化によって素材強度の軟
化を妨げて非常に高い芯部硬度を有する窒化用鋼が得ら
れることを知見したのである。
すなわち本発明による窒化用鋼は、重量%で、C:0.
4%禾満、Si;0.36〜1.50%、Mn;0.3
〜2.0%、Cr;0.71越え〜3.0%未満、AI
:0.30%以下、V;0.21越え〜1.0%未満、
残部;鉄および製造上の不可避的不純物からなり、窒化
処理前の素材硬さが焼入れ焼房処理なしでHv20碗越
え〜500禾満の範囲にあることを特徴とし、予備熱処
理なしで窒化処理後に高い芯部硬度を有するものである
。本発明鋼においてその母材強度はC量とV量とに関連
し、また窒化処理後の表面硬度はC量とCr量に関連す
る。
これらについての実験結果を参照しつつ各元素の添加範
囲を上記のように限定した理由を述べる。Cは母材強度
ならびに窒化処理後の表面硬度に影響する。
窒化後の表面硬度は、第1図に示すように、同一のCr
量で比較するとC量が増加すると低下する。第1図は、
下記の第1表に示すC量とCr量の異なる銅を、570
oC×3時間のタフトラィド処理(窒化処理)後、その
表面硬度(Hv;測定荷重は5k9)を測定したうえ、
この硬さに及ぼすC量とCd量の関係を知るべ〈同一硬
さの点をC量とCr量とで整理して結んだ線図である。
第 1 表 第1図の線図から明らかなように、0.71%Cr添加
材でHv650以上の表面硬度が得られるC量は0.4
%に対応している。
このため、本発明においてはC量の上限を0.4%未満
とする。Crは、窒素と結合して表面窒化層のかたさを
高めるので、拳化鋼においても最も重要な元素である。
このCr量は、第1図に示すように、同一C量で比較す
るとCr量の増加に連れて表面硬度は高くなる。0.4
%未満のC量においてHv650〜1000の表面硬度
が得られるCr量は0.71を越え3.0%未満である
から、Cr量はこの範囲に限定する。
本発明においては窒化処理後の表面硬度がHv650以
上となる窒化用鋼を得ることを一つの目標としており、
Cd量が0.71以下であってはC量との関係でこの目
標が達成できない。Vは、窒化処理中にバナジウム炭窒
化物を析出して素材強度の軟化を防止する。
第2図は、下記第2表のV量の異なる鋼を800〜85
0qoの温度で熱間圧延(圧延後の冷却速度は80oC
/min以下)し、その母材硬さを測定したうえ、その
結果を、第 2 表C量とV量との関係において、同一
硬さの点を結んで得た線図である。
Vによる析出硬化は鋼中のC量によって大幅に変化する
が、本発明においては、母材が浸炭処理品の母材強度(
芯部硬度)と同レベルのHv200を越え〜500未満
となることを一つの目標としており、C量が0.4%禾
満においてこのHv200を越え〜50氏未満の硬度が
得られるV量としては、第2図の結果から、0.21%
を越え〜1.0%未満であるから、本発明鋼のV量は0
.21%を越え〜1.0%未満とする。Siは、室化処
理後の母材の籾性を大幅に改善する。第3図は、下記第
3表のSi量の異なる鋼を窒化処理と同等の570oo
×4Hrの熱処理に供し、その母材衝撃値を測定した結
果を、Si量との関係で示したものである。第3図から
明らかなように、Si量が0.35%以下では衝撃値は
急激に低下する。このためSi量は0.36%以上とす
る。しかし1.50%を越えてSiを添加しても、その
効果は第3図からも明らかな如く小さいので、Si量の
範囲は0.36〜1.50%とした。第 3 表 Mnは脱酸剤として添加し、また競入性をも増す効果が
あるので、その範囲を0.3〜2.0%とする。
AそもCrと同機に窒素と結合して表面の窒化層の硬度
を高めるが、Aそ添加量が多くなると製品の砂癖、表面
癖が多くなり製品価値を減少させるので0.3%以下と
する。
以下に本発明鋼の実施例を挙げ、比較縦と対比させなが
ら本発明鋼の成分含有量の限定理由ならびに効果を具体
的に説明する。
実施例 1 本例で供試した銅の化学成分(重量%)を第4表に示す
第 4 表 第4表の試料番号A〜日の各鋼を、仕上温度800qo
以上、巻取温度500〜700ooの通常の圧延条件で
圧延し、この圧延後の熱延ままの素材かたさHv(測定
荷重5k9)を測定した。
各々の値を第4表中に表示した。このHv値から明らか
なように、本発明鋼B〜FはHv値が200を越え50
氏未満の範囲となり、Vが本発明範囲より低域の比較鋼
Aでは十分なるHv値が得られない。
すなわち、C量が低い場合には、Hv200以上の硬度
を得るにはV量は0.21%以上必要であることが明ら
かである。またC量が0.4%の場合はV量が1.0%
でHv500が得られ(G鋼)、従来の浸炭処理材の母
材強度のようにHv200を越え〜50氏モ満の値を得
ようとすれば、V量は0.21%を越え1.0%未満の
添加が必要であることを示している。次に、試料番号D
、EおよびFの銅について、1250qC×1仇hin
の溶体化処理を行い、冷却速度を変えた場合の硬度に及
ぼす影響を調べ、第4図の結果を得た。
第4図の結果から明らかな如く、12〜240oo/m
inの範囲の冷却速度で冷却すると、バナジウム炭化物
による析出硬化が得られる。本発明鞠の製造において、
窒化処理を考慮して(素材硬度の低下を考慮して)過時
効状態とならないように、24ぴ○/min以下の冷却
速度で冷却して製造する必要がある。第5図はこの冷却
条件を満足して製造した試料番号○、EおよびFの各鋼
を、通常の窒化処理温度の570qoに保持した場合の
、その保持時間と硬度との関係を調べたものである。
第5図の結果から明らかな如く、8時間以下の処理であ
れば、素材のかたさの低下は見られない。従って通常の
タフトライド処理(570qo×3時間)を行ったとし
ても本発明鍵は高い芯部硬度を保持することが明らかで
ある。実施例 2 本例で供試した鋼の化学成分(重量%)を第5表に示す
第 5 表 第5表の試料番号1〜Nの各鋼について、通常の圧延条
件で圧延後、窒化処理と同一の条件(57000×4H
r)で鱗鈍し、それぞれの衝撃値を調べて第6表の結果
を得た。
なお、第6表には製品加工を行ったあとで窒化処理を施
す場合も考慮して、冷間圧延によって15%、30%の
冷延を行ったあと、熱処理を施した場合の衝撃値も表示
した。ただし、衝撃試験は2肋Uノッチ衝撃試験片によ
り室温(2300)で行った。第6表の結果から、Si
の増量に従って衝撃値が大幅に向上し、本発明鋼の場合
には加工による衝撃値低下の煩向も軽微であり、強度お
よび級性にすぐれた窒化処理品が得られることが明らか
である。
例えばK鋼はJ鋼の約2倍の衝撃値を示し、Si量は第
3図の結果からも明らかなように、0.36%以上でな
ければ窒化処理後において十分な轍性が得られない。ま
た0.36%以上であれば、加工品であっても窒化処理
後において十分な級性を維持する。76 実施例 3 本例で供試した銅の化学成分(重量%)を第7表に示す
第7表の各鋼○〜Sを、通常の圧延条件で圧延後、57
0qo×細rのタフトラィド窒化処理を施した。
得られた窒化処理品の断面硬度分布を測定して第6図に
示す結果を得た。第6図の結果から明らかなように、C
r量の増加につれて表面硬度は高くなり、この現象自体
は従釆公知の事実のとおりであるが、Crが0.7%以
下の場合(比較鋼○およびP)では、本発明で目的とす
る表面かたさHv650以上を得ることができない。
従って、本発明鋼の場合においてCr量は0.71%を
越える量を必要とする。第 7 表
【図面の簡単な説明】
第1図は窒化処理(57000×細rのタフトラィド処
理)後における表面硬度Hv(測定荷重5k9)に及ぼ
すC量とCr量の関係を示す図、第2図は圧延(通常の
熱延)後における母材強度(母材硬度)に及ぼすC量と
V量の関係を示す図、第3図は570qo×4Hrの焼
鈍後の母村の級性に及ぼすSi量の影響を示す図、第4
図は鋼の製造過程における冷却速度がバナジウム炭化物
の析出硬化挙動に及ぼす影響を示す冷却速度と母材硬度
との関係図、第5図は窒化処理温度に保持したときの保
持時間と母材硬度との関係図、第6図はCr量の異なる
銅を窒化処理した場合の断面硬度分布を示す図である。 第1図第2図 第5図 第6図 図 寸 船 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量%で、C;0.4%未満、Si;0.36〜1
    .50%、Mn;0.3〜2.0%、Cr;0.71越
    え〜3.0%未満、Al;0.30%以下、V;0.2
    1越え〜1.0%未満、残部;鉄および製造上の不可避
    的不純物からなり、窒化処理前の素材硬さが焼入れ焼戻
    処理なしでHv200越え500未満の範囲にあること
    を特徴とする予備熱処理なしで窒化処理後に高い芯部硬
    度を有する窒化用鋼。
JP2758477A 1977-03-15 1977-03-15 予備熱処理なしで窒化処理後に高い芯部硬度を有する窒化用鋼 Expired JPS6024172B2 (ja)

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US4853049A (en) * 1984-02-13 1989-08-01 Caterpillar Inc. Nitriding grade alloy steel article
KR100222239B1 (ko) * 1995-07-12 1999-10-01 와다 아끼히로 성형성과 질화성이 우수한 질화용 강판 및 그의 프레스 성형체
CN109790591A (zh) * 2016-10-13 2019-05-21 卡特彼勒公司 一种用于机器履带链组件的氮化履带销

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