JPS6254064A

JPS6254064A - 高品質肌焼鋼の製造法

Info

Publication number: JPS6254064A
Application number: JP60193661A
Authority: JP
Inventors: Takao Oki; 大木　喬夫; Jun Eguchi; 江口　純
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1985-09-02
Filing date: 1985-09-02
Publication date: 1987-03-09
Also published as: DE3685816D1; DE3685816T2; JPH0579745B2; EP0236505A1; WO1987001396A1; EP0236505A4; US4802918A; DE3685816T4; EP0236505B1

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】（産業上の利用分野）本発明は自動車および産業用機械等に用いられる機械構
造用部品の疲労強度、耐久寿命、加工性に優れた肌焼鋼
及びその製造法に関するものである。

機械構造用部品に要求される特性として疲労強度、耐久
寿命、加工性があり、特に疲労強度は産業機械、産業用
車両などの性能の高度化により高負荷、高速度化が進む
につれてより重要視され、これらの特性をさらに向上さ
せ得る鋼の開発が植種なされている。

（従来技術）従来、゛疲労強度を向上させるためＮｉｓ　Ｍｏ等の合
金元素を適当量添加し素材自身の強度を向上させる方法
が採用され、また一部の用途においてＶＡＲｌＥＳＲ等
の特殊溶解法の採用によって凝固組織を制御するととも
に非金属介在物を低減させる方法が実施されている。

（解決しようとする問題点）しかし、前記の合金元素を単に添加する方法においては
前記用途に対して十分に満足し得る疲労′強度を得るも
のではなく、後者においては、コスト的に高いものとな
り、かつ大量生産には通さないなどの問題があった。

（問題点を解決するための手段）本発明はかかる従来鋼の欠点に鑑みてなしたもので、本
発明者等が種々の合金元素に対して疲労強度に及ぼす影
響について研究した結果、鋼の清浄性、即ち酸化物系介
在物及び硫化物系介在物が少量の存在でも疲労強度を大
幅に低下させ、さらにその他の不純物元素についても疲
労強度に悪影響を与えることを見出したものである。

本発明はこれらの知見をもとにｏｌを０．００１０％以
下と現在の真空脱ガス精錬法で得られる最低の０量とし
、かうＳ量を０．００９％以下と従来鋼に比べ大幅に低
減し、さらに不純物元素Ｐについても０．０１２％以下
と低下することによって鋼中に存在する非金属介在物量
を大幅に減少させ優れた疲労強度を得ることに成功した
ものである。

さらに本発明鋼は、不純物を大幅に低減したことによっ
て冷間加工性にも優れた鋼である。

そして、本発明においては低酸素、低硫黄、低Ｐの高清
浄度の鋼を溶製、するに原材料を厳選し、電気炉におい
て酸化精錬を施した溶鋼を取鍋中へ出鋼し、出鋼時もし
くは出鋼後に脱Ｐ処理を施し該溶鋼上の酸化スラグを真
空スラグクリーナーによって吸引し、ついで塩基度が３
以上の高塩基性スラグ（ＦｅＯ＋　ＭｎＯ≦０．５％の
還元性で、かつＣａＯ／ＳｉＯコ／　Ａ　Ｉ、０３＝　
０　、３〜０．４の説Ｓ能の優れたスラグ）を電気加熱
で造滓し、かつ浴温度の調整を行いつつ、ダブルポーラ
スレンガにより不活性ガスを吹き込み、溶鋼を強攪拌し
ながら還元精錬を行い、Ｓ　０．００９％以下、Ｏ０．
００２０％以下、かつ低Ｐ化を図り、ついで還流式真空
脱ガス装置によって処理時間の２／３を高還流し、残り
１／３を弱還流により真空脱ガス精錬を施し、０、Ｎ、
Ｈ量をより低減し、ついで常圧以上の還元性雰囲気下で
弱攪拌しながら還元精錬を施し、微細介在物を浮上、除
去し、さらに断気鋳造を行うことにより０量を０．００
１０％以下、Ｓ量を０．００９％以下、Ｐ量を０．０１
２％以下と従来鋼に比べて大幅に低下さ廿極めて非金属
介在物の少ない高清浄度の肌焼鋼が得られることを見出
したものである。

以下に本発明鋼について詳述する。

第１発明鋼は、重量比にしてＣ０．１０〜０．２５％、
Ｓｉ　０．３５％以下、Ｍｎ　１．５０％以下、Ｐ　０
．０１２％以下、Ｓ　０．００９％以下と、Ｃｒ　０．
２０〜！、５０％、Ｍ。

０．１０〜０．３５％、Ｎｉ　０．２０〜３．０％のう
ち１種ないし２　ｔＡｌ　０．０２０〜０．０４０％、
Ｏ０．００１０％以下、Ｎ　０．０１００〜０．０２０
０％を含有して、残部Ｆｅならびに不純物元素からなる
もので、第２発明鋼は第１発明鋼にＶ　０．０３〜０．
１０％、Ｎｂ　０．０３〜０．１０％のうち１種ないし
２種を含有させ、第１発明鋼の疲労強度をさらに向上さ
せたもので、第３発明は第１発明鋼を製造するに際し、
溶解炉より別容器中へ出鋼した溶鋼上のスラグを真空ス
ラグクリーナーによって吸引し、ついで塩基度が３以上
の高塩基性スラグの存在下で、かつ、常圧以上の不活性
雰囲気下で、電極加熱で浴温度の調整を行いつつ強攪拌
しながら還元精錬を行い、ついで還流式真空脱ガス装置
によって、処理時間の２／３を高還流し、１／３を弱還
流により真空脱ガス精錬を行い、さらに常圧の還元性雰
囲気下で弱攪拌しながら、還元精錬を行うことを特徴と
する高品質肌焼鋼の製造法である。

以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃは浸炭焼入により芯部硬さを確保するに必要な元素で
ある。歯車、シャフト等に要求される疲労強度を確保す
るための硬さＨ＋ｑＣ３０〜４５を得るためには、少な
くとも０．１０％以上添加する必要がある。

しかし、多量に添加しすきゞると切削性や浸炭後の耐衝
撃性が低下するため上限を０．２５％に限定した。

Ｓｉは脱酸効果、焼入性を向上させるに必要な元素であ
るが、０．３５％を越えて含有させると、切削性等の加
工性を低下させたり、浸炭時浸炭異常層の発生を助長し
やす（することから、その上限を０．３５％と限定した
。

Ｍ、ｎは溶鋼の脱酸、税硫作用、焼入性の向上に必要な
元素であるが、その含有量が１．５０％を越えると鋼の
加工性を劣化させるため、上限を１．５０％と限定した
。

Ｃｒは焼入性および焼入、焼もどし後の強度を向上させ
るために効果的で、浸炭部品に対しては、浸炭層の硬さ
および有効浸炭深さの向上に有効な元素であり、これら
の効果を得るには、０．２０％以上含有させる必要があ
り、下限を０．２０％とした。

しかし、その含有量が１．５０％を越えると浸炭時、過
剰浸炭気味になり弊害も生じるため上限を１．５０％と
限定した。

Ｎｉは焼入性および焼もどし後の靭性を向上させるため
効果的な元素である。本発明においては要求される焼入
性、強度に応じて０．２０％以上添加する。ただし、そ
の含有量が多くなると、浸炭時浸炭層の残留オーステナ
イトが過剰となって表面硬さを低下させる。また、Ｎｉ
は高価な元素であるから経済性の観点から上限を３．０
０％と限定した。

Ｍｏは焼入性および焼もどし後の強靭性を向上させるた
めに効果的で、浸炭部品に対しては浸炭層の硬さ、有効
浸炭深さを向上させる。本発明においては要求される焼
入性、強度、浸炭性に応じて適当量添加する。ただし、
期待される高強度を発揮させるＭｏの含有量として０．
１０％を下限とした。

Ｍｏの含有量が多くなると、浸炭層に炭化物が形成され
たり、残留オーステナイトが増加したり弊害も出るので
上限を０．３５％と限定した。

Ａｌは熔解時に税酸剤として、また溶鋼中において、Ｎ
と結合してＡｌＮを生成し、浸炭時の結晶粒粗大化を防
止し、結晶粒を調整する効果がある。

Ａｌ含有量が０．０２０％未満では、その効果が得られ
ず、０．０４０％を越えるとアルミナ系介在物が多量に
生成し、鋼の清浄性が損なわれたり、切削性が劣化する
ことから、その含有量を０．０２０〜０．０４０％と限
定した。

ＮはＡｌと結合してＡｌＮを生成し、浸炭時、結晶粒粗
大化を防止する効果がある。含有されるＡｌをすべてＡ
ｌＮにしようとした時、Ｎは０．ｏｔｏｏ％以上必要と
なり、その下限を０．０１００％とした。また、Ｎを０
．０２００％を越えて含有させると靭性が損なわれるの
で上限を０．０２００％とした。

０は歯車等の耐ピツチング性を劣化させたり、切削性等
の加工性に有害な酸化物系介在物を形成する元素であり
、その上限を０．００１０％と限定した。

Ｐは鋼の縞状偏析を形成しやすく、また結晶粒界に偏析
することにより鋼を脆化させる元素であるため、その上
限を０．０１２％と限定した。

Ｓは主として硫化物の形で存在する。切削性に有効な元
素であるが多量に存在すると、鋼に異方性を生じさせた
り、清浄性を損ない疲労強度にも悪影響を及ぼすので、
その上限を０．００９％と限定した。

浸）７）、＞、１．□Ｖ、Ｎｂは炭窒化物を生成し、ＡｌＮと同
様に浸炭時結晶粒の微細化に効果のある元素であり、そ
の効果を得るにはそれぞれ０．０３％以上の含有が必要
である。しかし、ＶＳＮｂとも０．１０％を越えて含有
させると鋼中Ｃと結合し焼入性を損なうことになり、ニ
ーを０．１０％とした。

（実施例）つぎに、本発明鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施
例でもって明らかにする。なお、本発明鋼は本発明に示
した製造法によって溶製したものである。

第１表はこれらの供試鋼の化学成分を示すものである。

凧下金り第１表においてＡ−に鋼は本発明鋼で、Ｌ、Ｍ鋼は比較
鋼、Ｎ−Ｑ鋼は従来鋼である。

第２表は第１表の供試鋼を素材として、６０φ×１０鰭
の試片を作製し、炭素ポテンシャル０．９０％、受炭温
度９３０℃Ｘ５１）ｒという浸炭処理条件で浸炭を施し
、ついで８５０℃で２０分保持し、油焼入し、−かる後
、１６０℃で９０℃境もどし処理を行い、転勤疲労強さ
、表面硬さ、内部硬さおよび有効浸炭奎さを示したもの
である。

転勤疲労強さについては、森弐転勤疲労試験機を使用し
て測定した。なお、有効浸炭深さについては硬さｆｌｙ
　５３１までの表面からの距離を示した。

納下争色第２表第２表より知られるように、従来鋼であるＮ〜Ｑ鋼は転
勤疲労強さについては、定格寿命（Ｂ＋ｏ）で０．９５
〜１．８３Ｘ１０　　、平均寿命（Ｂ加）で１．２３〜
２．６６Ｘ　１０　　であるのに対して、本発明鋼であ
るＡ〜に鋼は、０、Ｓ等の含有量を極力抑制することに
よって酸化物系介在物や硫化物系介在物量が減少し、定
格寿命（Ｂ１）１）で４．１０〜１０．５ＸＩＯ、平均
寿命（Ｂ　５０）で９．７〜２４．８Ｘ　１０　　と従
来鋼に比べて大幅に優れた転勤寿命強さを有するもので
あ（Ｂ＋ｏ）で２．１２．２．５８Ｘ１０　　、平均寿
命（Ｂ　５０）で２．７７．５．６３Ｘ　１０　　と従
来鋼に比べると若干向上してはいるが本発明鋼に比べる
と劣るものである。

阜下朱白また、第３表は第１表の供試鋼について、試験片を鋼材
の圧延方向から採取し９２０℃Ｘ　１）１ｒ→空冷とい
う焼ならしを施した後、温間鍛造性について示したもの
である。温間鍛造性については平行部が６φの引張り試
験片を作製して引張り温度７００℃、歪速度ε＝１０６
−ｔで引張り試験を行い絞り値を測定した。

第３表第３表より明らかなように従来鋼でＣｒｓ　Ｍｏを含有
するＮ、Ｐ鋼の絞り値が７４．７５（％）、比較鋼であ
るり、Ｍ鋼の絞り値が７９．７７（％）であるのに対し
て本発明鋼であるＡ−に鋼はいずれも絞り値が８４（％
）以上と高いものであり優れた温間鍛造性を有するもの
である。

第４表は第１表の供試鋼について、浸炭条件として浸炭
温度９３０℃Ｘ　６　ｆｉｒ、浸炭温度９５０℃×５１
）ｒ、浸炭温度９７０℃Ｘ４Ｈｒで浸炭を行い、前記条
件におけるオーステナイト結晶粒度を測定したものであ
る。

なお、圧延温度については、従来鋼であるＮ〜Ｑｉｌは
１０５０℃、本発明鋼であるＡ−に鋼および比較鋼であ
るり、Ｍ鋼は１２００℃で圧延を行った。

第４表より明らかなように従来鋼であるＮ〜Ｑ鋼や比較
鋼であるり、、Ｍ鋼が９５０．９７０゛Ｃという高温浸
炭により、結晶粒が粗大化したのに対して本発明鋼であ
るＡ　−Ｋ　９４は９５０．９７０°Ｃという高温で浸
炭を施しても結晶粒の粗大化はわずかであり、本発明鋼
は高温浸炭性についても優れているものである。

第５表は第１表の供試鋼を素材として、平滑部８％の試
験片を作製し、浸炭温度９３０°ＣＸ　３１）ｒ、さお
よび有効浸炭深さを示したものである。

疲労強度については、小野式回転曲げ試験機を用いて測
定した。なお、有効浸炭深さについては硬さ、Ｉｌｖ　
５３１までの表面からの距離を示した。

払下余白第５表第５表より知られるように、Ｎｉ５Ｃｒ、　Ｍｏのうち
あるのに対して、本発明鋼であるＡ、Ｂ鋼の耐久限は６
３．８．６６．２Ｘ　１０　　であり、従来鋼に比べて
大幅に優れた疲労強度を有す・るものである。

また、Ｃｒ、　Ｍｏを含有する本発明鋼であるＣ、　Ｄ
鋼の耐久限は従来鋼であるＰ鋼、また、Ｎｉ、　Ｃｒ、
Ｍｏを含有する本発明鋼であるＥ、Ｆ鋼の耐久限は（本
発明の効果）上述のように、本発明はＳ、０等の含有量を極力低下さ
せ、酸化物系介在物や硫化物系介在量を減少させ鋼の清
浄度を大幅に改善したことによって構造用鋼の疲労強度
、耐久寿命、温間鍛造性を大幅に向上させたものであり
、本発明は自動車、産業用機械等に適した高品質肌焼鋼
およびその製造法であり、高い実用性を有するものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比にしてＣ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．
３５％以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｐ０．０１２％以下
、Ｓ０．００９％以下と、Ｃｒ０．２０〜１．５０％、
Ｍｏ０．１０〜０．３５％、Ｎｉ０．２０〜３．０％の
うち１種ないし２種以上と、Ａｌ０．０２０〜０．０４
０％、Ｏ０．００１０％以下、Ｎ０．０１００〜０．０
２００％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からな
ることを特徴とする高品質肌焼鋼。
（２）重量比にしてＣ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．
３５％以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｐ０．０１２％以下
、Ｓ０．００９％以下と、Ｃｒ０．２０〜１．５０％、
Ｍｏ０．１０〜０．３５％、Ｎｉ０．２０〜３．０％の
うち１種ないし２種以上と、Ａｌ０．０２０〜０．０４
０％、Ｏ０．００１０％以下、Ｎ０．０１００〜０．０
２００％を含有して、さらにＶ０．０３〜０．１０％、
Ｎｂ０．０３〜０．１０％のうち１種ないし２種を含有
し、残部Ｆｅならびに不純物元素からなることを特徴と
する高品質肌焼鋼。
（３）重量比にしてＣ０．１０〜０．２５％、Ｓｉ０．
３５％以下、Ｍｎ１．５０％以下、Ｐ０．０１２％以下
、Ｓ０．００９％以下と、Ｃｒ０．２０〜１．５０％、
Ｍｏ０．１０〜０．３５％、Ｎｉ０．２０〜３．０％の
うち１種ないし２種以上と、Ａｌ０．０２０〜０．０４
０％、Ｏ０．００１０％以下、Ｎ０．０１００〜０．０
２００％を含有し、残部Ｆｅならびに不純物元素からな
る鋼を製造するに際し、溶解炉より別容器中へ出鋼した
溶鋼上のスラグを真空スラグクリーナによって吸引し、
ついで塩基度が３以上の高塩基性スラグの存在下で、か
つ常圧以上の不活性雰囲気下で、電極加熱で浴温度の調
整を行いつつ、強攪拌しながら還元精錬を行い、ついで
還流式真空脱ガス装置によって、処理時間の２／３を高
還流し、１／３を弱還流により真空脱ガス精錬を行い、
さらに常圧の還元性雰囲気下で弱攪拌しながら還元精錬
を行うことを特徴とする高品質肌焼鋼の製造法。