JPS58171558A - 機械部品用強靭窒化用鋼 - 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】 本発明鋼は、特定成分を有することにより、高い強靭性
を有し、かつ窒化処理中やそれに先立つ焼もどし時にお
こる靭性の低下（いわゆる焼もどし脆性）に対する高い
抵抗性を有する強靭窒化用鋼に関するものである。

焼入れを行なった鋼材を４５０〜６００Ｃ前後の温度範
囲に焼もどす場合、加熱中或は冷却中に、靭性０低下が
起こることは古くから知られており、燐もどし脆性と呼
ばれている。

蛾近、ＡＥＳ　（オージェ電子分光器）等の分析機器の
発達によりＰやＳなどの不純物元素の粒界への析出が焼
もどし脆性の原因となっていることが判ってきた。

電化処理は、一般に５００〜５８０ｃ前後の最も焼もど
し脆性の発生し易い温度領域において、数時間ないし、
長い場合には１００時間以上の長時間にわたって処理さ
れる。そこで窒化中におこる靭性の低下を防止するため
に、一般にＭＯの添加が行なわれている。例えば、ＪＩ
Ｓ’ｊｊｉ化鋼の８ＡＣＭ６４５では、Ｍｏ−０，１５
〜０．３０％が添加されている。しかし、とのＭｏの添
加によっても、窒化処理中に、コア部の靭性の低下が起
こることが確認されている。例えば日本金属学会編［新
制金属講座、新版材料編、鉄鋼曹」の３３３頁にも明記
されている〇 一般に、雪化処理は、耐摩耗性や疲労強度を向上させる
目的で施されることが多く窒化中におこる靭性の低下は
、これまで実用止金くといっていい糧問題にされなかっ
た。

しかしながら耐摩耗性や耐焼付性の上に耐くり返し衝撃
性の要求される機械部品に窒化処理ｆ：施して用いる場
合、専用の窒化用鋼では高い表面硬さによって耐摩耗性
や耐焼付性は得られるが、靭性が低いために、くり返し
衝撃により破損に到る。

雪化処理は、専用の窒化用銅以外に、クロム鋼やクロム
モリブデン鋼などの一般の強靭鋼に施こす場合も多い。

しかし、この場合には、窒化後の表面硬さが低いために
、耐摩耗性や耐焼付性が不足する。また、窒化中に起こ
る焼もどし脆性のために、予期した靭性が得られない場
合屯ある。

本発明鋼は以上のような耐摩耗性や耐焼付き性の上に〈
シ返し［ｒ撃性の要求される用途に適した材料として開
発した本のであり、その要旨とするところは、重量比で Ｃ：　　０．２５〜０．５０％ Ｓｔ：　　　０．５０Ｓ以下 Ｍｎ：　　　１．００−以下 Ｐ：　　　０．０２０チ以下 Ｓ：　　　０．０２０１以下 Ｎｉ：　　　１．５０〜２．５０チ以下Ｃｒ：　　　１
．５０〜２．５０％以下Ｍｏ：　　０．２０〜０．７（
１％ Ｖ　：　　０．０５〜０．２０Ｓ ｓｏ４Ａｔ：　　０．０１０〜０．１０　％０：　　　
０．００２０−以下 残部Ｆｅおよび不可避の不純物からなることをＳａとし
た、強靭性を有し、かつ窒化中におζる焼もとし脆性に
対する抵抗性の高い窒化用鋼である。

次に、本発明鋼の化学成分の限定理由について述べる。

ＣＦｉ、焼入性の向上、焼入焼もどし後の硬さおよび強
度を維持する上で、重要な役割を演する最も基本的な元
素である。Ｃが増加するにつれて、強度は上昇するが、
５０チを越えると飽和するようになり、一方靭性は低下
する。また、Ｃが多くなると窒化性をも阻害する。そこ
で上限を０．５０％とする。

一方Ｃは、少ない程、窒化時の窒素の侵入深さが深くな
るが、必要とする焼入性や強度が得られなくなるために
、下限を０．２５　％とする。

Ｓｔは脱酸剤として用いられ、また、焼入性の向上や、
フェライト地への固溶による強化に有効であるが、その
効果は余９大きくなり、多すぎる場合、靭性が低下し、
耐焼もどし脆性に対しても少ないほうが好ましい。また
、窒化性も阻害するため、上限をｏ、　ｓ　ｏ　ｓとす
る。

ＭｎはＳＳ　と同様、脱阪剤としても用いられるが、焼
入性を向上嘔せる効果が大きく、焼入焼もどし後の硬さ
、強度を向上させ、窒化性に対しても有効に作用するが
、多すぎる場合、切削性や熱間加工性を低下させる。ま
た焼もどし脆性に対しても少ない方が好ましい、従って
、上限を１．　ＯＯ＊とする。

Ｐ及びＳはともに靭性を著しく低下させ、また、粒界へ
偏析することにより、焼もとし脆性の原因となり、でき
るだけ少ない事が望ましい。

生殖性も考１’？ｌ　して０．０２０　％以下とする。

Ｎｉは、焼入性や靭性を向上させるために添加するが、
特に靭性の改善に有効でおる。しかし、多すぎた場合、
焼なまし硬さが高くなシ、加工性を著しく低下させる。

また、窒化性を阻害し、焼もどし脆性に対しても感受性
が増加する。

本発明鋼においてＮｉは、後述のｃｒ％Ｍｏ、ｖとの関
連において１６５０〜２．　ｓ　ｏ　％の範囲内におい
て、これらの特性のバランスした最良値が得られる。

Ｏｒは、焼入性および強度を向上させる効果が大きく、
また、窒化性に対しても大きな効果を有し、多い根室化
層の表面硬さと駿化深さを共に増大させる。しかし多く
なりすぎると、強固な窒化層を形成するようＫなるため
、窒素の侵入がさまたげられ、逆に硬化深さは低下する
ようになる。耐摩耗性や耐焼付性に必要な硬さとともに
深い硬化深さを得るには、Ｎｉおよび後述（ＤＭｏ、Ｖ
との関、運１ｃオイテ１．５０〜２．５０％Ｃ１範囲と
する。

Ｍ、は、焼入性や強度、靭性を向上させ、窒化性に対し
ても有効に作用する。特に焼もどし脆性に対しては、者
しい効果を有しているが、多すぎる場合、加工性が低下
し、０．７０％を越すと、逆に焼もとし脆性に対する抵
抗性が減するようになる。従って上限を０．７０１とす
る。また、０．２０１未満の添加では、焼もどし脆性の
抵抗が不十分である。そこで下限を０．２０％とする。

■は、焼もどし軟化抵抗性が大きく、焼入性および強度
や靭性を向上させ、窒化性も向上させる。ｉた、結晶粒
を微細化させる効果も６，６、この点からも靭性を向上
させる。

しかし、これらの効果を示すにはｏ、ｏｓｓ以上の添加
が必要であり、また、０．２０％以上になると、＠撃遷
移温度が上昇するようになる。

従って、上限を０．２０　％とし、下限を０．０５チと
する。

５ｏｊＡｔＦｉ、ｋＬＮとして析出することによ多結晶
粒を微細化し靭性を向上させる。また窒化鋼の基本元素
の一つであり、窒化層の表面硬さを著しく向上させるが
、コア部の靭性も低下させる。従って、靭性を重視する
本発明では、窒化層の表面硬さは、　Ｏｒ％ＭＯ１■の
他の元素で向上させ、Ａｔは結晶粒を微細化させるため
に添加する。０．０１０ｎ以下では焼入時の加熱によシ
、結晶粒が粗大化し易いため、下限を０．０１０チとす
る。まｆｔ、、０＋１０−以上では結晶粒は再び粗大化
し易い傾向となり、地鉄中の５ｏＬｋｌが増加するにつ
れ、靭性は低下するので、上限をｏ、　ｉ　ｏ　ｓとす
る。

Ｏは、一般に酸化物系の介在物として存在し、この酸化
物系介在物は応力集中源として作用するために、靭性や
疲労強度を低下させる。従って、０は低い程望ましいが
、現在、工業的レベルにおいて常時実現可能な上限は０
．００２０１程度でお夛、本発明鋼においては、０．０
０２０−以下であれば、十分その目的は達せられる。従
って００上限を０．００２０チとする。

本発明鋼は従来の窒化用鋼に比べて、一段と優れた強靭
性を有しており、また一般の強靭鋼に比べても、針部も
どし脆性に優れ、さらに、窒化処理によって高い表面硬
さと硬化深さの得られることを特徴としている。このよ
うに、高い強靭性を有するとともに、窒化処理中あるい
はそれに先だつ焼もどし時における靭性の低下に対する
高い抵抗性を４有した窒化用鋼は従来例をみないもので
おる。

本発明鋼の成分における特徴は、 （１）　　高い強靭性を持たせるために、Ｃ，Ｎｉ、　
Ｏｒ。

Ｍ、、Ｖ　　等の合金元素を適量添加し、靭性をそこな
うＡｔを微量添加にとどめた。

（２）針部もどし脆性を向上させるために％Ｐ％Ｓ等の
不純物元素を低減させるとともに、　Ｓｔ、Ｍｎ％Ｎｉ
、Ｃｒ　　量の適量制限およびＭＯ１■の有効添加をは
かった。

（３）窒化特性を向上させるためにＣｒ、Ｍｏ、Ｖの適
量添加した。

ことにより、これらの％徴を併せ持たせることに成功し
たものでおる。

次に本発明−の特性を実施例とともに説明する。

第１表に、本発明鋼と比較鋼の化学成分および５００　
ＣＸ２０　ｈｒ−＋５３０ＵＸ４０ｈｒめガス窒化処理
を施した場合の窒化層の表面硬さく表面より２５μの位
置の硬さ）および１（Ｖ−５５０での有効硬化深さ、貞
Ｓ特性および脆化特性のデーターも併せて示す。第１図
は上記の窒化条件によるー化層の硬さ分布を示したもの
である。図に見るとおりＳＡＣＭ　６４５は、Ａｔを含
有しているために、高い表面硬さが得られるものの、硬
さ分布の勾配が非常に急になっている。従って、良好な
耐摩耗性を示すが、繰返し衝撃荷重に対しては、窒化層
が剥離し易く、この剥離を起点として疲労破壊に至υ易
い傾向におる。一般の強靭鋼の場合、表面硬さは、高々
ＨＶ−６５０程度であり、ｔ＊硬化深さ本あまり深くな
い。これに対し、本発明鋼ではａｖ−ｇｏｏ前後の表面
硬さが得られており、また硬化深さが深く良好な窒化特
性を有していることがわかる。

次に硬さが１（ＲＣ３５になるように焼入焼もどしをし
た場合および脆化特性を調べるために、その後５００（
１’Ｘ１００ｈｒの等温脆化処理を行なった場合のシャ
ルピー衝撃試験（、Ｔｌ５３号試験片：２闘Ｕノツチ）
の結果を第２図に示す。

本供試鋼は、通常の焼入焼もどし状態においても、また
、等温脆化処理を受けた状態においても、高い衝撃値を
示し、強靭性ならびに針部もどし脆性に慶れていること
がわかる。

くに衝撃的な繰返し荷重のかかる機械部品への適応性を
調べるために行なった、窒化状暢（焼もどし条件は第２
図と同じ）で松材式繰返し衝撃疲労試験の結果を第２表
に示す。第２表には芯部の耐衝撃疲労特性を調べるため
に焼入焼もどしの１まで窒化を施さない場合の結果も併
せて示す。この結果からも、本発明鋼は、比較鋼に比べ
て、芯部だけについても、ま九、芯部と窒化層を含めた
全体での繰返し衝撃性にも優れていることが判る。

第２表　松材式衝撃試験結果 （打撃エネルギー：　３０に／−ｃｓ）以上に述べたと
おシ、本発明鋼は高い靭性と共に優れた針部もどし脆性
を併せ備え、更にその製造についても何ら特別の手段に
よることなく通常の製一方法により容易に製造し得るも
ので、各種の耐摩耗性を必要とする機械部材用として正
に適切であシ、当兼界に大いに貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋼と比較鋼の窒化層の硬さ分布を示す図
、第２図は本発明鋼と比較−を脆化処理したときの脆化
程度を比較して示した図でおる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量比で Ｃ：　　Ｏ４０〜０．５０’１ｌ ｓｔ：　　　ｏ、ｓｏ　　−以下 Ｍｎ　：　　　１．０　Ｇ　　−以下 ｐ：　　　ｏ、ｏｚｏ−以下 ８：　　　０．０２０９６以下 Ｎｉ：　　１．５０〜２．５０チ Ｃｒ：　　１．５０〜２．５０１ Ｍｏ：　　０．２０〜０．７０Ｓ Ｖ：　　０．０５〜０．２０チ ５ｏｔＡｔ：　０．０１０〜０．１０チ〇二　　０．０
   ０２０５６以下 残部ｒｅおよび不可避の不純物からなることを特徴とし
   た、強靭性を有し、かつ窒化中におこる焼もどし脆性に
   対する抵抗性の高い強靭窒化用鋼。