(57)【要約】【課題】従来の浸炭温度のまま材料側の硬化特性を向上させることで、浸炭時間を短縮し、それに伴い捻り強度を向上することを目的とした高捻り強度迅速浸炭用鋼を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行って素材とし、それを焼準−切削により部品に成形することができる高捻り強度の迅速浸炭用鋼。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行って素材とし、それを焼準−切削により部品に成形することを特徴とする高捻り強度の迅速浸炭用鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．００１〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行って素材とし、それを焼準−切削により部品に成形することを特徴とする高捻り強度の迅速浸炭用鋼。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、熱間圧延を行って素材とし、それを１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間鍛造−焼準−機械加工により部品に成形することを特徴とする高捻り強度の迅速浸炭用鋼。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．００１〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、熱間圧延を行って素材とし、それを１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間鍛造−焼準−機械加工により部品に成形することを特徴とする高捻り強度の迅速浸炭用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材より浸炭時間を短縮でき、さらに高捻り強度を有するシャフト用などの部品の迅速浸炭用鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部品製造のコスト低減には浸炭時間の短縮は極めて有効な手段である。迅速浸炭化へのアプローチには特開平１−２１２７４８号公報や特開平１−２３４５５３号公報や特開平１０−１２１１２８号公報のように高温浸炭等、熱処理変更によるものの方法がある。しかし、高温浸炭を実施する場合、結晶粒の粗大化防止のため、素材にＴｉ、Ｎｂ等の添加が必要となり、素材コストが向上する問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来の浸炭温度のまま材料側の硬化特性を向上させることで、浸炭時間を短縮し、それに伴い捻り強度を向上することを目的とした高捻り強度迅速浸炭用鋼を提供することである。
【０００４】
硬化特性の向上はＣ量の向上で行い、すなわち従来材のＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０Ｈ、ＳＣＭ４２０ＨからＣ量を特定の範囲に限定することで向上させ、さらにＮｉレスにすることで、ＳＮＣＭ２２０Ｈに対しては素材コストダウン、ＳＣＭ４２０Ｈに対しては、Ｔｉ、Ｎｂの添加に比較して若干の素材コストアップに押さえ、さらに従来より短い浸炭時間で、かつ従来材より高い捻り強度が得られる高捻り強度の迅速浸炭用鋼を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行って素材とし、それを焼準−切削によりシャフトなどに成形し、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材の浸炭時間より短い時間の浸炭が可能でかつ高捻り強度が得られる迅速浸炭用鋼である。
【０００６】
請求項２の発明では、質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．００１〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延を行って素材とし、それを焼準−切削によりシャフトなどに成形し、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材の浸炭時間より短い時間の浸炭が可能でかつ高捻り強度が得られる迅速浸炭用鋼である。
【０００７】
請求項３の発明では、質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼で、熱間圧延を行って素材とし、それを１１５０〜１２５０℃に加熱後熱間鍛造−焼準−機械加工によりシャフなどに成形後、ＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材の浸炭時間より短い時間の浸炭が可能でかつ高捻り強度が得られる迅速浸炭用鋼である。
【０００８】
請求項４の発明では、質量％で、Ｃ：０．２３〜０．２８％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：≦０．３５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％を含有し、さらに、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．００１〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼を、熱間圧延を行って素材とし、それを１１５０〜１２５０℃に加熱後、熱間鍛造−焼準−機械加工によりシャフトに成形後、ＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材の浸炭時間より短い時間の浸炭が可能でかつ高捻り強度が得られる迅速浸炭用鋼である。
【０００９】
本発明は、１１５０℃〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延により製造した素材を切削、あるいは熱間圧延により製造した素材を１１５０℃〜１２５０℃に加熱後、熱間鍛造、機械加工によりシャフト材として適用し、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材より浸炭時間が短くでき、さらに捻り強度が向上する迅速浸炭用鋼についてである。
【００１０】
本発明における鋼の質量％で示す組成割合の限定理由を述べる。
Ｃ：Ｃは機械構造用部品として浸炭処理後の芯部強度を確保するために必要な元素であり、さらに本発明では硬度特性を上げ浸炭時間を短縮するために必要な元素であり、０．２３％未満では、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材と比較して浸炭時間短縮の効果が十分ではなく、反対に０．２８％を超えると、機械加工性の低下、浸炭後の芯部硬さが高くなりすぎる。そのため含有量を０．２３〜０．２８％にした。
【００１１】
Ｓｉ：Ｓｉは０．０３％未満では脱酸効果が十分に得られず、過剰に含有させると加工性を低下させるとともに、浸炭時の粒界酸化層の形成を助長し疲労特性についても低下させるため上限を０．３５％とした。
【００１２】
Ｍｎ：Ｍｎは焼入れ性を確保するのに必要な元素であるが、０．２０％未満ではその効果が十分に得られず、２．０％を超えると加工性を低下させる。そのため、０．２０〜２．０％とした。
【００１３】
Ｃｒ：Ｃｒは焼入れ性、靭性、疲労寿命の向上に効果のある元素であるが、０．１％未満ではその効果が十分に得られず、２．０％を超えると加工性を低下させる。そのため含有量を０．１〜２．０％とした。
【００１４】
Ｍｏ：Ｍｏは焼入れ性、靭性、疲労寿命の向上に効果のある元素であるが、０．３５％を超えると加工性を低下させる。そのため含有量をＭｏ：≦０．３５％とした。
【００１５】
Ｎ：ＮはＡｌＮを形成し、ＡｌＮには結晶粒度粗大化防止の機能がある。０．０１０％未満ではその効果がなくなり、０．０２５％を超えると、化合物が増え疲労強度に悪影響を及ぼす。そのため、０．０１０〜０．０２５％とした。
【００１６】
Ａｌ：ＡｌはＡｌＮを形成し、ＡｌＮには結晶粒度粗大化防止の機能がある。０．０１０％未満ではその効果がなくなり、０．０５０％を超えると、アルミナ系酸化物が増加し疲労特性、加工性を低下させる。そのため、含有量を０．０１０〜０．０５０％とした。
【００１７】
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｅは被削性を向上させる働きがあり、選択的に添加し得る。Ｐｂ：０．０１％未満、Ｂｉ：０．０１％未満、Ｔｅ：０．００１％未満、Ｃａ：０．００１％未満、Ｓｅ：０．００３％未満では、その効果が少ない。一方、Ｐｂ：０．３０％超、Ｂｉ：０．２０％超、Ｔｅ：０．０５％超、Ｃａ：０．００３％超、Ｓｅ：０．０５％超では、熱間加工性が悪化する。そのため含有量を、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．００１〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上とした。
【００１８】
本発明では、上記成分を含有し、１１５０℃〜１２５０℃に加熱後、熱間圧延により製造した素材を焼準−切削、あるいは熱間圧延により製造した素材を１１５０℃〜１２５０℃に加熱後、熱間鍛造−焼準−機械加工によりシャフト部品などとして適用し、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０ＨやＳＣＭ４２０といった従来材より浸炭時間が短くでき、さらに捻り強度が向上する迅速浸炭用鋼である。
【００１９】
上記において、１１５０℃〜１２５０℃に加熱した後に熱間圧延、または熱間鍛造を行う理由は、圧延時にＡｌＮを完全固溶させ、微細なＡｌＮを析出させるためである。１１５０℃未満ではＡｌＮは十分に固溶せず、析出物の成長が起こり、浸炭時のオーステナイト結晶粒度特性を低下させる。また、１２５０℃を超えると、粒度特性は回復するが、熱間圧延、または熱間鍛造後にベイナイト組織になりやすく加工性が低下する。そのため熱間圧延、または熱間鍛造時の加熱温度は１１５０〜１２５０℃とした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下の実施例を通じて説明する。本発明の１実施の形態における鋼組成および比較例における鋼組成を表１のＮｏ．１〜５に示す。なお、表１のＮｉは原料から混入する不可避不純物である。他の実施の形態として、Ｎｏ．１の鋼組成にさらに選択的にＰｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｓｅを１種または２種以上を添加するもので、Ｐｂ：０．０１〜０．３０％、Ｂｉ：０．０１〜０．２０％、Ｔｅ：０．００１〜０．０５％、Ｃａ：０．００１〜０．００３％、Ｓｅ：０．００３〜０．０５％から選択した１種または２種以上とする。Ｎｏ．４およびＮｏ．５は本発明の１実施の形態における鋼のもので、Ｎｏ．４はＮｏ．１にＰｂを添加し、Ｎｏ．５はＮｏ．１にＢｉを添加したもので、Ｎｏ．２は比較例におけるＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０鋼であり、Ｎｏ．３は比較例におけるＳＣＭ４２０鋼である。Ｎｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４におけるＮｉは不可避不純物として含有されるものである。この鋼種を用い、加熱温度１２００℃で圧延した後、捻り試験片に加工、浸炭した後、捻り強度、試験片の浸炭異常層、結晶粒度特性を調査した。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を電気溶解炉で溶製し、それぞれ鋼片圧延を行い、次いで、１２００℃加熱した後、φ３０に熱間圧延した。圧延材から一号油圧サーボ式捻り試験片を加工し、それぞれの試験片を表２に示す条件で浸炭を施した後、両振りで、捻り疲労試験と静捻り試験を行った。結果を図１および図２に示す。また、捻り試験片の芯部硬さ（オートビッカース試験機による）、浸炭異常層（０．５％ナイタ−ル腐食による）、結晶粒度特性（飽和ピクリン酸で腐食後、ＪＩＳＧ０５５１で判定による）調査を行った。その結果を表３に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表３に示すように本発明における鋼は、比較例のＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０、ＳＣＭ４２０と比較して、芯部硬さが高く、浸炭異常層が少なく、結晶粒度特性も良好である。それに伴い、図１および図２に示すように捻り強度も高くなっている。以上のように本発明鋼は、ＪＩＳ規格のＳＮＣＭ２２０、ＳＣＭ４２０といった従来材より浸炭時間を短くすることが可能で、さらに捻り強度が向上した。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はＣ含有量を特定範囲に限定し、Ｎｉレスとし、かつＴｉやＮｂの添加をなくすことでコストの低下を図り、圧延時にＡｌＮを完全固溶させ、微細なＡｌＮを析出させることで、浸炭時間を従来材に比して短くすることができ、さらに捻り強度の鋼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】捻り疲労試験の結果を示すグラフである。
【図２】静捻り試験の結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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