113

製品紹介＞超高強度真空浸炭用鋼

製品紹介
Products

超高強度真空浸炭用鋼
1．はじめにオーステナイト（以下，残留 γ という）による軟化を抑制するため，全成分を調整している．

近年，自動車は持続可能な社会の実現のため，従来の化石燃料を使用したエンジンからの脱却を目指し，電気自動車，ハイブリット車を始めとする電動車への置き換えが進んでいる．電動車に搭載される駆動用モータは，小型化のために高回転化が志向され，これに伴い，歯車の使用環境はいっそう厳しくなっている．また，電費向表１．主な化学成分（mass%）．
鋼種

Si0.2

増

MnJIS0.2
SCr4200.2

0.8 ≦0.030

開発鋼C減P

減Ni

CrMo

Nb-

1.0--

添加 減 添加 添加

上や車内空間確保のためにパワートレインは小型・軽量

また，開発鋼は高清浄度を実現するため，世界トップ化が求められ，歯車には高強度化のニーズがますます高レベルの再溶解技術を駆使して，溶鋼中介在物を極限ままっている．

で低減した．再溶解技術の適用により，AlN などの分散歯車の損傷形態は，歯面剥離損傷（ピッチング，摩耗粒子が減少し，結晶粒界のピン止め力の低下が生じる．など）と歯元折損（低サイクル / 高サイクル）に大別さそのため，浸炭時に結晶粒粗大化が起こる懸念があり，れる．歯車を高強度化するためには，歯面・歯元のいずれの損傷も抑制する必要がある．すなわち，面疲労強度，歯元の曲げ疲労強度を向上させることが重要である．
これらのニーズに応えるため，大同特殊鋼㈱（以下，当社という）は「真空浸炭」1），2） と「ショットピーニング（以下，SP という）」3）〜 5） により，面・曲げ疲労

その対策として本開発鋼では Nb を添加し，NbC を析出させて結晶粒粗大化を抑制 6）している．

3．開発鋼の疲労強度特性（1）面疲労強度特性

強度を大幅に向上可能な高強度化技術を開発してきた．

面疲労強度は，300 ℃焼戻し硬さと正の相関があるこ

しかし，母材の高強度化に伴う粒界強度の相対的な低下とが知られている 4）．図 1 に，開発鋼と JIS-SCr420 のや介在物起因での曲げ疲労強度ばらつきが顕在化してき各焼戻し温度における硬さを示す．本図が示すように，た．そこで当社では，さらなる強度向上のため，上述し開発鋼は Si を増量，かつ過剰な残留 γ を抑制した合金

た高強度化技術をベースに，さらなるアロイデザインと設計であるため，JIS-SCr420 対比で焼戻し軟化抵抗が「高清浄度化技術」を適用することで，面疲労強度と曲高く，300 ℃焼戻し後においても高い硬さを得ることがげ疲労強度を従来にないレベルに高めた鋼を開発したのできる．また，2 段 SP を適用することで，さらに高いで紹介する．

2．開発鋼の特徴

300 ℃焼戻し硬さを得ることが可能である．なお，実際の面疲労特性においても，開発鋼 -2 段 SP は JIS-SCr420対比で高い強度が得らえることを確認している．
900

表 1 に 開 発 鋼 と JIS-SCr420 の 組 成 を 示 す． 開 発 鋼
た DEG® 鋼をベース 1），2） に成分設計を行い，Si を増量することで，さらなる面疲労強度向上を志向している．
加えて，粒界強化・靭性向上による低サイクル曲げ疲労強度向上を目的に Ni，Mo を添加し，さらに P などの不純物元素を低減している．ただし，浸炭層の過剰な残留

800
表層硬さ (HV)は，エッジ過剰浸炭を抑制可能で真空浸炭処理に適し850

開発鋼 - 2段SP

2段SP

750
700

Si増量

650

開発鋼（SP無）

600
550
500

150200250
焼戻し温度 (℃)

300

JIS-SCr420
（SP無）

350

図１．開発鋼の焼戻し軟化抵抗．

電気製鋼 第 93 巻第 2 号 2022 年

114（2）低サイクル曲げ疲労強度（104 回）

では，疲労試験後（高サイクル）破面に破壊起点と推定

図 2 に歯車の歯底形状を模擬した切欠きを有する試験片を用いた 4 点曲げ試験結果を，図 3 にその破面観察結果を示す．JIS-SCM420-2 段 SP では，図 3(a) に示す

とおり，疲労試験後（低サイクル）破面に粒界破面が確認される．一方，図 3(b) に示す開発鋼 -2 段 SP においては，前述の合金設計により狙いどおり粒界破壊を抑制できている．その結果，図 2 に示すとおり，開発鋼 -2 段

SP の 10 回曲げ疲労強度は JIS-SCr420 対比で 65 %，JIS4される介在物が認められる．一方，図 3(d) に示す高清浄度化技術を適用した開発鋼 -2 段 SP の疲労試験後破面には介在物は認められない．すなわち，開発鋼は真空浸炭および 2 段 SP で表層を強化した効果を最大限発揮しており，図 2 に示すとおり，開発鋼 -2 段 SP は 106 回曲げ疲労強度が，JIS-SCr420 対比で 130 %，JIS-SCM420-2段 SP 対比で 20 % 向上している．

4．おわりにSCM420-2 段 SP 対比では 20 % の強度向上を達成している．

● 開発鋼- 真空浸炭 - 2段SP
〇 開発鋼（再溶解無し）- 真空浸炭 - 2段SP
JIS-SCM420- ガス浸炭 - 2段SP- ガス浸炭
△ JIS-SCr420

発鋼の諸特性を紹介した．現在，本開発鋼は歯車として実用化されている．
当社では，本開発鋼を含め，汎用〜高強度まで幅広く3500

歯車用鋼のラインナップを揃えている．今後もユーザの多様なニーズに応えていくため，さらなる製品開発を進開発鋼-2段SP

3000
応力 (MPa)

今回，JIS-SCr420 に対して面疲労強度および曲げ疲労強度（低サイクル / 高サイクル）を大幅に向上させた開め，素材の可能性を追求していく所存である．
（文献，引用）2500

1）森田敏之，松村康志：電気製鋼，81（2010），109．
2）大同特殊鋼㈱：電気製鋼，79（2008），83．

2000

3）大同特殊鋼㈱：電気製鋼，81（2010），165．

4）石倉亮平，井上圭介，小林祐次，辻俊哉：電気製鋼，1500
1000

1.E+03103

1.E+04
1.E+05104105
寿命 (回)

81（2010），99．

1.E+061065）加藤万規男，松村康志，石倉亮平，小林祐次，宇治橋諭：
電気製鋼，79（2008），69．

図２．開発鋼の曲げ疲労強度特性．

低サイクル曲げ疲労
試験後破面(a) JIS-SCM420-2段SP
表面

表面（問合せ先）
大同特殊鋼㈱鋼材営業本部

材料技術サービス部

Ni,Mo添加&不純物低減

粒界
破面

東京第一技術サービス室
50 μm

50 μm

(c) 開発鋼（再溶解無し）-2段SP
表面
高サイクル曲げ疲労試験後破面

6）紅林豊：電気製鋼，67（1996），26．

(b) 開発鋼-2段SP(d) 開発鋼-2段SP

表面

石倉亮平
TEL：03-5495-1273

FAX：03-5495-6740

e-mail：r-ishikura@ac.daido.co.jp
介在物

大同特殊鋼㈱

介在物
低減
20 μm

20 μm

図３．開発鋼の曲げ疲労試験後の破面．
6（3）高サイクル曲げ疲労強度（10 回）
図 3(c) に示すとおり，開発鋼（再溶解無し）-2 段 SP

技術開発研究所

構造材料研究室神谷尚秀
TEL：052-611-9416

FAX：052-611-7399

e-mail：n-kamiya@bw.daido.co.jp