2. TOUGHFITTM の特徴

1. はじめに高硬度・高靭性過共析鋼TM

カーボンニュートラル社会の実現に向けて、自動車や製品紹介

2.1. TOUGHFIT の合金成分
高硬度・高靭性過共析鋼『TOUGHFITTM』
建設機械、産業機械業界では、部品の小型・軽量化によ
表 1 に TOUGHFIT の概略成分を示す。TOUGHFIT『TOUGHFITTM』
TM

工程省略につ な が る 材 料 技 術 特 集る燃費・電費の改善、さらには部品製造工程における熱1. はじめに処理の簡素化など、CO排出量削減に繋がる様々な取TM

は硬化熱処理後に 700Hv クラスの高硬度とするため、
TMTM
2. TOUGHFITの特徴
0.6mass%Cを添加した過共析組成を基本とする。その他

高硬度・高靭性過共析鋼 TOUGHFIT
2TMTM
カーボンニュートラル社会の実現に向けて、自動車や2. TOUGHFIT2.1. TOUGHFITの合金成分
1. はじめにの特徴の特徴的な添加元素として、焼入性の確保のため Cr,Moり組みが進められている。
TMTM
建設機械、産業機械業界では、部品の小型・軽量化によ2.1. TOUGHFIT
表 1 に TOUGHFITの概略成分を示す。TOUGHFITTM
カーボンニュートラル社会の実現に向けて、自動車やの合金成分を添加し、焼戻し軟化抵抗性確保のためにSi,Mo を添加
これらの取り組み対象の一例である耐摩耗部品や高TMる燃費・電費の改善、さらには部品製造工程における熱 表 1は硬化熱処理後に700Hv クラスの高硬度とするため、建設機械、産業機械業界では、部品の小型・軽量化によに TOUGHFITTM の概略成分を示す。TOUGHFITしている。V は後述する高靭性化熱処理のキーとなる元い疲労強度が求められる部品は、高硬度であることが前処理の簡素化など、CO2 排出量削減に繋がる様々な取0.6mass%C を添加した過共析組成を基本とする。その他
る燃費・電費の改善、さらには部品製造工程における熱は硬化熱処理後に700Hv クラスの高硬度とするため、0.6mass%C を添加した過共析組成を基本とする．
その他
1.はじめに素であり、その詳細は2.3 で記述する。
提となり、更には稼働中の突発的な衝撃に対応するため、り組みが進められている。の特徴的な添加元素として、焼入性の確保のため Cr,Mo処理の簡素化など、CO2 排出量削減に繋がる様々な取0.6mass%Cを添加した過共析組成を基本とする。その他の特徴的な添加元素として，焼入性の確保のため Cr,Mo を靭性との両立が必要となる。
これらの取り組み対象の一例である耐摩耗部品や高を添加し、焼戻し軟化抵抗性確保のためにSi,Mo を添加
カーボンニュートラル社会の実現に向けて，自動車や建 の特徴的な添加元素として、焼入性の確保のため添加し，焼戻し軟化抵抗性確保のためにSi,Cr,Moを添加
表 1 TOUGHFITTM の概略成分 (mass%)
Cr,Moり組みが進められている。
鋼の硬度と靭性はトレードオフの関係にあることが一い疲労強度が求められる部品は、高硬度であることが前している。Vは後述する高靭性化熱処理のキーとなる元設機械，産業機械業界では，部品の小型・軽量化による燃している．
V は後述する高靭性化熱処理のキーとなる元素を添加し、焼戻し軟化抵抗性確保のためにSi,Mo
これらの取り組み対象の一例である耐摩耗部品や高C
SiMn
Cr
Mo を添加V
般的に知られており、高硬度が求められる部品に使用さ提となり、更には稼働中の突発的な衝撃に対応するため、素であり、その詳細はで記述する。
費・電費の改善，さらには部品製造工程における熱処理のであり，その詳細は 2.32.3
で記述する．
している。Vは後述する高靭性化熱処理のキーとなる元い疲労強度が求められる部品は、高硬度であることが前0.6
添加0.42.0添加
添加
簡素化など，CO2 排出量削減に繋がる様々な取り組みが進靭性との両立が必要となる。
れる過共析鋼は粒界に析出した初析炭化物が弱点とな
TM
TMTOUGHFITの概略成分 (mass%)
表表11 TOUGHFITの概略成分(mass%)
素であり、その詳細は2.3 で記述する。
提となり、更には稼働中の突発的な衝撃に対応するため、められている．
1)
鋼の硬度と靭性はトレードオフの関係にあることが一り、粒界破壊が生じ易いため低靭性となる(図 1)。したC
Si
MnCrMoV
靭性との両立が必要となる。
これらの取り組み対象の一例である耐摩耗部品や高い疲
般的に知られており、高硬度が求められる部品に使用さ 2.2. 高靭性化熱処理
表 1 TOUGHFITTM の概略成分 (mass%)
がって、高靭性化のためには、その弱点を克服する鋼種
0.6
添加
0.4添加
0.3添加
労強度が求められる部品は，高硬度であることが前提とな鋼の硬度と靭性はトレードオフの関係にあることが一TOUGHFITTM の高靭性化熱処理方法を図 2 に示す。
れる過共析鋼は粒界に析出した初析炭化物が弱点とな
C
SiMnCrMoV
成分設計と熱処理技術の確立が課題であった。
り，更には稼働中の突発的な衝撃に対応するため，靭性と般的に知られており、高硬度が求められる部品に使用さり、粒界破壊が生じ易いため低靭性となる 1)(図 1)。した 熱処理は、鋼中の粗大な炭化物の固溶化と組織のパーの両立が必要となる．
0.62.2.高靭性化熱処理
添加
0.42.0添加
添加
当社、コマツ、ならびに国立大学法人
大阪大学(注：2.2. 高靭性化熱処理
れる過共析鋼は粒界に析出した初析炭化物が弱点とながって、高靭性化のためには、その弱点を克服する鋼種 ライト化を目的とした前処理と900℃～950℃のオーステ
2 に示す．熱TOUGHFITTMTM の高靭性化熱処理方法を図
鋼の硬度と靭性はトレードオフの関係にあることが一
現在は本テーマを国立大学法人 名古屋工業大学へ引
TOUGHFIT の高靭性化熱処理方法を図 2 に示す。
1)
り、粒界破壊が生じ易いため低靭性となる(図 1)。した成分設計と熱処理技術の確立が課題であった。
処理は，鋼中の粗大な炭化物の固溶化と組織のパーライト
般的に知られており，高硬度が求められる部品に使用されナイト域からのずぶ焼入れである
FM(Full Martensite)処
熱処理は、鋼中の粗大な炭化物の固溶化と組織のパー継ぎ研究中)からなる産学連携チームはこの課題に取り 2.2. 高靭性化熱処理
がって、高靭性化のためには、その弱点を克服する鋼種
当社、コマツ、ならびに国立大学法人 大阪大学(注：化を目的とした前処理と900℃～ 950℃のオーステナイ
る過共析鋼は粒界に析出した初析炭化物が弱点となり，粒2),3)
理からなるTM 。また、加工性の確保を目的に前処理と焼ライト化を目的とした前処理と900℃～950℃のオーステ
TOUGHFITの高靭性化熱処理方法を図2 に示す。
1)
組み、高炭素鋼の弱点であった結晶粒界を強化し、さら1)．したがって，ト域からのずぶ焼入れである FM(Full Martensite) 処理か界破壊が生じ易いため低靭性となる
現在は本テーマを国立大学法人( 図名古屋工業大学へ引
成分設計と熱処理技術の確立が課題であった。
入れの間に追加で焼鈍を行うことも可能である。焼戻し2),3)
ナイト域からのずぶ焼入れであるFM(Full Martensite)処．また，加工性の確保を目的に前処理と焼入れ
高靭性化のためには，その弱点を克服する鋼種成分設計と 熱処理は、鋼中の粗大な炭化物の固溶化と組織のパーらなるに結晶粒内の組織状態を適正化する合金成分と熱処理
継ぎ研究中)からなる産学連携チームはこの課題に取り当社、コマツ、ならびに国立大学法人
大阪大学(注：を含めたこれらの熱処理条件はユーザーの狙いとする理からなる 2),3)。また、加工性の確保を目的に前処理と焼の間に追加で焼鈍を行うことも可能である．
焼戻しを含め熱処理技術の確立が課題であった．
1)
ライト化を目的とした前処理と900℃～950℃のオーステ
条件を見出した。その成果を用いて量産化した高硬組み、高炭素鋼の弱点であった結晶粒界を強化し、さら現在は本テーマを国立大学法人
名古屋工業大学へ引たこれらの熱処理条件はユーザーの狙いとする硬度・靭性当社，コマツ，ならびに国立大学法人
大阪大学 ( 注：現在入れの間に追加で焼鈍を行うことも可能である。焼戻し
硬度・靭性に応じて適宜調整することが必要である。に結晶粒内の組織状態を適正化する合金成分と熱処理度・高靭性過共析鋼が
TOUGHFITTM(タフィット)である。 ナイト域からのずぶ焼入れである FM(Full Martensite)処
継ぎ研究中)からなる産学連携チームはこの課題に取りに応じて適宜調整することが必要である．
は本テーマを国立大学法人 名古屋工業大学へ引継ぎ研究中 )を含めたこれらの熱処理条件はユーザーの狙いとする
2),3)
条件を見出した 1) 。その成果を用いて量産化した高硬理からなる 。また、加工性の確保を目的に前処理と焼以下にその特徴を紹介する。
組み、高炭素鋼の弱点であった結晶粒界を強化し、さらからなる産学連携チームはこの課題に取り組み，高炭素鋼の硬度・靭性に応じて適宜調整することが必要である。
TM度・高靭性過共析鋼が TOUGHFIT(タフィット)である。入れの間に追加で焼鈍を行うことも可能である。焼戻しFM 処理
固溶化・弱点であった結晶粒界を強化し，さらに結晶粒内の組織状態に結晶粒内の組織状態を適正化する合金成分と熱処理
1)
軟らかい
パーライト化処理
以下にその特徴を紹介する。
合金成分+熱処理
焼戻し
ずぶ焼入れ．その成果 を含めたこれらの熱処理条件はユーザーの狙いとするを適正化する合金成分と熱処理条件を見出した
1)
条件を見出した
高靭性 。その成果を用いて量産化した高硬TFM
処理
固溶化・による過共析鋼
約1000℃
を用いて量産化した高硬度・高靭性過共析鋼が
TOUGHFIT硬度・靭性に応じて適宜調整することが必要である。
900～950℃
度・高靭性過共析鋼が
TOUGHFITTM(タフィット)である。
軟らかい
パーライト化処理
Mの高靭性化
合金成分+熱処理
ずぶ焼入れ
焼戻し( タフィット ) である．以下にその特徴を紹介する．
高靭性による過共析鋼
約 1000℃
以下にその特徴を紹介する。
600℃
900～950℃の高靭性化
FM 処理
固溶化・軟らかい
600℃
パーライト化処理
合金成分+熱処理
焼戻し
ずぶ焼入れ

硬い

高靭性による過共析鋼
低靭性の高靭性化 硬い

約 1000℃

低靭性

600℃
A.C.

900～950℃

140～220℃

O.Q.

140～220℃

A.C.

図 1 一般的な硬さと靭性の関係ならびにTOUGHFITの狙い
硬い
図 1 一般的な硬さと靭性の関係ならびにA.C.
O.Q.
図2 高靭性化熱処理パターン

TOUGHFIT の狙い

図の高靭性化メカニズム
2 高靭性化熱処理パターン
2.3.TOUGHFITTM
140～220℃

図 2 高靭性化熱処理パターン

低靭性

A.C.

TOUGHFITTM では，一般的に選定されるずぶ焼入れ温

A.C.

O.Q.

A.C.

度に比べて，高温とすることで粒界に析出した初析炭化

図1 一般的な硬さと靭性の関係ならびにTOUGHFITの狙い

図 1 一般的な硬さと靭性の関係ならびにTOUGHFIT の狙い
2.TOUGHFITTM の特徴物を固溶させている．ただし，この場合には，旧オーステ

図 2 高靭性化熱処理パターン

ナイト粒径が粗大となる．そこで TOUGHFITTM は，V を添加することで，図 3 で示されるように VC を微細分散TM

2.1.TOUGHFITの合金成分させた．図 4 に V 添加の有無による結晶粒の違いを示す．

表 1 に TOUGHFITTM の 概 略 成 分 を 示 す．TOUGHFITTM

TOUGHFITTM は，微細分散した VC によるピン止め効果かは 硬 化 熱 処 理 後 に 700Hv ク ラ ス の 高 硬 度 と す る た め，ら整細粒化していることがわかる．

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Sanyo Technical Report Vol.30 (2023) No.1

高硬度・高靭性過共析鋼『TOUGHFITTM』

産学連携共同研究の成果を基に開発された TOUGHFITTM
は，共同研究機関であるコマツ殿にて様々な試験・検証が実施され，高い耐摩耗性と耐衝撃性が要求されるトンネル掘削機のカッタリング用鋼として実用化されている ( 図6)．TOUGHFITTM が採用されたトンネル掘削機は市場にて良好な使用実績が得られている．
図3 VCの微細分散を示す反射電子像

図4 旧オーステナイト粒径を示す光学顕微鏡写真(飽和ピクリン酸腐食)
図6 コマツ製トンネル掘削機の外観とカッタリングの形状

2.4.TOUGHFITTM の靭性 ( シャルピー衝撃試験 )4.TOUGHFITTM のさらなる展開

TOUGHFITTM の靭性を評価するためにシャルピー衝撃試験を実施した．図 5 に TOUGHFITTM( 高靭性化熱処理 )自動車や建設機械，産業機械で使用される軸受やギヤ・と同硬さレベルである過共析鋼 JIS SUJ2( ずぶ焼入れ ) をTM

は，60HRC のシャフトなどの駆動系部品では，部品の表面硬さと耐衝撃

2

硬度で約 160J/cm の衝撃値を示し，これは SUJ2 のずぶ性の確保を目的に，ガス浸炭焼入れが多用される．ところ焼き材と比較して 10 倍以上である．

が，ガス浸炭処理は浸炭ガスと部品表面の平衡反応によっ比較としてその結果を示す．TOUGHFITて炭素を侵入させる際に多量の CO2 が排出されるため，カーボンニュートラルの観点からガス浸炭に依らない熱処理方法が望まれている．
TOUGHFITTM は，ずぶ焼入れにて高硬度と高靭性の両立が可能であり，本鋼と高靭性化熱処理を適用することで部品製造工程における CO2 排出量の削減が期待される．そこ
で，ガス浸炭からの代替を前提に高靭性化熱処理を施した
TOUGHFITTM と SCM420 のガス浸炭材との強度特性を比較した．
4.1.耐ピッチング特性 ( ローラーピッチング試験 )ギヤに要求される面疲労強度を評価するため，ローラーピッチング試験を実施した．図 7 にローラーピッチング試
験の模式図を示し，図 8 に寿命試験結果を示す．TOUGHFITTM は SCM420 ガス浸炭材と比べおよそ 2 倍のピッチング寿命を示す．TOUGHFITTM が長寿命となる理由とし

図5 シャルピー衝撃値の比較て，高 Si,Cr かつ Mo が添加された組成であることから高い焼戻軟化抵抗を有することが考えられる．

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工程省略につ な が る 材 料 技 術 特 集

3.建設機械用耐摩耗部品への適用による市場実績

高硬度・高靭性過共析鋼『TOUGHFITTM』

工程省略につ な が る 材 料 技 術 特 集

SCM420 ガス浸炭材と比べて高い静ねじり強度とねじり疲労強度を示す．TOUGHFITTM は高靭性化熱処理によって粒界破壊が抑制されたこと，そして，ずぶ焼入れで高い平均断面硬さが得られることから優れた耐ねじり強度を示すとみられる．

図7 ローラーピッチング試験の模式図

図10 平滑ねじり疲労寿命の比較

5. おわりに
本稿で紹介した TOUGHFITTM は，ずぶ焼入れを基本と

図8 ローラーピッチング寿命の比較

した高靭性化熱処理により，高硬度と高靭性の両立を可能
4.2. 耐ねじり強度 ( ねじり試験 )とした過共析鋼である．

シャフトに要求される特性として，静ねじり強度ならびこれまでガス浸炭焼入れが行われていた部品へTOUGHFITTM

TMを適用した場合，部品製造工程における CO2 排出量削減がと SCM420 ガス浸炭材の静ねじり試験結果を示し，図見込まれる．また，各種動力伝達部品へ適用した場合，疲にねじり疲労強度の評価を実施した．図 9 に TOUGHFIT
10 に 平 滑 ね じ り 疲 労 試 験 結 果 を 示 す．TOUGHFIT

TMは労寿命向上に繋がることから，部品の小型・軽量化設計による燃費向上を通じた CO2 排出量削減が見込まれ，カーボンニュートラルへの貢献が期待される．

参考文献
1) 南埜宜俊 , 萩原幸司 , 山本幸治 , 杉本隼之 : 熱処理 第62 号 第 3 号 (2022) 79-87.
2) 南埜宜俊 , 萩原幸司 , 相原巧 , 平岡和彦 , 藤松威史 , 杉本隼之 , 宮部一夫 , 浜坂直治 , 山本幸治 : 山陽特殊製鋼
技報 ,Vol.26(2019)No1, 36-42.
3) 髙 橋 春 香 , 常 陰 典 正 , 藤 松 威 史 : 山 陽 特 殊 製 鋼 技報 ,Vol.28(2021)No.1, 2-13.

図9 静ねじり強度の比較

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