JP5583352B2 - 高周波焼入れ用鋼および静捩り破壊強度および捩り疲労強度に優れた高周波焼入れ部品 - Google Patents
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Description
1.高周波焼入後に得られる、内部硬さと硬化層深さ、焼入れ部の結晶粒径を規定し、硬度分布を最適化することで、静捩り破壊強度と捩り疲労強度を向上させることが可能である。
2.高周波焼入れ前の鋼素材の組織をパーライト主体とすると、高周波焼入れによる硬化層の深さが安定し、且つ、高周波焼入れ・焼戻し後の硬さのバラツキを抑えることが可能となる。
2.成分組成に、更に、質量%で、V:0.005〜0.4%、Nb:0.01〜0.10%の1種以上を含むことを特徴とする1記載の高周波焼入れ用鋼。
3.成分組成が、更に、下記(1)および(2)式を満足する事を特徴とする1または2に記載の高周波焼入れ用鋼。
0.80≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2+V/2≦1.00 ・・・(1)
1.11≦0.36×C+0.18×Si+0.27×Mn+0.30×Cr+0.43×Mo+135×B+0.24≦1.31 ・・・(2)
これらの式において各元素は含有量(質量%)を示し、含有しない元素は0とする。
4.1乃至3の何れか一つに記載の高周波焼入れ用鋼を素材とし、圧延、鍛造若しくは機械加工またはそれらの組み合わせにより軸部を有する部品形状とした後、前記軸部を高周波焼入れ・焼戻しにより有効硬化層深さ/半径の比が0.4〜0.6、焼入れ部の結晶粒度は粒度7.0以上とした、静捩り破壊強度および捩り疲労強度に優れた高周波焼入れ部品。
5.更に、高周波焼入れ・焼戻しをした後の硬さ分布が、下記(3)式を満足することを特徴とする4に記載の静捩り破壊強度および捩り疲労強度に優れた高周波焼入れ部品。
[成分組成]説明において%は質量%とする。
C:0.40〜0.55%
Cは高周波焼入れにおいて硬度確保のために必要で、高周波焼入れ・焼もどし後の表面硬さを決定する。また、高周波焼入れ前の圧延あるいは鍛造ままの状態における組織形成にも影響する。
Siは脱酸元素である。Si添加量が0.05%未満の場合は脱酸の効果が十分得られず、内部に酸化物が残存して疲労強度が低下する。一方、0.50%を超えると硬さが上昇して靭性が低下するために静捩り破壊強度が低下するため、Si添加量は0.05〜0.50%とする。
Mnは焼入性を高める元素である。焼入性を確保するため、0.60%以上必要で、一方、2.00%を超えて添加すると、焼入性が高すぎて焼き割れを生じるため、Mn添加量は0.60〜2.00%とする。
Pは粒界に偏析して粒界を脆化させる作用があり、0.030%を超えると顕著となるため、0.030%以下とする。不可避的不純物のため、製造コストに悪影響を与えない範囲で低減させることが望ましい。
SはMnと結合してMnSを形成し、切削性を向上させるが、過剰なMnSは焼入れ性を低下させ、捩り疲労での破壊起点となって疲労強度を低下させるため、0.060%以下とする。不可避的不純物のため、製造コストに悪影響を与えない範囲で低減させることが望ましい。
Crは焼入性向上元素であり、その作用を得るため0.05%以上を添加する。一方、0.50%を超えると焼入性が高くなりすぎて焼き割れを起こしやすくなるため、0.05〜0.50%とする。
Moは焼入性向上元素であり、添加するが、0.35%を超えると、焼き割れが発生しやすくなるため0.35%以下とする。
TiはNとの結合力が強く、Bよりも優先して結合し、Ti窒化物あるいはTi炭窒化物を形成する。Tiが0.010%未満の場合、固溶したNが残ってBNを形成して、Bの焼入れ性向上効果が得られない。一方、0.035%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.010〜0.035%とする。
Bは焼入性向上元素であり、高周波焼入れにおいて硬化層深さを増大させる。その効果を得るには0.0005%以上必要であるが、0.0080%を超えるとその効果は飽和するため0.0005〜0.0080%とする。
Nは、Tiと結合してTiNを形成させ、焼入れ性に寄与する固溶Bの確保を行う必要がある。Nが高いとTiと結合出来ずに残留する固溶Nが存在し、Bと優先して結合するために固溶Bの確保が難しくなる。安定して固溶Bを確保するためにはNは0.0100%以下である必要がある。よって、N含有量は0.0100%以下とした。
NbおよびVはCと結合して微細析出する事により、内部の硬度を向上させ、静捩り破壊強度および捩り疲労強度の向上に寄与する。その効果が得られるのはNb:0.01%以上、V:0.0005%以上で、一方、Nb:0.10%超え、V:0.4%超えではその効果が飽和するため、上記範囲とする。
1.11≦0.36×C+0.18×Si+0.27×Mn+0.30×Cr+0.43×Mo+135×B+0.24≦1.31 ・・・(2)
これらの式において各元素は含有量(質量%)を示し、含有しない元素は0とする。
本発明鋼は熱間圧延後、高周波焼入れ前のミクロ組織を初析フェライト体積率が15%未満のパーライト主体の組織とする。フェライト分率が15%以上となると、焼入れ深さのバラツキが大きくなるばかりでなく、高周波焼入れ・焼戻し後の表面硬さが低下して部品としての強度を確保できない。
試験片No.31−6は、周波数は5KHzのままで送り速度を6mm/秒と遅くして硬化層深さ/半径の比を本発明よりも大きくした。
試験片No.34はSi含有量が本発明の範囲よりも低いため製鋼での製造時に生成した酸化物が多く残って疲労起点となって、捩り疲労強度が低下した。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.40〜0.55%、Si:0.15〜0.50%、Mn:0.60〜2.00%、P:0.030%以下、S:0.005〜0.060%、Cr:0.05〜0.50%、Mo:0.35%以下、B:0.0005〜0.0080%、Ti:0.010〜0.035%、N≦0.0100%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分組成と、初析フェライト体積率が15%未満のパーライト主体のミクロ組織を備え、
前記成分組成が、更に、下記(1)および(2)式を満足する事を特徴とする高周波焼入れ用鋼。
0.80≦C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2+V/2≦1.00 ・・・(
1)
1.11≦0.36×C+0.18×Si+0.27×Mn+0.30×Cr+0.43
×Mo+135×B+0.24≦1.31 ・・・(2)
これらの式において各元素は含有量(質量%)を示し、含有しない元素は0とする。 - 成分組成に、更に、質量%で、V:0.005〜0.4%、Nb:0.01〜0.10%の1種以上を含むことを特徴とする請求項1記載の高周波焼入れ用鋼。
- 請求項1又は2に記載の高周波焼入れ用鋼を素材とし、圧延、鍛造若しくは機械加工またはそれらの組み合わせにより軸部を有する部品形状とした後、前記軸部を高周波焼入れ・焼戻しにより有効硬化層深さ/半径の比が0.4〜0.6、焼入れ部の結晶粒度は粒度7.0以上とした、静捩り破壊強度および捩り疲労強度に優れた高周波焼入れ部品。
- 更に、高周波焼入れ・焼戻しをした後の硬さ分布が、下記(3)式を満足することを特徴とする請求項3に記載の静捩り破壊強度および捩り疲労強度に優れた高周波焼入れ部品。
- 高周波焼入れ・焼戻しを施した部分に、更に、ショットピーニングを行うことを特徴とする、請求項4に記載の静捩り破壊強度および捩り疲労強度に優れた高周波焼入れ部品。
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