JPH01129952A

JPH01129952A - 切屑処理性のよい長寿命転動部品用鋼

Info

Publication number: JPH01129952A
Application number: JP28779287A
Authority: JP
Inventors: Kaneaki Hamada; 濱田　兼彰; Kazuichi Tsubota; 坪田　一一; Toru Karasutani; 烏谷　徹
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1989-05-23

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】（産業上の利用分野）本発明は主として自動車、建設機械用の各種ギヤー、シ
ャフト、ピン、軸受類などに使用する切屑処理性のよい
長寿命転動部品用鋼に関する。

（従来技術と問題点）我国では自動車工業を中心に各分野で快削鋼が使用され
ている。しかしながら被削性と共に機械的性質および転
勤疲労寿命特性の両面を満足する材料はほとんどなく、
良好な被削性、少ない異方性と共にある程度良好な耐疲
労性の必要な部品には低酸素の低鉛快削鋼が使用されて
いる。・しかし鉛は人体に有害な物質であるために、低
酸低鉛快削鋼の使用を嫌う需要家もまれではない。

（問題点の解決手段）本発明は前述の従来技術の問題点を解決するためになさ
れた−のであって、機械的性質および転勤疲労寿命特性
は鉛や硫黄などの快削元素無添加の基本鋼と同等以上で
あり、特に切屑処理性が良く、人体に無害な高靭性、長
寿命転勤部品用鋼を提供することを目的とするものであ
る。

かかる目的の達成のため、本発明者らは浸炭焼入焼戻し
した肌焼鋼、高周波焼入焼戻しした中炭素鋼および焼入
焼戻しした高炭素鋼について多くの改良研究を重ねた。

その結果、鋼中に含まれる微量不純物の内、特に酸素量
を０．００１５％以下、Ｔｉを０゜００５％以下の極低
水準とし、さらにＰを０．０２％以下、Ｓを０．０２％
以下として同時にＡｌを０．０１５〜０．０５０％、Ｎ
を０．００３〜０．０２０％にコントロールし、さらに
Ｂｉを０．００１〜０．０４０％添加すると良好な機械
的性質を保持し、転勤疲労寿命特性の低下しない、切屑
処理性の優れた転動部品用鋼が得られることを見出し、
本発明をなしたものである。

本発明における第１の発明鋼は重量％でｅ　Ｏ，０７〜
１．２０％、Ｓｉ　０．０３〜１．５０％、Ｍｎ　Ｑ−
１０〜２．００％、２０１０２％以下、Ｓ　Ｏ，０２％
以下、Ａｌ　Ｏ，０１５〜ｏ、ｏｓｏ％、Ｎ　Ｏ，００
３〜０．０２０％、００．００１５％以下、Ｔｉ　０．
００５％以下、Ｂｉ　０．００１〜０．０４０％、残部
Ｆｅおよび必然的に含まれる不純物からなる切屑処理性
の良い転勤部品用鋼であり、本発明における第２の発明
鋼はＣＱ、０７〜１．２Ｑ％、Ｓｉ　０．０３〜１．５
０％、Ｍｎ　Ｏ，１０〜２゜００％、Ｐ　０．０２％以
下、Ｓ　Ｏ，０２％以下、ＡＩ　０．０１５〜０．０５
０％、Ｎ　Ｏ，００３〜０．０２０％、ＯＯ，００１５
％以下、Ｔｉ　Ｏ，００５％以下、Ｂｉ　Ｏ，００１〜
０．０４０％、さらに必要に応じ、Ｎｉ　５．００％以
下、Ｃｒ　２．００％以下、Ｍｏ　１．００％以下、Ｖ
　Ｏ，２％以下、Ｎｂ　Ｏ，２％以下の内、１種もしく
は２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび必然的に含まれる
不純物からなる切屑処理性の良い転動部品用鋼である。

次に本発明鋼の成分範囲を前述の如く限定した理由を以
下に述べる。なお、特にことわりがない限り、本明細書
において（％）は重量％である。

Ｃ（炭素）自動車、建設機械の各種ギヤー、シャフト、ピン、軸受
類には、浸炭焼入焼戻し、浸炭窒化焼入焼戻し、高周波
焼入焼戻しもしくは普通の焼入焼戻しを行った炭素鋼、
低合金鋼が用いられている。

浸炭用鋼ではコア硬さはＨＲＣ２５以上必要で、そのた
めにＣは約０．０７％以上必要であるためＣ量の下限は
０．０７％であり、一方、焼入焼戻用鋼の実用的なＣ量
の上限は１．２０％であることから、本発明鋼のＣ量に
ついては、下限を０．０７％とし、上限を１゜２０％と
する。

Ｓｉ（ケイ素）鋼中のＳｉは固溶硬化および焼戻軟−化抵′抗の向上に
有利であるが、１．５０％を超えると打力の向上に比し
、被削性の劣化が著しくなるため、上限を１゜５０％と
し、また、０．０３％以下ではその効果がなく・なるの
で、下限を０．０３％とした。

Ｍｎ　（マンガン）鋼中のＭｎは焼入性の調整に大きな役割を有し、特に炭
素鋼の焼入性向上には廉価なこともあって好んで用いら
れている。添加効果は０．１０％以上で顕著となり２．
００％を超えると小さくなるため下限を０．１０％とし
、上限を２．０θ％とした。

Ｐ（燐）鋼中のＰは靭性を減じ、有害な元素である。Ｐ量はでき
る限り低い方が望ましい。Ｐ量低減による靭性の改善効
果は０．０２０％以下で増大するので、上限を０．０２
０％とした。

Ｓ（硫黄）鋼中のＳは主として硫化物の形で存在する。硫化物とビ
スマスはきわめて結合しやすく、しばしば大型の複合体
を形成して後述のビスマスの効果を低下させるため、で
きる限り低減しなければならない。前記したＳの低減効
果は０．０２％以下で顕著となるため上限を０．０２％
とした。

Ａｌ（アルミニウム）ＡＩは酸素レベルの調整、硫化物の析出形態、結晶粒度
の調整に効果的に作用する。かような効果は０．０１５
％付近から顕著になる。一方Ａ１をＯ，ＯＳ％以上に大
量添加すると溶鋼の再酸化、鋼塊内の偏析、結晶粒度の
粗大化が起こる。それゆえ、下限を０．０１５％、上限
をｏ、ｏｓｏ％とした。

Ｎ（窒素）鋼中に含まれるＮは主としてＡＩＭの形で存在し、結晶
粒の微細化に効果を発拝する。この効果は０゜００３％
以上で顕著となり、０．０２０％以上では飽和するため
下限を０．００３％、上限を０．０２０％とした。

Ｔｉ（チタン）、チタンは炭窒化物を形成し、鋼の転勤疲労寿命特性を
著しく低減させる。この効果は０．００５％を超えると
顕著に現れてくるので上限を０．００５％とした。

・　　Ｏ（酸素）酸素が０．００１５％を超えると酸化物の量が著しく増
大し、転勤疲労寿命を著しく低下させる。さらに酸化物
はビスマスと極めて結合しやすいため、酸化物の量が多
いと後述するビスマスの効果が十分に引き出せなくなる
。それゆえ上限を０．００１５％とした。

Ｂｉ（ビスマス）鋼にビスマスを添加すると鋼中に生成するビスマス粒の
切削時の切欠き効果と潤滑作用により、切削抵抗が減少
し、工具寿命、切屑の破砕性が改善される。Ｐ、Ｓ、Ｏ
，Ｔｉ量を低減した鋼ではこの効果が０．００１％から
現れるので下限を０．００１％とした。

一方、０．０４０％を超えると、特に転勤疲労寿命の劣
化が著しくなるので上限を０．０４０％とした。

Ｎｉにッケル）鋼にＮｉを添加する目的は必要な焼入性を与え、焼入焼
戻し後に機械的性質を向上させるためである・本発明鋼
では良好な焼入性と優れた機械的性質を必要とする場合
にＮｉを添加する。一方、Ｎｉが多くなり過ぎると、残
留オーステナイトが過剰となって表面硬さが低下し、部
品に必要な規格を満たすことができなくなる。このよう
な場合には後述のＣｒやＨａによって焼入性を改善する
のが好ましい。それゆえ上限を５．００％とした。

Ｃｒ（クロム）鋼にＣｒを添加する目的は焼入性を与え、浸炭などの熱
処理作業を容易にするためである。しがし、２．００％
を超えると浸炭時に複炭化物を形成し、反対に焼入性が
悪くなる。このような場合には前述のＯｒと後述の）Ｉ
ｏで焼入性を改善することが好ましい。それゆえ上限を
２．００％とした。

Ｈａ（モリブデン）鋼にＭＯを添加する目的は必要な焼入性をあたえ、機械
的性質を改善することにある。しかし、Ｃｒと同じく添
加量が多くなると反対に焼入性が悪くなる。このような
場合には前述のＮｉとＣｒで焼入性を改善することが好
ましい。それゆえ経済性も考慮し上限を１．００％とし
た。

Ｖ（バナジウム） ■は鋼中に溶込み、フェライトを強化するとともに結晶
粒を微細化し、その成長を抑制して合金元素の特性を高
める。添加効果と経済性の面から上限を０．２０％とし
た。

Ｎｂにオブ）Ｎｂは鋼中の炭素、窒素などと結び付き細かい析出物と
なって結晶粒を微細化するとともに常温、高温における
強さを増加する。添加効果と経済性の面から上限を０．
２０％とした。

（実施例および作用）次に実施例と比較例によって本発明をさらに説明する。

試験した比較ｆｐ　（Ｎｏ、Ａ　１〜Ａ２８）および本
発明鋼（Ｎｏ、８１〜８２８　）　、合計４８ヒートの
化学成分を表１に示す。

全ヒートとも１００　ｋｇ真空溶解炉で溶製したもので
、鉛およびビスマスの添加は基本成分に溶製後、Ａｒガ
スで真空槽内を１気圧に戻してから行った。

得られた鋼塊をφ６５に鍛伸し焼ならし処理後各種の調
査に供した。

まずφ６５鍛伸材の非金属介在物の清浄度をＪＩＳＧＯ
５５５に定められている点鼻法により測定した結果を表
２に示す。酸素量が０．００１５％以下の極低値に規制
されているヒートのＢ、Ｃ系介在物はほとんど皆無であ
る。

次に表３．４および５に比較鋼と本発明鋼の機械的性質
、小野式回転曲げ疲労試験結果および松材式衝撃疲労試
験結果を示す。これらにより、機械的性質、回転曲げ疲
労強度および衝撃疲労寿命に及ぼすビスマスの影響はビ
スマスが０．０４％以下である限りほとんど皆無である
ことが分かる。

表６にはスラスト型ころがり寿命試験結果を示す。試験
片は外径φ６５、厚さ７　ｍｎ＋とし、肌焼鋼は浸炭焼
入焼戻処理、中炭素鋼は高周波焼入焼戻処理、高炭素鋼
は焼入焼戻処理によって表面硬さを）ＩＲＣ６２以上に
調整後試験に供した。

フレーキング発生までの応力繰返数を各ヒート２０個の
試片について測定し、得られた１０％寿命（表４．供試
材の回転曲げ疲労強度試片：平行部φ８ｘ３０表５．供試材の衝駒絽―鍍衝撃エネルギー：　２０ｋｇｆｃ＋＋＋　　　　３６回
／分　　　試片：ノツチ部　φ１０，５Ｒ表６．供試材
の転勤疲労奔命ヘルツの最大接触応力　Ｐｍｘ＝５００ｋｇｆ／ｍｍ２
　　応力繰返し数　１８００ｒｏ＋ｎ８１０　）　、５
０％寿命（Ｂ５０　）を比較した。酸素、鉛およびチタ
ンの含有量が多いヒートは寿命が極端に短いことが分か
り、スラスト型ころがり寿命には酸素、鉛およびチタン
は有害な元素であることが分かる。さらに低酸素、非錯
および低チタン含有量のヒートにおいて、寿命はビスマ
スの添加量の増加に伴い徐々に低下する。しかし、ビス
マス添加量が０．０４％以下であれば寿命の低下は極く
僅かであり、急激な寿命の低下は０．０４％以上の添加
によって起こる。本発明鋼では○量を０．００１５％以
下、Ｔｉをｏ、ｏｏｓ％以下の極低値とし、ビスマス量
を０．０４％以下に規制することによって寿命の低下を
防止することができた。

表７には超硬合金工具による切削試験で得られた切屑の
処理性（破砕性）をまとめた。本発明鋼では微細なビス
マス粒子の存在によって切屑は細かく切れ、しかも切刃
面の潤滑作用によって小さく丸まり、ビスマスを含有し
ない比較鋼に比し、優れた特性を発揮した。これは○量
が極低値であるため、少量のビスマス添加でもビスマス
の快削効果が失われず保持されるためと考えられる。

（発明の効果）以上、詳述したように、本発明鋼では機械的性質、回転
曲げ疲労強度およびＷＪ撃疲労寿命および転勤疲労寿命
などの特性を劣化させることなく、同時に切削性の面で
もとくに問題となる切屑処理性（破砕性）が基本鋼に比
し、向上することが分かる。本発明鋼を自動車用、建設
機械用などの重要保安部品（ギヤー、軸受なと）に使用
すると、現用材に比べて被削性の改善ができ、切削コス
トの低減が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ：０．０７〜１．２０％Ｓｉ：０．０３〜１．５０％Ｍｎ：０．１０〜２．００％Ａｌ：０．０１５〜０．０５０％Ｐ：０．０２％以下Ｓ：０．０２％以下Ｔｉ：０．００５％以下Ｏ：０．００１５％以下Ｎ：０．００３〜０．０２０％Ｂｉ：０．００１〜０．０４０％残部Ｆｅおよび必然的に含まれる不純物からなる長寿命
転動部品用鋼。
（２）重量％でＣ：０．０７〜１．２０％Ｓｉ：０．０３〜１．５０％Ｍｎ：０．１０〜２．００％Ａｌ：０．０１５〜０．０５０％Ｐ：０．０２％以下Ｓ：０．０２％以下Ｔｉ：０．００５％以下Ｏ：０．００１５％以下Ｎ：０．００３〜０．０２０％Ｂｉ：０．００１〜０．０４０％さらにＮｉ：５．００％以下Ｃｒ：２．００％以下Ｍｏ：１．００％以下Ｖ：０．２％以下およびＮｂ：０．２％以下の内１種もしくは２種以上含有し、残部Ｆｅおよび必然
的に含まれる不純物からなる長寿命転動部品用鋼。