JPH0693375A - 浸炭ギア製造用ホウ素処理鋼 - Google Patents
浸炭ギア製造用ホウ素処理鋼Info
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- JPH0693375A JPH0693375A JP3344691A JP34469191A JPH0693375A JP H0693375 A JPH0693375 A JP H0693375A JP 3344691 A JP3344691 A JP 3344691A JP 34469191 A JP34469191 A JP 34469191A JP H0693375 A JPH0693375 A JP H0693375A
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- JP
- Japan
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- steel
- boron
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Gears, Cams (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来使用されているギア製造用低合金鋼又は
ホウ素処理鋼に比べて製造原価、浸炭時の熱処理変形及
び粒界酸化量を低減する効果が高く、硬化能、機械的強
度及び疲労強度が優れた浸炭ギア用ホウ素処理鋼を得
る。 【構成】 C 0.18〜0.35重量%、Si 0.
06〜0.15重量%、Mn 0.50〜1.00重量
%、Cr 0.40〜0.90重量%、Al 0.01
〜0.05重量%、Ti 0.01〜0.04重量%、
N 0.012重量%以下、O 0.003重量%以
下、B 0.0005〜0.0030重量%、Ti/N
=3.4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可避に含有
される不純物からなる浸炭ギア製造用ホウ素処理鋼。
ホウ素処理鋼に比べて製造原価、浸炭時の熱処理変形及
び粒界酸化量を低減する効果が高く、硬化能、機械的強
度及び疲労強度が優れた浸炭ギア用ホウ素処理鋼を得
る。 【構成】 C 0.18〜0.35重量%、Si 0.
06〜0.15重量%、Mn 0.50〜1.00重量
%、Cr 0.40〜0.90重量%、Al 0.01
〜0.05重量%、Ti 0.01〜0.04重量%、
N 0.012重量%以下、O 0.003重量%以
下、B 0.0005〜0.0030重量%、Ti/N
=3.4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可避に含有
される不純物からなる浸炭ギア製造用ホウ素処理鋼。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は浸炭ギア製造用ホウ素処
理鋼に関するもので、詳しくは従来使用されているギア
製造用低合金鋼又はホウ素処理鋼(以下、ホウ素鋼とす
る)に比べて製造原価、浸炭時の熱処理変形及び粒界酸
化量を低減する効果が高く、硬化能、機械的強度及び疲
労強度に優れた浸炭ギア製造用ホウ素鋼に関するもので
ある。
理鋼に関するもので、詳しくは従来使用されているギア
製造用低合金鋼又はホウ素処理鋼(以下、ホウ素鋼とす
る)に比べて製造原価、浸炭時の熱処理変形及び粒界酸
化量を低減する効果が高く、硬化能、機械的強度及び疲
労強度に優れた浸炭ギア製造用ホウ素鋼に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、浸炭ギア製造用低合金鋼には熱処
理変形量又は表面硬度、内部硬度、靭性及び疲労強度等
を考慮して炭素(C)含有量約0.20重量%のクロム
(Cr)−モリブデン(Mo)鋼又はニッケル(Ni)
−クロム(Cr)−モリブデン(Mo)鋼を使用してき
たが、上記Cr、Ni又はMo元素等は下記表1に示す
ように地球上に存在する賦存量が少ない希少元素である
ため、相対的に付加価値が高く、炭浸ギア製造用合金鋼
の製造時に製造原価を上昇させる問題があった。
理変形量又は表面硬度、内部硬度、靭性及び疲労強度等
を考慮して炭素(C)含有量約0.20重量%のクロム
(Cr)−モリブデン(Mo)鋼又はニッケル(Ni)
−クロム(Cr)−モリブデン(Mo)鋼を使用してき
たが、上記Cr、Ni又はMo元素等は下記表1に示す
ように地球上に存在する賦存量が少ない希少元素である
ため、相対的に付加価値が高く、炭浸ギア製造用合金鋼
の製造時に製造原価を上昇させる問題があった。
【0003】
【表1】
【0004】上記問題点を解決するために、本発明者ら
は、従来機械構造用低級部品に使用されたホウ素鋼を浸
炭ギア製造用として使用可能に改良した新しいホウ素鋼
を大韓民国特許出願90−19454号(出願日199
0年11月29日)に提案した。このホウ素鋼は、高価
なニッケル、クロム又はモリブデンをホウ素で代替する
ことによって製造原価を節減するとともに、浸炭時の熱
処理変形又は硬化能、強度及び疲労限度等の機械的特性
にも優れた浸炭ギア用鋼であるが、既存鋼材に生じる浸
炭時の粒界酸化の問題は解決しなかった。
は、従来機械構造用低級部品に使用されたホウ素鋼を浸
炭ギア製造用として使用可能に改良した新しいホウ素鋼
を大韓民国特許出願90−19454号(出願日199
0年11月29日)に提案した。このホウ素鋼は、高価
なニッケル、クロム又はモリブデンをホウ素で代替する
ことによって製造原価を節減するとともに、浸炭時の熱
処理変形又は硬化能、強度及び疲労限度等の機械的特性
にも優れた浸炭ギア用鋼であるが、既存鋼材に生じる浸
炭時の粒界酸化の問題は解決しなかった。
【0005】上記粒界酸化現象は浸炭ガス中に存在する
CO2、H2Oが鋼中の珪素、マンガン、クロムを酸化さ
せるために起こる現象で、これらの合金元素の酸化によ
り最表層の硬化能が低下するので、焼入時表面の約20
μmがベイナイト組織になって硬度不良とともに表面で
引張応力が生じる。この問題を解消するための対策とし
て、従来は粒界酸化層を研磨により除去するか又は使用
初期に摩耗が促進される潤滑油を使用するすり合わせ運
転(Running-in)等の方法を用いていた。
CO2、H2Oが鋼中の珪素、マンガン、クロムを酸化さ
せるために起こる現象で、これらの合金元素の酸化によ
り最表層の硬化能が低下するので、焼入時表面の約20
μmがベイナイト組織になって硬度不良とともに表面で
引張応力が生じる。この問題を解消するための対策とし
て、従来は粒界酸化層を研磨により除去するか又は使用
初期に摩耗が促進される潤滑油を使用するすり合わせ運
転(Running-in)等の方法を用いていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法はギアの接触面を中心として行われるので、歯
根部位に残留する粒界酸化層まで除去し得るものではな
かった。特に、最近では歯根部位に残留する粒界酸化層
が歯根破損の原因であることが突き止められ、粒界酸化
層の低減のための根本的な解決方法が要求されていた。
したがって、本発明の目的は従来の技術において問題と
なった粒界酸化層を低減させ、ホウ素の効果を最大に活
用するために、酸化しやすい珪素、マンガン、クロムの
量を減らし、ホウ素でニッケル、クロム、モリブデンを
代替した新しい浸炭ギア用ホウ素鋼を提供することであ
る。
うな方法はギアの接触面を中心として行われるので、歯
根部位に残留する粒界酸化層まで除去し得るものではな
かった。特に、最近では歯根部位に残留する粒界酸化層
が歯根破損の原因であることが突き止められ、粒界酸化
層の低減のための根本的な解決方法が要求されていた。
したがって、本発明の目的は従来の技術において問題と
なった粒界酸化層を低減させ、ホウ素の効果を最大に活
用するために、酸化しやすい珪素、マンガン、クロムの
量を減らし、ホウ素でニッケル、クロム、モリブデンを
代替した新しい浸炭ギア用ホウ素鋼を提供することであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、C 0.18〜0.35重量%、
Si 0.06〜0.15重量%、Mn 0.50〜
1.00重量%、Cr 0.40〜0.90重量%、A
l 0.01〜0.05重量%、Ti 0.01〜0.
04重量%、N 0.012重量%以下、O 0.00
3重量%以下、B0.0005〜0.0030重量%、
Ti/N=3.4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可
避に含有される不純物からなる浸炭ギア製造用ホウ素鋼
が提供される。
め、本発明によれば、C 0.18〜0.35重量%、
Si 0.06〜0.15重量%、Mn 0.50〜
1.00重量%、Cr 0.40〜0.90重量%、A
l 0.01〜0.05重量%、Ti 0.01〜0.
04重量%、N 0.012重量%以下、O 0.00
3重量%以下、B0.0005〜0.0030重量%、
Ti/N=3.4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可
避に含有される不純物からなる浸炭ギア製造用ホウ素鋼
が提供される。
【0008】また、本発明によれば、C 0.21〜
0.23重量%、Si 0.09〜0.13重量%、M
n 0.51〜0.74重量%、Cr 0.51〜0.
75重量%、Al 0.02〜0.023重量%、Ti
0.02〜0.03重量%、N 0.007〜0.0
09重量%、O 0.0020〜0.0025重量%、
B 0.002〜0.0025重量%、Ti/N=3.
4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可避に含有される
不純物からなることを特徴とする浸炭ギア製造用ホウ素
鋼が提供される。
0.23重量%、Si 0.09〜0.13重量%、M
n 0.51〜0.74重量%、Cr 0.51〜0.
75重量%、Al 0.02〜0.023重量%、Ti
0.02〜0.03重量%、N 0.007〜0.0
09重量%、O 0.0020〜0.0025重量%、
B 0.002〜0.0025重量%、Ti/N=3.
4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可避に含有される
不純物からなることを特徴とする浸炭ギア製造用ホウ素
鋼が提供される。
【0009】以下、本発明のホウ素鋼において、各成分
元素を上記の数値に限定した理由を説明する。Cは強度
と硬度を確保するための必須的な元素であり、内部の硬
度HRC(ロックウェルC硬さ)を20以上に維持する
ためには最小0.18重量%含有される必要があるが、
0.35重量%を越えると硬度が過度に上昇してむしろ
靭性を害し、ギア用素材としての使用が困難になるので
制限する。更に望ましいCの含有量は0.21〜0.2
3重量%である。
元素を上記の数値に限定した理由を説明する。Cは強度
と硬度を確保するための必須的な元素であり、内部の硬
度HRC(ロックウェルC硬さ)を20以上に維持する
ためには最小0.18重量%含有される必要があるが、
0.35重量%を越えると硬度が過度に上昇してむしろ
靭性を害し、ギア用素材としての使用が困難になるので
制限する。更に望ましいCの含有量は0.21〜0.2
3重量%である。
【0010】Siは製鋼中脱酸剤として作用し、浸炭用
鋼材には最小0.06重量%以上含有される必要がある
が、酸化しやすいので本発明においては粒界酸化量を減
らすために0.15重量%以下に限定した。更に望まし
いSiの含有量は0.09〜0.13重量%である。
鋼材には最小0.06重量%以上含有される必要がある
が、酸化しやすいので本発明においては粒界酸化量を減
らすために0.15重量%以下に限定した。更に望まし
いSiの含有量は0.09〜0.13重量%である。
【0011】Mnは強度向上及び硬化能向上に寄与する
安価な合金元素で、製鋼中脱硫剤として作用する重要な
元素である。しかし、Siとともに酸化しやすい元素の
一つであるので1.0重量%以下に制限し、硬化能を高
くするために0.5重量%以上添加する。更に望ましい
Mnの含有量は0.51〜0.74重量%である。
安価な合金元素で、製鋼中脱硫剤として作用する重要な
元素である。しかし、Siとともに酸化しやすい元素の
一つであるので1.0重量%以下に制限し、硬化能を高
くするために0.5重量%以上添加する。更に望ましい
Mnの含有量は0.51〜0.74重量%である。
【0012】Crはフェライトに固溶されて基地組織強
化に寄与し、低炭素鋼である場合効果的な強化元素であ
るので0.4重量%以上添加する。しかし、Si、Mn
のように粒界酸化を起こす問題があるので0.9重量%
以下に制限する。更に望ましいCrの含有量は0.51
〜0.75重量%である。
化に寄与し、低炭素鋼である場合効果的な強化元素であ
るので0.4重量%以上添加する。しかし、Si、Mn
のように粒界酸化を起こす問題があるので0.9重量%
以下に制限する。更に望ましいCrの含有量は0.51
〜0.75重量%である。
【0013】Alは脱酸作用が強く、鎮静鋼の製造に使
用される元素で、本発明では鋼中に残存して結晶粒の微
細化及び靭性向上に寄与する。0.01重量%以下では
脱酸が十分に行われなく、0.05重量%を越えるとS
iO2に少量含有されて容易に塑性変形を起こし、製品
の清浄度を害する線状介在物を形成するので限定する。
更に望ましいAlの含有量は0.02〜0.023重量
%である。
用される元素で、本発明では鋼中に残存して結晶粒の微
細化及び靭性向上に寄与する。0.01重量%以下では
脱酸が十分に行われなく、0.05重量%を越えるとS
iO2に少量含有されて容易に塑性変形を起こし、製品
の清浄度を害する線状介在物を形成するので限定する。
更に望ましいAlの含有量は0.02〜0.023重量
%である。
【0014】TiはNとの結合力が強く、本発明で要求
されるホウ素効果を得るために必須の元素である。0.
01重量%以上から安定的なホウ素効果を期待でき、
0.04重量%を越えると効果がそれ以上増大しないの
で制限する。更に望ましいTi含有量は0.02〜0.
03重量%である。
されるホウ素効果を得るために必須の元素である。0.
01重量%以上から安定的なホウ素効果を期待でき、
0.04重量%を越えると効果がそれ以上増大しないの
で制限する。更に望ましいTi含有量は0.02〜0.
03重量%である。
【0015】Nは製鋼時空気中で溶解されて含有される
元素であり、ホウ素と結合してBNを形成すると、期待
するホウ素効果を得ることができないので0.012重
量%以下に制限する。更に望ましいNの含有量は0.0
07〜0.009重量%である。
元素であり、ホウ素と結合してBNを形成すると、期待
するホウ素効果を得ることができないので0.012重
量%以下に制限する。更に望ましいNの含有量は0.0
07〜0.009重量%である。
【0016】Oは本発明で解決しようとする粒界酸化の
根本原因で、製鋼時空気中で溶解され含有されるので脱
酸作業で除去し、0.003重量%を越えると粒界酸化
低減を期待しにくいので制限する。更に望ましいOの含
有量は0.0020〜0.0025重量%である。
根本原因で、製鋼時空気中で溶解され含有されるので脱
酸作業で除去し、0.003重量%を越えると粒界酸化
低減を期待しにくいので制限する。更に望ましいOの含
有量は0.0020〜0.0025重量%である。
【0017】Bは高価な合金元素の代わりに効果的に硬
化能を向上させる安価な元素で、0.0005重量%程
度の微量な含有量でも効果を期待し得るが、0.003
0重量%を越えるとそれ以上は硬化能が増大せず、むし
ろ靭性を害するおそれがあるので制限する。更に望まし
いBの含有量は0.002〜0.0025重量%であ
る。また、Ti/Nの比率は、3.4より小さい場合、
自由NによるBNの形成を十分に防止できず、6を越え
ると効果が期待できないので制限した。
化能を向上させる安価な元素で、0.0005重量%程
度の微量な含有量でも効果を期待し得るが、0.003
0重量%を越えるとそれ以上は硬化能が増大せず、むし
ろ靭性を害するおそれがあるので制限する。更に望まし
いBの含有量は0.002〜0.0025重量%であ
る。また、Ti/Nの比率は、3.4より小さい場合、
自由NによるBNの形成を十分に防止できず、6を越え
ると効果が期待できないので制限した。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。
【0019】下記表2に示す組成からなる本発明のホウ
素鋼(A及びB)及び従来の鋼(SCM402H、SN
CM420H及び大韓民国特許願90−19454号提
示のホウ素鋼)についてジョミニ試験を行い、それぞれ
の鋼のジョミニ試験曲線を図1〜図5に示した。なお、
鋼の製造には従来公知の製造方法を用いた。
素鋼(A及びB)及び従来の鋼(SCM402H、SN
CM420H及び大韓民国特許願90−19454号提
示のホウ素鋼)についてジョミニ試験を行い、それぞれ
の鋼のジョミニ試験曲線を図1〜図5に示した。なお、
鋼の製造には従来公知の製造方法を用いた。
【0020】
【表2】
【0021】図1〜図5において、水冷された鋼の表面
端より13mmの距離での硬度値を比較してみると本発
明の鋼(A及びB)が従来の鋼種と同一水準の硬度と強
度を有することがわかる。
端より13mmの距離での硬度値を比較してみると本発
明の鋼(A及びB)が従来の鋼種と同一水準の硬度と強
度を有することがわかる。
【0022】図6〜図10は925℃で4時間浸炭した
後、850℃の鋼を60℃の油中に焼入し、180℃で
焼戻した上記各浸炭ギア用鋼の臨界酸化程度を示す拡大
写真である。臨界酸化層の深さは、図6(SCM420
H)で17.5μm、図7(SNCM420H)で20
μm、図8(大韓民国特許願90−1945号)で15
μm、図9(本発明の実施例A)で8.7μm、図10
(本発明の実施例B)で7.5μmであり、本発明のホ
ウ素鋼A及びB(図9及び図10)の臨界酸化層の深さ
は従来の鋼に比べてほぼ50%以下であることがわか
る。図11は本発明の実施例B鋼の熱処理特性を示す連
続冷却変態曲線(CCTDiagram)である。熱処理時に
はこの図表を活用することにより所望の性質を得ること
ができる。
後、850℃の鋼を60℃の油中に焼入し、180℃で
焼戻した上記各浸炭ギア用鋼の臨界酸化程度を示す拡大
写真である。臨界酸化層の深さは、図6(SCM420
H)で17.5μm、図7(SNCM420H)で20
μm、図8(大韓民国特許願90−1945号)で15
μm、図9(本発明の実施例A)で8.7μm、図10
(本発明の実施例B)で7.5μmであり、本発明のホ
ウ素鋼A及びB(図9及び図10)の臨界酸化層の深さ
は従来の鋼に比べてほぼ50%以下であることがわか
る。図11は本発明の実施例B鋼の熱処理特性を示す連
続冷却変態曲線(CCTDiagram)である。熱処理時に
はこの図表を活用することにより所望の性質を得ること
ができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の浸炭ギア
用ホウ素処理鋼は、合金鋼の製造時に少量のホウ素を添
加することにより従来のクロム−モリブデン鋼又はニッ
ケル−クロム−モリブデン鋼に比べて相対的に製造原価
が節減され、併せて硬化能と粒界酸化に対する耐蝕性に
優れるので、浸炭ギア製造用鋼として従来の低合金鋼又
はホウ素鋼に比べて優れた性質を有する。
用ホウ素処理鋼は、合金鋼の製造時に少量のホウ素を添
加することにより従来のクロム−モリブデン鋼又はニッ
ケル−クロム−モリブデン鋼に比べて相対的に製造原価
が節減され、併せて硬化能と粒界酸化に対する耐蝕性に
優れるので、浸炭ギア製造用鋼として従来の低合金鋼又
はホウ素鋼に比べて優れた性質を有する。
【図1】SCM420H鋼のジョミニ試験曲線を示す図
表である。
表である。
【図2】SNCM420H鋼のジョミニ試験曲線を示す
図表である。
図表である。
【図3】大韓民国特許願90−19454号に提示した
鋼のジョミニ試験曲線を示す図表である。
鋼のジョミニ試験曲線を示す図表である。
【図4】本発明の実施例Aの鋼のジョミニ試験曲線を示
す図表である。
す図表である。
【図5】本発明の実施例Bの鋼のジョミニ試験曲線を示
す図表である。
す図表である。
【図6】SCM420H鋼の粒界酸化状態を示す拡大写
真(×400)である。
真(×400)である。
【図7】SNCM420H鋼の粒界酸化状態を示す拡大
写真(×400)である。
写真(×400)である。
【図8】大韓民国特許願90−19454号に提示した
鋼の粒界酸化状態を示す拡大写真(×400)である。
鋼の粒界酸化状態を示す拡大写真(×400)である。
【図9】本発明の実施例Aの鋼の粒界酸化状態を示す拡
大写真(×400)である。
大写真(×400)である。
【図10】本発明の実施例Bの鋼の粒界酸化状態を示す
拡大写真(×400)である。
拡大写真(×400)である。
【図11】本発明の実施例Bの鋼の連続変態曲線であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨング グェオン ジ 大韓民国、キュングサングナムドウ、チャ ングウェオン市、シンチョンドン、27−1 (72)発明者 ガング ヒェオング キム 大韓民国、キュングサングナムドウ、ジン ハエ市、ジュングピェオングドン、1−3
Claims (2)
- 【請求項1】 C 0.18〜0.35重量%、Si
0.06〜0.15重量%、Mn 0.50〜1.00
重量%、Cr 0.40〜0.90重量%、Al 0.
01〜0.05重量%、Ti 0.01〜0.04重量
%、N 0.012重量%以下、O 0.003重量%
以下、B 0.0005〜0.0030重量%、Ti/
N=3.4〜6.0、残余量の鉄及び製造時不可避に含
有される不純物からなることを特徴とする浸炭ギア製造
用ホウ素処理鋼。 - 【請求項2】 C 0.21〜0.23重量%、Si
0.09〜0.13重量%、Mn 0.51〜0.74
重量%、Cr 0.51〜0.75重量%、Al 0.
02〜0.023重量%、Ti 0.02〜0.03重
量%、N 0.007〜0.009重量%、O 0.0
020〜0.0025重量%、B 0.002〜0.0
025重量%、Ti/N=3.4〜6.0、残余量の鉄
及び製造時不可避に含有される不純物からなることを特
徴とする浸炭ギア製造用ホウ素処理鋼。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1991P21879 | 1991-11-30 | ||
KR1019910021879A KR940002139B1 (ko) | 1991-11-30 | 1991-11-30 | 침탄 기어 제조용 보론 처리강 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0693375A true JPH0693375A (ja) | 1994-04-05 |
Family
ID=19323956
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3344691A Pending JPH0693375A (ja) | 1991-11-30 | 1991-12-26 | 浸炭ギア製造用ホウ素処理鋼 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5178688A (ja) |
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