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JPH0517821A - 焼き割れの少ない高周波焼入れ部品の製造方法 - Google Patents

焼き割れの少ない高周波焼入れ部品の製造方法

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Publication number
JPH0517821A
JPH0517821A JP19731291A JP19731291A JPH0517821A JP H0517821 A JPH0517821 A JP H0517821A JP 19731291 A JP19731291 A JP 19731291A JP 19731291 A JP19731291 A JP 19731291A JP H0517821 A JPH0517821 A JP H0517821A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
less
forging
induction
few
present
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP19731291A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuro Ochi
達朗 越智
Yoshiro Koyasu
善郎 子安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP19731291A priority Critical patent/JPH0517821A/ja
Publication of JPH0517821A publication Critical patent/JPH0517821A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、焼き割れを防止しかつτmaxが1
80kgf/mm2以上の優れたねじり強さを有する高
周波焼入れ部品の製造方法を提供する。 【構成】 C:0.4〜0.8%、Mn:0.25〜
0.70%、Cr:0.3〜1.5%ほか特定組成を含
有し、Si、P、B、Oを低減した鋼素材を30分以内
の昇温時間で鍛造温度に加熱し、1000℃以下のオー
ステナイト温度域で鍛造後、鍛造温度〜500℃間を
0.5℃/秒以上の平均冷却速度で冷却し、その後高周
波焼入れ−焼戻しを行うことを特徴とする焼き割れの少
ない高周波焼入れ部品の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焼き割れの少ない高周波
焼入れ部品の製造方法にかかわり、さらに詳しくは、機
械部品として優れたねじり強さを有し、かつ製造時に焼
き割れを起こしにくい高周波焼入れ部品の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の動力伝達系を構成する軸形状を
有する部品は、近年の自動車エンジンの高出力化にとも
ない、これらの部品の高強度化(ねじり強さの向上)の
指向が強い。これらの機械部品は、通常中炭素鋼を所定
の部品形状に成形加工し、高周波焼入れ−焼戻しを施し
て製造されている。高周波焼入れ材のねじり強さは、例
えば「いすず技報、第67号9頁」にみられるように、
高周波焼入れ深さを深くするほど向上するが、現状では
表面最大せん断応力(以下τmaxと呼ぶ)は約150k
gf/mm2が上限である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したτma
x=150kgf/mm2の強さレベルは、自動車の動力
伝達系部品の強さレベルとして十分であるとは言えない
のが現状である。ここで、高周波焼入れ材では、高強度
化にともなって焼き割れが発生しやすくなり、その抑制
が現在重要な課題の一つとなっている。そこで、本発明
の目的は、焼き割れを防止しかつτmaxが180kgf
/mm2以上の優れたねじり強さを有する高周波焼入れ
部品の製造方法を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、焼き割れ
を防止しかつ高周波焼入れにより優れたねじり強さを実
現し得る機械部品を実現するために、鋭意検討を行ない
次の知見を得た。 (1)高周波焼入れ材のねじり強さは、高C化と焼入れ
性の向上により、顕著に向上する。しかしながら、高C
化と焼入れ性を向上させると、焼き割れが発生する危険
が大きくなる。 (2)焼き割れは旧オーステナイト粒界割れを呈してお
り、焼き割れを防止するためには、次の各点がポイント
である。 粒界偏析元素(P,B)の低減 主として焼き割れを起こしにくいCr,Moで焼入れ
性を確保する。 フェライト地を強化し焼き割れ感受性を高めるSiを
低減する。 高周波焼入れ後の旧オーステナイト粒径を次の方法の
組み合わせにより細粒化する。 ・Al等の炭窒化物生成元素量とN量を適正制御。 ・高周波焼入れの前に1000℃以下のオーステナイト
温度域で鍛造し、高周波焼入れの前の組織の微細化をは
かる。 (3)なお、高周波焼入れの前の鍛造加熱−冷却時にC
r、Moがセメンタイト中にとけ込み、焼入れ性が低下
する危険性があるので、鍛造加熱時の昇温および冷却を
迅速に行う。 (4)また、Al等の炭窒化物生成元素は同時に酸化物
系介在物を生成し、焼き割れ感受性を高めるため、酸素
量を低減する。
【0005】本発明は以上の新規なる知見にもとずいて
なされたものであって、その要旨とするところは、重量
比として、 C:0.4〜0.8%、 Mn:.0.25〜0.70%、 S:0.01〜0.15%、 Al:0.015〜0.05%、 N:0.003〜0.020%、 を含有し、 さらにCr:0.3〜1.5%、Mo:0.05〜0.
5%の1種または2種を含有し、 Si:0.1%以下、P:0.020%以下、B:0.
0005%未満、0:0.002%以下に制限し、 さらにまたは、Mo:0.5%以下を含有し、さらにま
たは、 Ti:0.005〜0.04% Nb:0.005〜0.1% V:0.03〜0.3% の1種または2種以上を含有し、残部が鉄および不可避
的不純物からなる鋼素材を30分以内の昇温時間で鍛造
温度に加熱し、1000℃以下のオーステナイト温度域
で鍛造後、鍛造温度〜500℃間を0.5℃/秒以上の
平均冷却速度で冷却し、その後高周波焼入れ−焼戻しを
行うことを特徴とする焼き割れの少ない高周波焼入れ部
品の製造方法にある。
【0006】
【作用】以下に、本発明を詳細に説明する。最初に、本
発明対象鋼として、成分含有範囲を上記の如く限定した
理由について説明する。まず、Cは機械部品としての最
終製品の強度を増加させるのに有効な元素であるが、
0.4%未満では最終製品の強度が不足し、また0.8
%を超えるとむしろ最終製品の靱性の劣化を招くので、
含有量を0.4〜0.8%とした。次に、Mnは焼入れ
性の向上を通じて、最終製品の強度を増加させるのに有
効な元素であるが、0.25%未満ではこの効果は不十
分である。一方、0.7%超では、1000℃以下のオ
ーステナイト温度域での鍛造荷重が顕著に大きくなる。
以上の理由でMnの含有量を0.25〜0.70%とし
た。次に、Sは鋼中でMnSとして存在し、被削性の向
上および組織の微細化に寄与するが、0.01%未満で
はその効果は不十分である。一方、0.15%を超える
とその効果は飽和し、むしろ靱性の劣化及び異方性の増
加を招く。以上の理由から、Sの含有量を0.01〜
0.15%とした。次に、Alは脱酸元素および結晶粒
微細化元素として添加するが、0.015%未満ではそ
の効果は不十分であり、一方、0.05%を超えるとそ
の効果は飽和し、むしろ靱性を劣化させるので、その含
有量を0.015〜0.05%とした。さらに、NはA
lNの析出挙動を通じて、オーステナイト粒/フェライ
ト・パーライト組織の微細化に寄与するが、0.003
%未満ではその効果は不十分であり、一方、0.020
%超では、その効果は飽和しむしろ靱性の劣化を招くの
で、その含有量をN:0.003〜0.020%とし
た。
【0007】次に、本発明では、Cr:0.3〜1.5
%、Mo:0.05〜0.5%の1種または2種を含有
させる。Cr、Moはともに焼入れ性の向上を通じて、
最終製品の強度を増加させるのに有効な元素であるが、
Cr:0.3%未満、Mo:0.05%未満ではこの効
果は不十分である。一方、Cr:1.5%超、Mo:
0.5%超では、1000℃以下のオーステナイト温度
域での鍛造荷重が顕著に大きくなる。以上の理由で成分
含有範囲をCr:0.3〜1.5%、Mo:0.05〜
0.50%、とした。一方、Siは、焼入れ性増加の効
果は小さく、逆にフェライト地を強化することによって
焼き割れ感受性を高めるとともに、1000℃以下のオ
ーステナイト温度域での鍛造荷重を増加させる元素であ
る。これらの悪影響は0.1%超で特に顕著になるた
め、0.1%を上限とした。また、P、Bは鋼中で粒界
偏析や中心偏析を起こし、焼き割れ、靱性劣化の原因と
なる。特にP:0.020%超、B:0.0005%以
上でこれらの悪影響が顕著となるため、P:0.020
%以下、B:0.0005%未満とした。さらに、Oは
Al23等の酸化物を生成し応力集中サイトとなり、こ
れが焼き割れの原因の一つとなる。O:0.002%超
でこの影響が顕著となるため、0.002%以下とし
た。
【0008】また本発明においては、粒度調整の目的
で、Ti、Nb、Vの1種又は2種以上を必須元素とし
て含有させることが出来る。しかしながら、Ti含有量
が0.005%未満、Nb含有量が0.005%未満、
V含有量が0.03%未満ではその効果は不十分であ
り、一方、Ti:0.040%超、Nb:0.10%
超、V:0.30%超では、その効果は飽和し、むしろ
靱性を劣化させるので、これらの含有量をTi:0.0
05〜0.040%、Nb:0.005%〜0.1%、
V:0.03〜0.3%とした。
【0009】次に、本発明においては、上記の鋼素材
を、30分以内の昇温時間で鍛造温度に加熱し、100
0℃以下のオーステナイト温度域で鍛造後、鍛造温度〜
500℃間を0.5℃/秒以上の平均冷却速度で冷却
し、その後高周波焼入れ−焼戻を行うのであるが、製造
方法を限定した理由について述べる。高周波焼入れの前
に1000℃以下のオーステナイト温度域で鍛造するの
は、オーステナイト域での加工再結晶を活用し、高周波
焼入れの前の組織の微細化をはかり、高周波焼入れ時の
焼き割れを抑制するためである。しかしながら、鍛造温
度が1000℃超ではこの効果が小さいので、鍛造温度
を1000℃以下とした。ここで、高周波焼入れの前の
鍛造加熱−冷却時にCr、Moがセメンタイト中にとけ
込み、十分な焼入れ性の確保が困難になる。この現象は
昇温時間30分超、および鍛造温度〜500℃間の平均
冷却速度0.5℃/秒未満で特に顕著になるため、鍛造
温度までの昇温時間を30分以内、および鍛造温度〜5
00℃間の平均冷却速度を0.5℃/秒以上とした。以
下に、本発明の効果を実施例により、さらに具体的に示
す。
【0010】
【実施例】表1の組成を有する直径50mmφの棒鋼
を、表2に示す条件で減面率50%の鍛造を行い、平行
部が20mmφのねじり試験片に機械加工した。その
後、周波数30KHz、送り速度12mm/秒の条件で
高周波焼入れを行い、170℃×1時間の条件で焼戻し
を行った。これらの試料についてねじり試験を行った。
表3に各鋼材のねじり強さ評価結果を、高周波加熱時の
焼き割れの有無とあわせて示す。表3から明らかなよう
に、本発明法による試料はいずれもτmaxが180kg
f/mm2以上の優れたねじり強さを有し、かつ焼き割
れ感受性が小さいことがわかる。一方、比較例1はCの
含有量が本発明の範囲を下回った場合であり、比較例1
6はMnの含有量が本発明の範囲を下回った場合であ
り、17はCr、Moの含有量がともに本発明の範囲を
下回った場合であり、比較例5、21は鍛造温度までの
昇温時間が本発明の範囲を上回った場合であり、比較例
8、22は鍛造温度〜500℃間の平均冷却速度が本発
明の範囲を下回った場合であり、いずれもτmaxが18
0kgf/mm2以上のねじり強さを達成していない。
また、比較例10、11、14、15、18はC、P、
B、Si、Oの含有量がそれぞれ本発明の範囲を上回っ
た場合であり、比較例12、13はAl、Nの含有量が
それぞれ本発明の範囲を下回った場合であり、さらに比
較例4、7は鍛造温度が本発明の範囲を上回った場合で
あり、いずれも焼き割れが発生している。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
【0013】
【表3】
【0014】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明法を用いれ
ば、τmaxが180kgf/mm2以上の優れたねじり強
さを有し、かつ焼き割れの少ない高周波焼入れ部品の製
造が可能であり、近年の自動車エンジンの高出力化を許
容し得る動力伝達系部品の製造が可能となり、産業上の
効果は極めて顕著なるものがある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比として、 C:0.4〜0.8%、 Mn:0.25〜0.70%、 S:0.01〜0.15%、 Al:0.015〜0.05%、 N:0.003〜0.020%、 を含有し、 さらにCr:0.3〜1.5%、Mo:0.05〜0.
    5%の1種または2種を含有し、 Si:0.1%以下、P:0.020%以下、B:0.
    0005%未満、O:0.002%以下に制限し、残部
    が鉄および不可避的不純物からなる鋼素材を30分以内
    の昇温時間で鍛造温度に加熱し、1000℃以下のオー
    ステナイト温度域で鍛造後、鍛造温度〜500℃間を
    0.5℃/秒以上の平均冷却速度で冷却し、その後高周
    波焼入れ−焼戻しを行うことを特徴とする焼き割れの少
    ない高周波焼入れ部品の製造方法。
  2. 【請求項2】 鋼がさらに、 Ti:0.005〜0.04% Nb:0.005〜0.1% V:0.03〜0.3% の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求
    項1記載の焼き割れの少ない高周波焼入れ部品の製造方
    法。
JP19731291A 1991-07-12 1991-07-12 焼き割れの少ない高周波焼入れ部品の製造方法 Withdrawn JPH0517821A (ja)

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Effective date: 19981008