JP2623005B2 - Shot-peened case hardened steel for high fatigue strength gears - Google Patents
Shot-peened case hardened steel for high fatigue strength gearsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は歯車等の機械構造用のアークハイト0.8A以上
の強力ショットピーニング処理型の高疲労強度歯車用肌
焼鋼に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a hard shot peening type high fatigue strength case hardening steel having an arc height of 0.8 A or more for mechanical structures such as gears.
［従来の技術］ 従来より、歯車等の機械構造用の肌焼鋼においては、
被削性や冷間鍛造性、転動疲労特性、耐ピッチング性、
回転曲げ疲労特性等を向上させるためには、酸素量の低
減が効果あることが知られている。[Prior art] Conventionally, in case hardening steel for machine structures such as gears,
Machinability, cold forgeability, rolling fatigue characteristics, pitting resistance,
It is known that reducing the amount of oxygen is effective in improving rotational bending fatigue characteristics and the like.
例えば、特開昭58−45354号、特開昭60−208413号、
特公昭61−10028号、特開昭61−44159号、特公昭63−32
858号、特公昭63−32859号等の公報には、夫々焼肌鋼や
浸炭用鋼に係る発明が開示されている。これら前記の発
明鋼には、被削性や冷曲加工時の割れの観点から、鋼中
の酸素含有量を0.0015％〜0.0050％以下に制限した組成
となっている。For example, JP-A-58-45354, JP-A-60-208413,
JP-B-61-10028, JP-A-61-44159, JP-B-63-32
Publications such as Japanese Patent No. 858 and Japanese Patent Publication No. Sho 63-32859 disclose inventions relating to case hardening steel and carburizing steel, respectively. From the viewpoint of machinability and cracking during cold bending, these invention steels have compositions in which the oxygen content in the steel is limited to 0.0015% to 0.0050% or less.
また、特開昭62−54064号、特開昭62−274025号、特
開昭63−60257号、特開昭63−118052号等の公報には、
転動疲労特性、耐ピッチング性の上から酸素含有量を0.
0010％〜0.0015％以下に制限している。Further, JP-A-62-54064, JP-A-62-274025, JP-A-63-60257, JP-A-63-118052, and the like,
Oxygen content is set to 0.0 in consideration of rolling contact fatigue characteristics and pitting resistance.
It is limited to 0010% to 0.0015% or less.
また、特開昭61−163246号、特開昭62−63653号、特
開昭63−137145号等の公報には、酸化物系介在物の生成
を抑制するためと、耐ピッチング性及び回転曲げ疲労の
観点から、酸素含有量を0.0015％〜0.0030％以下に低減
せしめている。Further, JP-A-61-163246, JP-A-62-63653, JP-A-63-137145 and the like disclose the formation of oxide-based inclusions, pitting resistance and rotational bending. From the viewpoint of fatigue, the oxygen content is reduced to 0.0015% to 0.0030% or less.
耐ピッチング性や疲労強度を向上させるための方法と
して、鋼の成分と製造プロセスを組合せたものに、特開
昭62−196322号の機械構造用部品の製造方法がある。As a method for improving pitting resistance and fatigue strength, there is a method of manufacturing a component for a machine structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-196322, which combines a steel component and a manufacturing process.
上記公報には、Mn 2.0〜5.0％と高Mnの浸炭性焼入れ
鋼に残留オーステナイトを生成させ、その上でショット
ピーニングを施し、疲労強度を向上させることが開示さ
れている。The above publication discloses that carburizing hardened steel having a high Mn of 2.0 to 5.0% Mn generates residual austenite, and then performs shot peening to improve fatigue strength.
尚ショットピーニングとは、ショット（鋼粒）を鋼材
の表面に噴射して、表面層に残留圧縮応力を生ぜしめ、
かつ加工硬化によってこれを強化する一種の表面加工硬
化法を言い、ショットピーニングを施したものは特に疲
れ強さが増加するので、バネ、シャフト、ピンなどの表
面加工に常用される。In addition, shot peening sprays shots (steel grains) on the surface of steel material to generate residual compressive stress in the surface layer,
In addition, it refers to a kind of surface work hardening method that enhances this by work hardening, and shot peened ones are commonly used for surface processing of springs, shafts, pins, and the like, since the fatigue strength is particularly increased.
またショットには、鋳鉄のチルショット、鋼粒ショッ
ト、カットワイヤーショット、マルテンショットなどの
種類があり、ショットピーニングの程度を定量的に表現
するには、アルメンゲージというものを用い、その盛上
がり高さ（アークハイト）によって行う。In addition, there are shots such as chill shot, steel grain shot, cut wire shot, and marten shot of cast iron. (Arc height).
［発明が解決しようとする課題］ 以上の従来の機械構造用の肌焼鋼においては、特開昭
62−196322号公報以外は、回転曲げによる疲労強度が10
00MPaを越えるものについては開示されていない。[Problems to be Solved by the Invention] In the above conventional case hardening steels for machine structures, Japanese Patent Application Laid-Open
Except for 62-196322, the fatigue strength due to rotary bending was 10
Nothing over 00 MPa is disclosed.
また、上記特開昭62−196322号公報には、高Mn鋼をシ
ョットピーニングすることにより、疲労強度が1000MPa
以上の高疲労強度が得られているものの、このような高
Mn鋼には、鋼の製造条件や歯車の浸炭条件や熱処理条件
が従来鋼と変わり、工業的には使用上の新たな問題を招
く等の欠点があった。Also, JP-A-62-196322 discloses that a high Mn steel is shot-peened to provide a fatigue strength of 1000 MPa.
Although the above high fatigue strength is obtained,
Mn steel has drawbacks in that the steel manufacturing conditions, carburizing conditions of gears, and heat treatment conditions are different from those of conventional steels, resulting in a new problem in industrial use.
本発明は、上記の問題点を解消した、強力ショットピ
ーニング処理型の高疲労強度歯車用肌焼鋼を提供するこ
とを目的とするものである。An object of the present invention is to provide a hard shot steel for high fatigue strength gears of a strong shot peening type, which solves the above-mentioned problems.
［課題を解決するための手段］ 本発明の第１は、 ショットピーニング処理効果に優れた重量％で、C:0.
1〜0.3％,Si:0.05〜0.5％,Mn:0.4〜1.5％,Cr:0.2〜1.5
％,Sol.Al:0.015〜0.05％,Total N:0.0050〜0.0200％,T
otal O:0.0010％以下及び混入するTi、Nb、Zrのいずれ
も0.005％以下とし、残部Fe及び不可避不純物からな
り、鋼中の直径20μｍ以上の酸化物系介在物と窒化物系
介在物を鋼1g当り14箇以下とするショットピーニング処
理型の高疲労強度歯車用肌焼鋼である。[Means for Solving the Problems] The first aspect of the present invention is that the weight percentage of C: 0.
1 to 0.3%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.4 to 1.5%, Cr: 0.2 to 1.5
%, Sol.Al: 0.015-0.05%, Total N: 0.0050-0.0200%, T
otal O: 0.0010% or less and the content of Ti, Nb, and Zr to be mixed are 0.005% or less, and the balance of Fe and unavoidable impurities is made of oxide and nitride inclusions with a diameter of 20 μm or more in steel. This is a shot peening type case hardened steel for high fatigue strength gears of 14 or less per g.
また本発明の第２は、 ショットピーニング処理効果に優れた重量％で、C:0.
1〜0.3％,Si:0.05〜0.5％,Mn:0.4〜1.5％,Cr:0.2〜1.5
％,Sol.Al:0.015〜0.05％,Total N:0.0050〜0.0200％,T
otal O:0.0010％以下及び混入するTi、Nb、Zrのいずれ
も0.005％以下とし、さらにCu:0.1〜0.5％,Ni:0.2〜2.5
％,Mo:0.1〜0.5％のうち１種または２種以上を含有し、
残部Fe及び不可避不純物からなり、鋼中の直径20μｍ以
上の酸化物系介在物と窒化物系介在物を鋼1g当り14箇以
下とするショットピーニング処理型の高疲労強度歯車用
肌焼鋼である。Further, the second aspect of the present invention is that, by weight% excellent in shot peening treatment effect, C: 0.
1 to 0.3%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.4 to 1.5%, Cr: 0.2 to 1.5
%, Sol.Al: 0.015-0.05%, Total N: 0.0050-0.0200%, T
otal O: 0.0010% or less and mixed Ti, Nb, and Zr are all 0.005% or less, and Cu: 0.1 to 0.5%, Ni: 0.2 to 2.5
%, Mo: contains one or more of 0.1 to 0.5%,
This is a shot-peened high fatigue strength case hardening steel with the balance of Fe and unavoidable impurities, oxide and nitride inclusions with a diameter of 20 μm or more in the steel being 14 or less per g of steel. .
［作用］ このような強力ショットピーニング処理型の高疲労強
度歯車用肌焼鋼の成分値並びに酸化物系及び窒化物系介
在物の個数を限定した理由について以下に述べる。[Operation] The reasons for limiting the component values and the number of oxide-based and nitride-based inclusions of such a hard shot peening type high fatigue strength gear case hardening steel will be described below.
（１）Ｃについて Ｃは浸炭焼入れにより芯部の硬さを確保するために必
要な元素であり、歯車やシャフト等に要求される疲労強
度を確保するためのHRC25以上を得るためには少なくと
も0.10％以上添加する必要がある。(1) About C C is an element necessary to secure the hardness of the core by carburizing and quenching, and at least to obtain an HRC of 25 or more for securing the fatigue strength required for gears and shafts. It is necessary to add 0.10% or more.
しかし、多量の添加は浸炭後の衝撃特性や切削性を損
なうので上限を0.3％に設定しＣ含有量の範囲を0.10〜
0.3％とした。However, the addition of a large amount impairs the impact characteristics and machinability after carburizing, so the upper limit is set to 0.3% and the range of the C content is 0.10 to
0.3%.
（２）Siについて Siは脱酸効果を確保するために必要な元素であり、0.
05％を下回るとこの硬化が確保出来なくなるので0.05％
を下限とする。また、0.5％を越えて添加すると、浸炭
時に浸炭異状層の発生を助長するので0.5％を上限と
し、Si含有量の範囲を0.05〜0.5％とした。(2) About Si Si is an element necessary for securing a deoxidizing effect.
If it is less than 05%, this curing cannot be secured, so 0.05%
Is the lower limit. Further, if added in excess of 0.5%, the formation of a carburized abnormal layer during carburization is promoted. Therefore, the upper limit is 0.5%, and the range of the Si content is 0.05 to 0.5%.
（３）Mnについて Mnは脱酸効果、脱硫効果、焼入性の向上のために添加
する元素である。しかし0.4％を下回ると、これらの効
果が確保出来なくなるので0.4％を下限とする。また、
1.5％を越えて添加すると、浸炭後の衝撃特性や鋼の加
工性を損なうので、1.5％を上限とし、Mn含有量の範囲
を0.40〜1.5％とした。(3) About Mn Mn is an element added for improving the deoxidizing effect, desulfurizing effect, and hardenability. However, below 0.4%, these effects cannot be secured, so the lower limit is 0.4%. Also,
If added in excess of 1.5%, the impact properties after carburization and the workability of the steel are impaired, so the upper limit is 1.5% and the range of the Mn content is 0.40-1.5%.
（４）Crについて Crは焼入性及び焼入、焼戻し後の強度を向上させるた
めに必要であり、浸炭部品に対しては、浸炭層の硬さ及
び有効浸炭深さの向上のためには0.2％以上添加する必
要があるので、0.2％を下限とした。しかし、添加量が
1.5％を越えて添加すると、過剰浸炭を招き、焼入性、
切削性を劣化させるので、1.5％を上限とし、Cr含有量
の範囲を0.2〜1.5％とした。(4) About Cr Cr is necessary for improving the hardenability and the strength after quenching and tempering. For carburized parts, it is necessary to improve the hardness of the carburized layer and the effective carburized depth. Since it is necessary to add 0.2% or more, the lower limit was set to 0.2%. However, the amount added
If added in excess of 1.5%, excessive carburization is caused, hardenability,
Since the machinability deteriorates, the upper limit is 1.5%, and the range of the Cr content is 0.2 to 1.5%.
（５）Sol.Alについて Alは鋼の溶解時に脱酸材として、また浸炭時には、Ｎ
の結合してAlNを生成し、結晶粒の成長を抑制する。し
かし、0.015％以下では、これらの効果が確保出来なく
なるので0.015％を下限とした。また0.05％以上を添加
すると、酸化物系の介在物を多量に生成し、疲労強度を
劣化させるため0.05％を上限とし、Sol.Al含有量の範囲
を0.015〜0.05％とした。(5) Sol. Al Al is used as a deoxidizing agent when melting steel, and N when carburizing.
To form AlN and suppress the growth of crystal grains. However, if the content is less than 0.015%, these effects cannot be secured, so the lower limit is 0.015%. When 0.05% or more is added, a large amount of oxide-based inclusions is generated and the fatigue strength is deteriorated. Therefore, the upper limit is 0.05%, and the range of the Sol.Al content is 0.015 to 0.05%.
（６）Total Nについて ＮはAlと結合してAlNを生成し、浸炭時に結晶粒粗大
化を防止する効果がある。(6) Total N N combines with Al to form AlN, and has an effect of preventing crystal grain coarsening during carburization.
しかし、0.0060％以下ではこの効果が少なくので、0.
0060％を下限とした。However, at 0.0060% or less, this effect is small, so
0060% was the lower limit.
また0.0200％以上を添加すると、靭性を損なうので、
0.0200％を上限とし、Total N含有量の範囲を0.0060〜
0.0200％とした。Also, adding 0.0200% or more impairs toughness,
0.0200% is the upper limit, and the total N content range is 0.0060 ~
0.0200%.
（７）Total Oについて Ｏは酸化物系介在物を生成し、歯車などの歯元疲労強
度、転動疲労特性、耐ピッチング特性に悪影響を与える
のでTotal O含有量を0.0010％以下と定めた。(7) Total O Since O generates oxide-based inclusions and adversely affects the root fatigue strength, rolling fatigue characteristics, and pitting resistance characteristics of gears and the like, the total O content is set to 0.0010% or less.
（８）Ti、Nb、Zrについて Tiは鋼中のＮと結合し、TiNを生成する。このTiNは酸
化物系介在物と同様に疲労強度に悪影響を与えるので混
入するTiの上限を0.005％以下とした。(8) About Ti, Nb, and Zr Ti combines with N in steel to form TiN. Since this TiN has an adverse effect on the fatigue strength as in the case of the oxide-based inclusions, the upper limit of the amount of Ti to be mixed is set to 0.005% or less.
さらにTiの他、Nb、Zrなどの元素も高硬度の介在物を
生成する可能性があるので、同様にこれらの元素の上限
も0.005％以下とした。Furthermore, elements other than Ti, such as Nb and Zr, may also form inclusions with high hardness, so the upper limits of these elements are also set to 0.005% or less.
（９）Cuについて Cuは任意添加元素の１種であり、浸炭異状層の生成防
止に効果がある。しかし、0.1％を下回るとこの効果が
少なくなるので、0.1％を下限とした。また、0..5％を
越えて添加すると、浸炭性が低下するので、0.5％を上
限とし、Cu含有量の範囲を0.1〜0.5％とした。(9) About Cu Cu is one of the optional elements, and is effective in preventing the formation of a carburized abnormal layer. However, below 0.1%, this effect is reduced, so 0.1% was made the lower limit. Further, if added in excess of 0.5%, the carburizing property decreases. Therefore, the upper limit was set to 0.5%, and the range of the Cu content was set to 0.1 to 0.5%.
（10）Niについて Niも任意添加元素の１種であり、鋼の焼入性、浸炭性
を向上させる元素であり、また浸炭異状層の発生を抑制
する作用がある。(10) Ni Ni is also one of the optional elements, and is an element that improves the hardenability and carburizing property of steel, and has an effect of suppressing the formation of an abnormal carburized layer.
これらの作用を発揮させるため、少なくとも0.2％の
添加が必要であるので、0.2％を下限とした。また、Ni
は高価な元素であるため2.5％を越えて添加することは
得策ではないので、2.5％を上限とし、Ni含有量の範囲
を0.2〜2.5％とした。In order to exert these effects, it is necessary to add at least 0.2%, so the lower limit was made 0.2%. Also, Ni
Since is an expensive element, it is not advisable to add more than 2.5%, so the upper limit is 2.5% and the range of the Ni content is 0.2-2.5%.
（11）Moについて Moも任意添加元素の１種であり、Niと同様、鋼の焼入
性、浸炭性を向上させる元素であり、また浸炭異状層の
発生を抑制する作用がある。(11) Mo Mo is also one of the optional elements and, like Ni, is an element that improves the hardenability and carburizing properties of steel, and also has the effect of suppressing the formation of an abnormal carburized layer.
これらの作用を発揮させるため、少なくとも0.1％の
添加が必要であるため、0.1％を下限とした。また、Mo
も高価な元素であるので0.5％を越えて添加することは
得策ではないので、0.5％を上限とし、Mo含有量の範囲
を0.1〜0.5％とした。In order to exert these effects, it is necessary to add at least 0.1%, so 0.1% was made the lower limit. Also, Mo
Is also an expensive element, so it is not advisable to add more than 0.5%, so the upper limit is 0.5% and the range of the Mo content is 0.1-0.5%.
これらCu,Ni,Moのうち１種または２種以上を夫々含有
することが望ましい。It is desirable to contain one or more of these Cu, Ni, and Mo, respectively.
（12）鋼中の介在物について また鋼中の直径20μｍ以上の酸化物系介在物及び窒化
物系介在物の個数を鋼1g当り14個以下に限定したのは、
後述する実施例にも明らかなように、これら介在物が鋼
1g当り14個を越えた個数を含むと歯車などの曲げ疲労強
度が低下するためであり、さらに転動疲労特性や耐ピッ
チング特性への効果が期待できるからである。(12) Inclusions in steel The number of oxide-based and nitride-based inclusions with a diameter of 20 μm or more in steel was limited to 14 or less per 1 g of steel.
As is clear from the examples described later, these inclusions
If the number exceeds 14 per 1 g, the bending fatigue strength of the gears and the like will be reduced, and furthermore, the effects on the rolling fatigue characteristics and the pitting resistance characteristics can be expected.
直径20μｍ以上の酸化物系介在物と窒化物系介在物が
存在しない鋼或いは、より小さな介在物についても存在
しない鋼が望ましいが、工業的規模では上記のような介
在物の存在しない鋼を得ることは困難なため、サイズを
20μｍ以下、酸化物系介在物及び窒化物系介在物の個数
を鋼1g当り14個以下に限定した。Steel containing no oxide-based inclusions and nitride-based inclusions having a diameter of 20 μm or more or steel containing no smaller inclusions is desirable. On an industrial scale, a steel containing no such inclusions is obtained. Because it is difficult to size
The number of oxide-based inclusions and nitride-based inclusions was limited to 20 μm or less and 14 or less per 1 g of steel.
以下、本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
［実施例］ 表１は、本実施例に用いた本発明鋼と比較鋼の化学成
分値（重量％）であり、表２は、本実施例において用い
たショットピーニング条件である。[Examples] Table 1 shows the chemical component values (% by weight) of the steel of the present invention and the comparative steel used in this example, and Table 2 shows the shot peening conditions used in this example.
まず、上記の表１に示す化学成分を有すＡ〜Ｋまでの
11種類の鋼を溶製し、造塊した後、曲げ疲労試験片（直
径φ6mm）を作成した。First, A to K having the chemical components shown in Table 1 above
After eleven types of steel were melted and ingot, bending fatigue test pieces (diameter φ6 mm) were prepared.
また表１に示す低酸素鋼（O:0.0009％，鋼Ａ）と通常
酸素鋼（O:0.0021％，鋼Ｂ）を用いて、表２に示すショ
ットピーニング条件により低酸素化の効果を調べた結
果、第１図並びに第２図に示すようなことが判明した。Using low-oxygen steel (O: 0.0009%, steel A) and normal oxygen steel (O: 0.0021%, steel B) shown in Table 1, the effect of reducing oxygen was examined under the shot peening conditions shown in Table 2. As a result, it was found that the results are as shown in FIGS.
第１図及び第２図は本発明鋼（低酸素鋼：鋼Ａ）及び
通常酸素鋼（鋼Ｂ）の場合の夫々φ６試験片回転曲げ疲
労試験結果を示し、応力振幅・MPaと繰り返し数との関
係グラフである。 1 and 2 show the results of a rotary bending fatigue test of a φ6 test piece for the steel of the present invention (low oxygen steel: steel A) and normal oxygen steel (steel B), respectively. Is a relation graph.
さらに、表３は本実施例における鋼Ａ〜Ｋ鋼の鋼中の
20μｍ以上の酸化物系及び窒化物系介在物の鋼1g当りの
個数並びに各ショットピーニング条件毎の曲げ疲労試験
による疲労限MPa（kgf/mm2）の疲労試験結果である。Further, Table 3 shows that in the steels of the steels A to K in this example,
FIG. 3 shows the results of a fatigue test of a fatigue limit MPa (kgf / mm 2 ) by a bending fatigue test under each of the shot peening conditions and the number of oxide-based and nitride-based inclusions of 20 μm or more per 1 g of steel.
第１図、第２図並びに第３表に示すように、ショット
ピーニングを施さない場合には、AB両鋼とも637MPaの疲
労強度が得られ、Total O含有量0.0021％（鋼Ｂ）から
0.0009％（鋼Ａ）へと低酸素化してもその効果は、全く
認められなかった。As shown in FIG. 1, FIG. 2 and Table 3, when shot peening was not performed, the fatigue strength of 637 MPa was obtained in both AB steels, and the total O content was 0.0021% (steel B).
Even if the oxygen content was reduced to 0.0009% (steel A), the effect was not recognized at all.
さらに、ショットピーニング条件のうち、アークハイ
ト値が0.45Aの従来条件のショットピーニングを施した
場合には、AB両鋼とも疲労強度の疲労限が1005MPaとな
り、ショットピーニングの効果は認められるものの、や
はり低酸素化してもその効果は認められないことを示し
ている。 Furthermore, among shot peening conditions, when arc peening was performed under conventional conditions of an arc height value of 0.45 A, the fatigue limit of the fatigue strength was 1005 MPa for both AB steels, and although the effect of shot peening was recognized, This shows that the effect is not recognized even if the oxygen is reduced.
それに対し、ショットピーニング条件のうち、アーク
ハイト値が0.30C（1.1A相当）の強力なショットピーニ
ングを施した場合、通常酸素鋼（鋼Ｂ）では疲労強度の
疲労限が1005MPaであるのに対し、低酸素鋼（鋼Ａ）の
疲労強度の疲労限は1127MPaと大きく向上していること
が判る。On the other hand, among the shot peening conditions, when a strong shot peening with an arc height value of 0.30C (equivalent to 1.1A) is performed, the fatigue limit of the fatigue strength of ordinary oxygen steel (steel B) is 1005MPa. It can be seen that the fatigue limit of the fatigue strength of the low oxygen steel (Steel A) is greatly improved to 1127 MPa.
この理由としては、ショットピーニング無し材では、
疲労破壊の起点が表面異状層から発生しているのに対
し、強力ショットピーニングにより表面を強化した材料
では、鋼中の粗大な酸化物系介在物等を起点として内部
から破壊が発生していることによることを確認した。The reason for this is that the material without shot peening
The starting point of fatigue fracture originates from the surface abnormal layer, whereas the material whose surface has been strengthened by strong shot peening causes fracture from the inside starting from coarse oxide-based inclusions in steel. I confirmed that it was.
破面上の破壊起点としての介在物の平均直径は通常酸
素鋼では25μｍ、低酸素鋼では17μｍであった。The average diameter of inclusions as a fracture origin on the fracture surface was 25 μm for ordinary oxygen steel and 17 μm for low oxygen steel.
即ち、曲げ疲労試験による疲労強度を1000MPaを大き
く越えたレベルにまで向上させるためには、単に鋼中の
酸素量を低減すればよいというものではなく、アークハ
イトが0.8A以上の強力ショットピーニングにより表面を
強化し、同時に鋼中の粗大な硬い介在物低減することが
必須条件であることを確認した。In other words, in order to improve the fatigue strength by the bending fatigue test to a level far exceeding 1000 MPa, it is not merely necessary to reduce the oxygen content in the steel, but by arc shot with strong shot peening of 0.8 A or more. It has been confirmed that it is an essential condition to strengthen the surface and at the same time reduce coarse and hard inclusions in the steel.
さらに、詳細な検討の結果、鋼の疲労強度は次の実験
式で示されることがわかった。Further, as a result of a detailed study, it was found that the fatigue strength of steel is represented by the following empirical formula.
この式を用いて、1005MPa以上の疲労限を得るため
の、表面からの深さと非金属介在物の直径を求めると第
３図のように、直径20μｍ以上の介在物が破壊の起点に
なりうるといえる。 Using this formula to determine the depth from the surface and the diameter of the nonmetallic inclusion to obtain a fatigue limit of 1005 MPa or more, inclusions with a diameter of 20 μm or more can be the starting point of fracture, as shown in FIG. It can be said that.
また、この値は疲労破壊面に認められた介在物のサイ
ズと良い一致があることがわかり、20μｍ以上の粗大な
介在物を減少させることが疲労強度の向上に重要なこと
が分かる。Further, it can be seen that this value is in good agreement with the size of the inclusions observed on the fatigue fracture surface, and that it is important to reduce the coarse inclusions of 20 μm or more to improve the fatigue strength.
以上より、表１の鋼Ａ及びＣからＦまでは、いずれも
化学成分及び鋼中の介在物個数が先に限定した範囲を満
足せしめる本発明鋼である。From the above, steels A and C to F in Table 1 are all steels of the present invention in which the chemical composition and the number of inclusions in the steel satisfy the previously limited ranges.
これらの鋼に、ショットピーニング条件のうち、アー
クハイト値で0.30C（1.1A相当）の強力なショットピー
ニングを施すことにより1000MPaを大幅に上回る疲労強
度が得られている。By subjecting these steels to strong shot peening with an arc height value of 0.30C (equivalent to 1.1A) among the shot peening conditions, a fatigue strength significantly exceeding 1000 MPa has been obtained.
それに対し、鋼ＧからＫまでの鋼は酸素量あるいはTi
量が先に限定した範囲をはずれており、介在物の個数も
多くなっている。また、鋼Ｋは成分的には限定範囲内に
あるものの介在物個数が多い。On the other hand, steels G to K have different oxygen content or Ti content.
The amount is out of the previously limited range, and the number of inclusions is also increasing. In addition, steel K has a large number of inclusions although it is within a limited range in terms of composition.
これらの鋼では、第４図に示すように、強力なショッ
トピーニングを施しても、疲労強度は1000MPa程度のレ
ベルにとどまる。なお、介在物は鋼中のＯ含有量を低減
しても、その粒径が必ずしも小さくなるものではなく、
大型のもの、小型のものが混在する。特に鋼中に大型の
介在物が存在するのを回避する場合には、加減圧精錬法
等を適用することによって達成できる。In these steels, as shown in FIG. 4, even if strong shot peening is performed, the fatigue strength remains at a level of about 1000 MPa. In addition, even if the inclusions reduce the O content in steel, the particle size does not necessarily become smaller,
Large and small ones are mixed. In particular, in the case of avoiding the presence of large inclusions in the steel, it can be achieved by applying a pressurizing and refining method or the like.
［発明の効果］ 以上のように、本発明の強力ショットピーニング処理
型の高疲労強度歯車用肌焼鋼によれば、鋼の化学成分と
同時に、鋼中の介在物のサイズと個数を限定することに
より、ショットピーニングの効果を著しく増加させるこ
とが可能となり、安価に、より高疲労強度を満足する歯
車用の肌焼鋼が得られ、その工業的な価値は大きいもの
である。[Effects of the Invention] As described above, according to the hard shot steel for high fatigue strength gears of the strong shot peening treatment type of the present invention, the size and number of inclusions in the steel are limited simultaneously with the chemical composition of the steel. As a result, the effect of shot peening can be significantly increased, and a case hardening steel for gears that satisfies higher fatigue strength can be obtained at low cost, and its industrial value is great.
第１図及び第２図は本発明鋼（低酸素鋼）鋼Ａ及び通常
酸素鋼（鋼Ｂ）の場合の夫々φ６試験片回転曲げ疲労試
験結果を示し、応力振幅（MPa）と繰り返し数との関係
グラフ、第３図は表面からの深さと内部欠陥限界寸法
（介在物寸法）の関係を示すグラフ、第４図は介在物個
数と疲労強度の関係を示すグラフである。FIG. 1 and FIG. 2 show the results of a rotary bending fatigue test of a φ6 test piece for the steel A of the present invention (low oxygen steel) and the normal oxygen steel (steel B), respectively. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the depth from the surface and the critical dimension of internal defects (inclusion size), and FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of inclusions and fatigue strength.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 和明 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 三瓶 哲也 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−274052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196322（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−137145（ＪＰ，Ａ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Kazuaki Matsumoto, 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Kokan Co., Ltd. (72) Tetsuya Sanbe 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan (56) References JP-A-62-274052 (JP, A) JP-A-62-196322 (JP, A) JP-A-63-137145 (JP, A)
Claims (2)
％で、C:0.1〜0.3％,Si:0.05〜0.5％,Mn:0.4〜1.5％,C
r:0.2〜1.5％,Sol.Al:0.015〜0.05％,Total N:0.0050〜
0.0200％,Total O:0.0010％以下及び混入するTi、Nb、Z
rのいずれも0.005％以下とし、残部Fe及び不可避不純物
からなり、鋼中の直径20μｍ以上の酸化物系介在物と窒
化物系介在物を鋼1g当り14個以下とすることを特徴とす
るショットピーニング処理型の高疲労強度歯車用肌焼
鋼。(1) C: 0.1 to 0.3%, Si: 0.05 to 0.5%, Mn: 0.4 to 1.5%, C in weight% excellent in shot peening effect.
r: 0.2-1.5%, Sol.Al: 0.015-0.05%, Total N: 0.0050-
0.0200%, Total O: 0.0010% or less and mixed Ti, Nb, Z
r is 0.005% or less, and the remainder is composed of Fe and unavoidable impurities, and the number of oxide-based and nitride-based inclusions in the steel of 20 μm or more in diameter is 14 or less per 1 g of steel. Peening-treated case hardened steel for high fatigue strength gears.
％で、C:0.1〜0.3％,Si:0.05〜0.5％,Mn:0.4〜1.5％,C
r:0.2〜1.5％,Sol.Al:0.015〜0.05％,Total N:0.0050〜
0.0200％,Total O:0.0010％以下及び混入するTi、Nb、Z
rのいずれも0.005％以下とし、さらにCu:0.1〜0.5％,N
i:0.2〜2.5％,Mo:0.1〜0.5％のうち１種または２種以上
を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、鋼中の直
径20μｍ以上の酸化物系介在物と窒化物系介在物を鋼1g
当り14個以下とすることを特徴とするショットピーニン
グ処理型の高疲労強度歯車用肌焼鋼。(2) C: 0.1-0.3%, Si: 0.05-0.5%, Mn: 0.4-1.5%, C
r: 0.2-1.5%, Sol.Al: 0.015-0.05%, Total N: 0.0050-
0.0200%, Total O: 0.0010% or less and mixed Ti, Nb, Z
r is 0.005% or less, and Cu: 0.1 to 0.5%, N
i: 0.2 to 2.5%, Mo: 0.1 to 0.5%, containing one or more of them, the balance being Fe and unavoidable impurities, oxide-based and nitride-based inclusions with a diameter of 20 μm or more in steel 1g of steel
A shot-peened hardened steel for high fatigue strength gears, wherein the number is 14 or less per steel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1088138A JP2623005B2 (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Shot-peened case hardened steel for high fatigue strength gears |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1088138A JP2623005B2 (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Shot-peened case hardened steel for high fatigue strength gears |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02270935A JPH02270935A (en) | 1990-11-06 |
| JP2623005B2 true JP2623005B2 (en) | 1997-06-25 |
Family
ID=13934575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1088138A Expired - Lifetime JP2623005B2 (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Shot-peened case hardened steel for high fatigue strength gears |
Country Status (1)
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Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0643604B2 (en) * | 1986-02-20 | 1994-06-08 | 住友金属工業株式会社 | Manufacturing method for machine structural parts |
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| JPS63137145A (en) * | 1986-11-29 | 1988-06-09 | Nippon Steel Corp | carburizing steel |
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1989
- 1989-04-10 JP JP1088138A patent/JP2623005B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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