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公開番号2024050310
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-10
出願番号2022157112
出願日2022-09-29
発明の名称被削性と窒化特性に優れた窒化用鋼
出願人山陽特殊製鋼株式会社
代理人個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20240403BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】加工性と窒化後の硬さと芯部硬さのバランスのよい窒化用鋼を提供。
【解決手段】質量%で、C:0.12～0.30%、Si:0.10～0.40%、Mn:0.50～1.50%、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Cr:0.50～2.00%、Mo:0.03～0.30%、Al:0.025～0.300%、N:0.004～0.030%、V:0.05～0.30%、残部Fe及び不可避的不純物からなり、式1(0.15<0.10×Cr+0.67×Al+0.24×V<0.43)の関係性を満足する窒化用鋼。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１２～０．３０％、Ｓｉ：０．１０～０．４０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～２．００％、Ｍｏ：０．０３～０．３０％、Ａｌ：０．０２５～０．３００％、Ｎ：０．００４～０．０３０％、Ｖ：０．０５～０．３０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
式１の関係性を満足する窒化用鋼。
０．１５＜０．１０×Ｃｒ＋０．６７×Ａｌ＋０．２４×Ｖ＜０．４３・・・式１
ただし、式１中の元素記号には、該当成分の質量％の値を代入する。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１２～０．３０％、Ｓｉ：０．１０～０．４０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～２．００％、Ｍｏ：０．０３～０．３０％、Ａｌ：０．０２５～０．３００％、Ｎ：０．００４～０．０３０％、Ｖ：０．０５～０．３０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
式１及び式２の関係性を満足し、
その窒化前組織がフェライト及びベイナイトからなる組織であってベイナイトの割合が面積率で３０～８５％であり、
その芯部硬さが１９０～３１５Ｈｖである窒化用鋼。
０．１５＜０．１０×Ｃｒ＋０．６７×Ａｌ＋０．２４×Ｖ＜０．４３・・・式１
０．２５＜０．８０×Ｃ＋０．１０×Ｃｒ＋０．３６×Ｍｏ＜０．５０・・・式２
ただし、式１及び式２中の元素記号には、該当成分の質量％の値を代入する。
【請求項３】
質量％でＣ：０．１２～０．３０％、Ｓｉ：０．１０～０．４０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～２．００％、Ｍｏ：０．０３～０．３０％、Ａｌ：０．０２５～０．３００％、Ｎ：０．００４～０．０３０％、Ｖ：０．０５～０．３０％であり、
さらに、選択的付加的成分としてＮｂ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．０２０～０．２００％、Ｂ：０．００３０％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
式１の関係性を満足する窒化用鋼。
０．１５＜０．１０×Ｃｒ＋０．６７×Ａｌ＋０．２４×Ｖ＜０．４３・・・式１
ただし、式１中の元素記号には、該当成分の質量％の値を代入する。
【請求項４】
質量％でＣ：０．１２～０．３０％、Ｓｉ：０．１０～０．４０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～２．００％、Ｍｏ：０．０３～０．３０％、Ａｌ：０．０２５～０．３００％、Ｎ：０．００４～０．０３０％、Ｖ：０．０５～０．３０％であり、
さらに、選択的付加的成分としてＮｂ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．０２０～０．２００％、Ｂ：０．００３０％以下のいずれか１種または２種以上を含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、
式１及び式２の関係性を満足し、
その窒化前組織がフェライト及びベイナイトからなる組織であってベイナイトの割合が面積率で３０～８５％であり、
その芯部硬さが１９０～３１５Ｈｖである窒化用鋼。
０．１５＜０．１０×Ｃｒ＋０．６７×Ａｌ＋０．２４×Ｖ＜０．４３・・・式１
０．２５＜０．８０×Ｃ＋０．１０×Ｃｒ＋０．３６×Ｍｏ＜０．５０・・・式２
ただし、式１及び式２中の元素記号には、該当成分の質量％の値を代入する。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間鍛造後に、ガス窒化やガス軟窒化などにより鋼表面に窒素を侵入させる表面硬化処理を施して使用される機械構造用部品、例えば自動車、建設機械、工作機械などのギアなどの動力伝達部品の素材として好適な窒化用鋼に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から歯車などの動力伝達部品に用いられる機械構造用鋼として強度と靭性の両立を志向した窒化用鋼が提案されている。
たとえば、本願出願人は、鋼成分の適正化すること（質量％で、Ｃ：０．１０～０．４０％、Ｓｉ：０．１０～０．５０％、Ｍｎ：０．５０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～１．５０％、Ｍｏ：０．０５～０．３０％、Ａｌ：０．１５～０．８０％、Ｎ：０．００５～０．０３０％、残部Ｆｅ）に加えて、窒化前組織を焼入焼戻処理によりマルテンサイトとし、窒化物の種類とその割合をＮ
Al
／Ｎ
Cr
が０．２以上と規定することで、従来の窒化用鋼に比べて優れた表面硬さ（８００Ｈｖ以上）と硬化層深さ（０．２５ｍｍ以上）を備えた鋼を発明している（特許文献１、特許第６３００６４７号参照。）。
【０００３】
また、鋼成分（Ｃ：０．２０～０．３０％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．５０％未満、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｃｒ：１．００超～２．００％、Ｍｏ：０．１０～０．５０％未満、Ｖ：０．１０～０．５０％、Ａｌ：０．１０超～０．２０％、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｎ：０．００６０～０．０２０％以下を含有し、かつ１８＜２７Ｃ＋９Ｍｎ＋７Ｃｒ＋８Ｍｏ及び２２＜３７Ｃ＋６Ｍｎ＋８Ｃｒ＋１１Ｖの条件を満足し、残部がＦｅ）を規定し、熱間鍛造や熱処理条件を規定することでベイナイト組織が７０％以上、窒化後の表面硬さが６５０Ｈｖ以上、４５０Ｈｖ以上の範囲と定義された硬化深さが０．２ｍｍ以上のベイナイト型窒化部品が提案されている（特許文献２参照。）。
【０００４】
また、表面硬さと有効硬化層深さを確保するべく、鋼成分をＣ：０．０５～０．３０％、Ｓｉ：０．００３～０．５０％、Ｍｎ：０．４～３．０％、Ｃｒ：０．２～０．９％、Ａｌ：０．１９～０．７０％、Ｖ：０．０５～１．０％及びＭｏ：０．０５～０．５０％、を含有し、０．５％≦１．９Ａｌ＋Ｃｒ≦１．８％を満足し、残部がＦｅとする窒化用鋼が提案されている（特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－２２９７８０号公報
特開２００６－０２２３５０号公報
特表２０１０－１４７２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の従来の提案では、ＡｌやＶ、Ｔｉ等の添加量が高いことや、芯部組織の硬さが不十分であること、化合物層厚さの規定が厳しいことなどが課題であった。
たとえば、特許文献１に記載の窒化用鋼は、窒化前組織がマルテンサイトであり、Ｃ量やＡｌ量、Ｖ量が高いため、被削性や加工性の観点からは、部品製造にコストがかかる。
【０００７】
また、特許文献２に記載の窒化用鋼はＣｒ量が多いため、硬化深さを高めるためにＶ量を多くすることや、窒化温度を高くせざるを得なくなっており、原料コストの高まりや表面硬さ不足が懸念される。また、芯部硬さも過剰となり、被削性等が悪化することが懸
念される。
【０００８】
また、特許文献３に記載の窒化用鋼では、硬化深さに悪影響を与えるＣｒ量を低減しており、低下した芯部硬さを補うためにＶとＡｌ、Ｍｏを多量に添加せざるを得ないものであるから原料コストがかかる。
【０００９】
このように窒化物を形成し窒化による表面硬さを上げうるＡｌやＣｒは、多量に入れると硬化深さが低下してしまう。また、Ａ
1
線以下の温度で熱処理することが求められる窒化処理の過程ではマルテンサイト変態を利用することができない。そこで動力伝達用部品等の芯部硬さを確保するためには、さらに合金成分を工夫して添加する必要があるものの、合金成分を過剰に添加することは、被削性などの加工性を阻害してしまうこととなりやすい。
【００１０】
そこで、上述の機械構造用鋼を窒化する際の背景を踏まえ、本発明は、加工性と窒化後の硬さと芯部硬さのバランスのよい窒化用鋼を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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