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公開番号2025009000
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023111683
出願日2023-07-06
発明の名称鋼材、及び、浸炭機械構造用部品
出願人日本製鉄株式会社
代理人アセンド弁理士法人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20250109BHJP(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】水素発生環境下で優れた転動疲労寿命を有する鋼材を提供する。
【解決手段】本実施形態による鋼材は、質量%で、C:0.10～0.45%、Si:0.05～0.80%、Mn:0.40～1.50%、P:0.015%以下、S:0.005%未満、Cr:0.05～0.50%未満、Mo:0.05～0.35%、V:0.06～0.40%、Ni:0.30超～1.50%、Al:0.005～0.100%、N:0.030%以下、及び、O:0.0015%以下、を含有し、残部がFe及び不純物からなり、式(1)～式(3)を満たす。
(Si+Ni)/Cr≧1.30 (1)
Mo+V≧0.30 (2)
0.30<Mo/V≦4.00 (3)
ここで、式(1)～式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１０～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～０．８０％、
Ｍｎ：０．４０～１．５０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．００５％未満、
Ｃｒ：０．０５～０．５０％未満、
Ｍｏ：０．０５～０．３５％、
Ｖ：０．０６～０．４０％、
Ｎｉ：０．３０超～１．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０３０％以下、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）～式（３）を満たす、
鋼材。
（Ｓｉ＋Ｎｉ）／Ｃｒ≧１．３０（１）
Ｍｏ＋Ｖ≧０．３０（２）
０．３０＜Ｍｏ／Ｖ≦４．００（３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．１０～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～０．８０％、
Ｍｎ：０．４０～１．５０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．００５％未満、
Ｃｒ：０．０５～０．５０％未満、
Ｍｏ：０．０５～０．３５％、
Ｖ：０．０６～０．４０％、
Ｎｉ：０．３０超～１．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０３０％以下、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
さらに、第１群～第４群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）～式（３）を満たす、
鋼材。
［第１群］
Ｔｉ：０．０５０％以下、及び、
Ｎｂ：０．０５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｕ：１．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｓｎ：０．１００％以下
［第４群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
（Ｓｉ＋Ｎｉ）／Ｃｒ≧１．３０（１）
Ｍｏ＋Ｖ≧０．３０（２）
０．３０＜Ｍｏ／Ｖ≦４．００（３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項３】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記第１群を含有する、
鋼材。
【請求項４】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記第２群を含有する、
鋼材。
【請求項５】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記第３群を含有する、
鋼材。
【請求項６】
請求項２に記載の鋼材であって、
前記第４群を含有する、
鋼材。
【請求項７】
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～０．８０％、
Ｍｎ：０．４０～１．５０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．００５％未満、
Ｃｒ：０．０５～０．５０％未満、
Ｍｏ：０．０５～０．３５％、
Ｖ：０．０６～０．４０％、
Ｎｉ：０．３０超～１．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０３０％以下、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）～式（３）を満たす、
浸炭機械構造用部品。
（Ｓｉ＋Ｎｉ）／Ｃｒ≧１．３０（１）
Ｍｏ＋Ｖ≧０．３０（２）
０．３０＜Ｍｏ／Ｖ≦４．００（３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項８】
硬化層と、
前記硬化層よりも内部の芯部とを備え、
前記芯部の化学組成は、質量％で、
Ｃ：０．１０～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～０．８０％、
Ｍｎ：０．４０～１．５０％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．００５％未満、
Ｃｒ：０．０５～０．５０％未満、
Ｍｏ：０．０５～０．３５％、
Ｖ：０．０６～０．４０％、
Ｎｉ：０．３０超～１．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．０３０％以下、及び、
Ｏ：０．００１５％以下、を含有し、
さらに、第１群～第４群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）～式（３）を満たす、
浸炭機械構造用部品。
［第１群］
Ｔｉ：０．０５０％以下、及び、
Ｎｂ：０．０５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｕ：１．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｓｎ：０．１００％以下
［第４群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
（Ｓｉ＋Ｎｉ）／Ｃｒ≧１．３０（１）
Ｍｏ＋Ｖ≧０．３０（２）
０．３０＜Ｍｏ／Ｖ≦４．００（３）
ここで、式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項９】
請求項８に記載の浸炭機械構造用部品であって、
前記第１群を含有する、
浸炭機械構造用部品。
【請求項１０】
請求項８に記載の浸炭機械構造用部品であって、
前記第２群を含有する、
浸炭機械構造用部品。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、浸炭処理が施された機械構造用部品である、浸炭機械構造用部品の素材として適用可能な鋼材、及び、浸炭機械構造用部品に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
鉱山機械や、建設機械、自動車等には、鋼材を素材とした機械構造用部品が用いられる。機械構造用部品は例えば、軸受部品等である。軸受部品等の機械構造用部品の素材となる鋼材は、ＪＩＳＧ４８０５（２００８）に規定されたＳＵＪ２に代表される。機械構造用部品は通常、鋼材を素材として次の製造工程で製造される。素材となる鋼材に対して熱間鍛造を実施し、さらに、必要に応じて切削加工を実施し、所望の形状の中間品を製造する。中間品に対して熱処理を実施して、鋼材の硬さ及びミクロ組織を調整する。熱処理は例えば、焼入れ焼戻し、浸炭処理、又は、浸炭窒化処理等である。以上の製造工程により機械構造用部品が製造される。
【０００３】
機械構造用部品に疲労寿命の向上が求められる場合、機械構造用部品の上述の製造工程中の熱処理として、浸炭処理が実施される。浸炭処理では、鋼材の表層に硬化層（浸炭層）を形成して、鋼材の表層を硬化させる。これにより、機械構造用部品の疲労寿命が向上する。本明細書では、浸炭処理を施された機械構造用部品を「浸炭機械構造用部品」ともいう。
【０００４】
浸炭機械構造用部品の疲労寿命を高める技術が特開平８－４９０５７号公報（特許文献１）に提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示された転がり軸受は、軌道輪及び転動体の少なくとも一つが、Ｃ：０．１～０．７重量％、Ｃｒ：０．５～３．０重量％、Ｍｎ：０．３～１．２重量％、Ｓｉ：０．３～１．５重量％、Ｍｏ：３重量％以下を含有し、さらに、Ｖ：０．８～２．０重量％を含有した鋼を素材とする。その素材を用いて形成した中間品に浸炭処理を実施して、軸受表面の炭素濃度を０．８～１．５重量％とし、且つ、軸受表面のＶ／Ｃ濃度比を１～２．５とする。この転がり軸受では、表面にＶ炭化物が生成して高温での硬さを高めることにより、転動疲労寿命を高めることができる、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
ところで、機械構造用部品の中には、トランスミッション等の駆動部品に適用される軸受部品に代表される様に、潤滑油が循環する環境にて使用される機械構造用部品が存在する。
【０００７】
最近では、燃費向上を目的として、潤滑油の粘度を低下して摩擦抵抗及び伝達抵抗を低減したり、循環させる潤滑油の使用量を低減したりしている。そのため、軸受部品に代表される機械構造用部品の使用環境において、使用中に潤滑油が分解して水素が発生しやすくなっている。使用環境において水素が発生すると、外部から機械構造用部品内に水素が侵入する。侵入した水素は機械構造用部品のミクロ組織の一部において組織変化をもたらす。機械構造用部品の使用中での組織変化は、機械構造用部品の表面近傍部分に割れ（剥離）を引き起こし、機械構造用部品の転動疲労寿命を低下させる。以下、本明細書において、組織変化の要因となる水素が発生する環境を「水素発生環境」という。水素発生環境下で使用される機械構造用部品では、水素発生環境下での優れた転動疲労寿命が求められる。
【０００８】
水素発生環境下での疲労寿命を高める技術が特開２００８－２８０５８３号公報（特許文献２）に提案されている。
【０００９】
特許文献２に開示された肌焼鋼は、質量％で、Ｃ：０．１～０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：０．３～２．５％、Ｍｏ：０．１～２．０％、Ｖ：０．１～２．０％、Ａｌ：０．０５０％以下、Ｏ：０．００１５％以下、Ｎ：０．０２５％以下、Ｖ＋Ｍｏ：０．４～３．０％、及び、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。この肌焼鋼は、浸炭処理された鋼であって、浸炭処理後の表層Ｃ濃度が０．６～１．２％で、表面硬さがＨＲＣ５８以上６４未満であり、かつ、表層のＶ系炭化物のうち粒径１００ｎｍ未満の微細なＶ系炭化物の個数割合が８０％以上である。機械構造用部品に侵入した水素を、表層の微細なＶ系炭化物にトラップさせることにより、水素発生環境下での水素脆性に起因した疲労寿命の低下を抑制できる、と特許文献２には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開平８－４９０５７号公報
特開２００８－２８０５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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