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公開番号2025098286
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2025062146,2020191751
出願日2025-04-03,2020-11-18
発明の名称浸炭部品
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 20060101AFI20250624BHJP(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】高Cr材であっても安定な浸炭層が得られる浸炭部品の提供。
【解決手段】化学成分が質量%で、C:0.10～0.32%、Si:0.20～0.80%、Mn:0.20～0.60%、P:≦0.030%、S:≦0.030%、Cr:1.60～5.00%、Al:0.003～0.050%、N:0.005～0.020%、残部がFeおよび不可避不純物からなり、Cr+9.0Mn<8.6を満足する鋼材を浸炭した浸炭部品であって、浸炭後の表面の硬さが700Hv以上、浸炭後の表面から500μm深さまでの炭素量が0.50～1.00%である浸炭部品。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０～０．３２％、Ｓｉ：０．２０～０．８０％、Ｍｎ：０．２０～０．６０％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｃｒ：１．６０～５．００％、Ａｌ：０．００３～０．０５０％、Ｎ：０．００５～０．０２０％、残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
Ｃｒ+９.０Ｍｎ＜８．６の式を満足する鋼材を浸炭した浸炭部品であって、
浸炭後の表面の硬さが７００Ｈｖ以上で、表面から５００μｍ深さまでの炭素量が０．５０～１．００％であること、を特徴とする浸炭部品。
続きを表示（約 350 文字）【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１０～０．３２％、Ｓｉ：０．２０～０．８０％、Ｍｎ：０．２０～０．６０％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：≦０．０３０％、Ｃｒ：１．６０～５．００％、Ａｌ：０．００３～０．０５０％、Ｎ：０．００５～０．０２０％、
さらに選択的付加的成分として、Ｎｂ:０．０２～０．１０％、Ｎｉ：５．００％以下、Ｍｏ：１．００％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｂ：０．０１０～０．０５０％のうち、少なくとも１種類を含有し、
残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、
Ｃｒ＋９.０Ｍｎ＜８．６の式を満足する鋼材を浸炭した浸炭部品であって、
浸炭後の表面の硬さが７００Ｈｖ以上で、表面から５００μｍ深さまでの炭素量が０．５０～１．００％であること、を特徴とする浸炭部品。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭部品に関し、特に高Ｃｒ材であっても浸炭阻害の発生を抑制することが可能な浸炭部品に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
浸炭焼入れは鋼材の表面硬化処理の代表的なものであり、歯車や軸受などの高い疲労強度・耐摩耗性が必要とされる浸炭部品に用いられている。このような部品には、日本産業分類（ＪＩＳ）に規定されるＳＣＭ４２０やＳＣＲ４２０が通常用いられてきた。しかし、昨今の部品の使用環境はより過酷化しており、部品の長寿命化や高強度化が求められている。
【０００３】
このようなニーズに応えるために、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３５％、Ｓｉ：０．４０～０．８０％、Ｍｎ：０．１５～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１．２０～２．５０％、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｍｏ：０．１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、該鋼はガス浸炭した時に最大粒界酸化の深さがＤ１が１０μｍ以下、合金欠乏層である不完全焼入層の最大深さＤ２が８～２０μｍ、かつＤ２－Ｄ１が２～１５μｍであり、浸炭異常層の残った状態の浸炭肌を有することを特徴とする耐ピッチング特性に優れた機械構造用肌焼鋼が提案されている（特許文献１参照。）。この提案は、ピッチングの起点となりうる粒界酸化の深さまでマルテンサイトよりも軟質な不完全焼き入れ層が覆うことで、粒界酸化を不完全焼き入れ層と一緒に摩耗させ、長寿命化する方策である。
【０００４】
また、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３５％、Ｓｉ：０．２５～０．８０％、Ｍｎ：０．３０～１．８０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：２．００～３．５０％、Ｍｏ：０．０４～０．５０％、Ａｌ：０．００３～０．１００％、Ｎ：０．００２～０．０５０％を含有し、Ｓｉ＋０．５Ｃｒ≧１．５かつＳｉ、Ｃｒ、Ｍｏの合計量が３．０％以上を満たし、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるものとし、浸炭処理または浸炭窒化処理ならびに焼入焼戻し処理を行った際の、表面から２０μｍにおけるＣ濃度を、０．７～１．０％とし、同じくＭｓ点をＭｓ≦２１５℃以下とし、残留γ量が体積％で２０≦γ≦５０％である、特に歯車の水素浸入環境化での使用の際に耐ピッチング特性に優れた歯車用はだ焼鋼が提案されている（特許文献２参照。）。これは、脆化の原因となる水素の拡散速度を抑制させる残留γを安定化させ、歯車の耐ピッチング特性を向上させる方策である。
【０００５】
そして、質量％で、Ｃ：０．１３～０．３５％、Ｓｉ：０．２０～０．６５％、Ｍｎ：０．５０～１．８０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：２．３０～３．５０％を含有し、さらに、Ｎｉ：０．１０～０．５０％、Ｍｏ：０．０３～０．５０％から選択した１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼であり、図２に示す浸炭焼入パターンおよび焼戻し後の該鋼の最表面から１００～３００μｍの母相成分中に固溶したＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏの合計は３．０％以上であり、さらに残留γ量は２０～５０ｖｏｌ％であって、その他残部はマルテンサイト組織である、耐白色組織変化はく離寿命に優れる軸受用鋼が提案されている（特許文献３参照）。これは、水素環境下において、水素を起因とする白色組織変化を抑制することで軸受の剥離寿命を向上させる技術である。
【０００６】
加えて、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３０％、Ｓｉ：０．２０～０．５０％、Ｍｎ：０．２０～１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｒ：２．６０～４．５０％、Ｍｏ：０．１０～０．４０％、Ｎｉ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．２０％以下を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物である合金鋼からなり、任意の切断面で面積３２０ｍｍ
２
当たりに存在する直径１０μｍ以上の酸化物系介在物が１０個以下である素材を、所定形状に加工した後、浸炭または浸炭窒化と焼入れ焼戻しを行って得られる風力発電設備用転がり軸受が提案されている（特許文献４参照。）。これは高Ｃｒとすることで水素によるマルテンサイトからフェライトへの組織変化を抑制し、高強度化を達成する技術である。
【０００７】
いずれの提案においても、Ｃｒ量が１．５０％以上であることを必要としており、このように部品の長寿命化や高強度化を図る方策として、ＣｒをＪＩＳ鋼以上に含有させることを念頭に置くものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１６-９８４２６号公報
特許第６３４７９２６号公報
特許第６６３９８３９号公報
特許第５９８２７８２号公報
特許第６３０８３８２号公報
特許第４３２７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
もっとも、これら提案の技術はいずれも高Ｃｒとするものであることから、浸炭した際に鋼材の表面にＣｒ酸化物が形成するため、炭素の侵入が阻害されてしまうリスクが顕在化してしまう問題がある。
【００１０】
こうした問題に対して、これまでにもＣｒ酸化物層を所定の厚さ以下にすることで無害化しようとする方策が提供されている（特許文献５参照。）。また、浸炭前にＣｒ酸化物形成の原因となる、Ｃｒの濃化が生じる加工変質層を除去する方策も提供されている（特許文献６参照。）。
（【００１１】以降は省略されています）

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