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公開番号2025104135
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023222004
出願日2023-12-27
発明の名称鋼材、及び、ガス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 20060101AFI20250702BHJP(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】浸炭焼入れ時の熱処理ひずみを低減した鋼材を提供する。
【解決手段】本実施形態の鋼材は、質量%で、C:0.18～0.30%、Si:0.22～0.79%、Mn:0.85～1.85%、P:0.015%以下、S:0.025%以下、Cr:0.13～0.40%、Al:0.005～0.100%、N:0.0020～0.0300%、O:0.0015%以下、を含有し、残部がFe及び不純物からなり、式(1A)、式(2)及び式(3)を満たす。
63.0<90.0×C+10.0×Si+30.0×Mn-10.0×Cr+2000.0×N (1A)
0.60<Si+Cr<1.17 (2)
Al/N≧2.00 (3)
ここで、式(1A)、式(2)及び式(3)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１８～０．３０％、
Ｓｉ：０．２２～０．７９％、
Ｍｎ：０．８５～１．８５％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、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（１Ａ）、式（２）及び式（３）を満たす、
鋼材。
６３．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ（１Ａ）
０．６０＜Ｓｉ＋Ｃｒ＜１．１７（２）
Ａｌ／Ｎ≧２．００（３）
ここで、式（１Ａ）、式（２）及び式（３）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
質量％で、
Ｃ：０．１８～０．３０％、
Ｓｉ：０．２２～０．７９％、
Ｍｎ：０．８５～１．８５％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、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（１Ｂ）、式（２）及び式（３）を満たす、
鋼材。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．３０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．１５％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０５０％以下、
Ｂｉ：０．１００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１０％以下、及び、
Ｓｂ：０．０５％以下、からなる群から選択される１種以上
６３．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５０×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］（１Ｂ）
０．６０＜Ｓｉ＋Ｃｒ＜１．１７（２）
Ａｌ／Ｎ≧２．００（３）
ここで、式（１Ｂ）、式（２）及び式（３）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
【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：０．１８～０．３０％、
Ｓｉ：０．２２～０．７９％、
Ｍｎ：０．８５～１．８５％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、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（１Ａ）、式（２）及び式（３）を満たす、
ガス浸炭機械構造用部品。
６３．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ＋２０００．０×Ｎ（１Ａ）
０．６０＜Ｓｉ＋Ｃｒ＜１．１７（２）
Ａｌ／Ｎ≧２．００（３）
ここで、式（１Ａ）、式（２）及び式（３）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
【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：０．１８～０．３０％、
Ｓｉ：０．２２～０．７９％、
Ｍｎ：０．８５～１．８５％、
Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０２５％以下、
Ｃｒ：０．１３～０．４０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｎ：０．００２０～０．０３００％、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（１Ｂ）、式（２）及び式（３）を満たす、
ガス浸炭機械構造用部品。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．３０％以下、
Ｍｏ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｖ：０．１５％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、及び、
Ｗ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５％以下、からなる群から選択される１種以上
［第４群］
Ｔｅ：０．０５０％以下、
Ｂｉ：０．１００％以下、
Ｐｂ：０．０９％以下、
Ｓｎ：０．１０％以下、及び、
Ｓｂ：０．０５％以下、からなる群から選択される１種以上
６３．０＜９０．０×Ｃ＋１０．０×Ｓｉ＋３０．０×Ｍｎ－１０．０×Ｃｒ－０．５０×Ｍｏ＋２０００．０×［有効Ｎ］（１Ｂ）
０．６０＜Ｓｉ＋Ｃｒ＜１．１７（２）
Ａｌ／Ｎ≧２．００（３）
ここで、式（１Ｂ）、式（２）及び式（３）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入され、元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
さらに、式（１Ｂ）中の［有効Ｎ］は以下のとおり定義される。
Ｆｎ＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７＞０である場合：
［有効Ｎ］＝Ｎ－Ｔｉ／３．４０－Ｂ／０．７７
Ｆｎ≦０である場合：
［有効Ｎ］＝０
【請求項９】
請求項８に記載のガス浸炭機械構造用部品であって、
前記第１群を含有する、
ガス浸炭機械構造用部品。
【請求項１０】
請求項８に記載のガス浸炭機械構造用部品であって、
前記第２群を含有する、
ガス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、ガス浸炭処理を実施して製造される機械構造用部品である、ガス浸炭機械構造用部品の素材に適した鋼材、及び、ガス浸炭機械構造用部品に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車、建設車両、鉱山機械等には、機械構造用部品が用いられる。機械構造用部品は例えば、ギヤ、シャフト、歯車等である。機械構造用部品の素材として、ＪＩＳＧ４０５３（２０１６）に規定されたＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＮＣＭ４２０に代表される機械構造用合金鋼鋼材が利用される。
【０００３】
これらの鋼材を素材とした機械構造用部品は、例えば、次の製造工程で製造される。素材である鋼材に対して熱間加工（熱間鍛造）を実施して、その後、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（焼入れ及び焼戻し、浸炭処理、又は、浸炭窒化処理等）を実施して、中間品の硬さ及びミクロ組織を調整する。以上の製造工程により、機械構造用部品が製造される。
【０００４】
上述のとおり、機械構造用部品の製造工程中において、鋼材に対して切削加工が実施される場合がある。したがって、機械構造用部品の素材となる鋼材には、高い被削性が求められる。
【０００５】
近年、自動車等の電動化に伴い、機械構造用部品の軽量化及び小型化が進んでいる。そのため、機械構造用部品には、優れた曲げ疲労強度が求められる。
【０００６】
機械構造用部品の曲げ疲労強度を高める技術として、ガス浸炭処理及びガス浸炭窒化処理が知られている。ガス浸炭処理及びガス浸炭窒化処理では、機械構造用部品の表層に硬化層（浸炭層又は浸炭窒化層）が形成される。この硬化層により、機械構造用部品の曲げ疲労強度が高まる。以降の説明では、ガス浸炭処理が施された機械構造用部品を、ガス浸炭機械構造用部品ともいう。
【０００７】
ところで、ガス浸炭処理（ガス浸炭処理及びガス浸炭窒化処理）を実施した場合、ガス浸炭機械構造用部品が変形しやすい。本明細書では、ガス浸炭処理時に熱の影響によりガス浸炭機械構造用部品に発生する変形を、熱処理ひずみという。熱処理ひずみにより、ガス浸炭機械構造用部品の形状がひずむ。ガス浸炭機械構造用部品の形状のひずみは、自動車等の運転時の騒音及び振動を引き起こす。
【０００８】
内燃機関を動力源とする従来の自動車等の場合、内燃機関が発する音の方が、ギヤ、歯車、シャフト等の機械構造用部品が発する音よりも大きかった。そのため、機械構造用部品の音は注目されていなかった。しかしながら、近年の自動車等の電動化により、動力源から発する音は大きく低減され、その結果、ギヤ等の機械構造用部品の発する音が目立つようになってきている。そこで、最近では、ガス浸炭処理を実施した場合に、熱処理ひずみを抑制できる鋼材が求められている。
【０００９】
熱処理ひずみの抑制に関する技術が、国際公開第２０１４／０３８５４８号（特許文献１）に提案されている。
【００１０】
特許文献１に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．２０～０．３０％、Ｓｉ：０．１０～１．５０％、Ｍｎ：０．１０～１．２０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１．３０～２．５０％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ａｌ：０．００８～０．３００％、Ｏ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００２０～０．０３００％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる。この鋼材では、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）が４６０℃以下である。さらに、ジョミニー式一端焼入法により測定される鋼材の焼入端からの距離が１．５ｍｍの位置での硬さをＪ１．５と定義し、焼入れ端からの距離が９ｍｍの位置での硬さをＪ９と定義し、焼入れ端からの距離が１１ｍｍの位置での硬さをＪ１１と定義したとき、（Ｊ９／Ｊ１．５）が０．７０～０．８５であり、（Ｊ１１／Ｊ１．５）が０．６７～０．７８である。この鋼材では、Ｍｓ点が低く設定され、かつ、硬さが所定の範囲に調整される。これにより、鋼材の熱処理変形が抑制される、と特許文献１には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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