JPH06104852B2 - 浸炭鋼材の製造法、並びにこれより作られる物品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 表面硬化処理としての浸炭は自動車部品を初めとして耐
摩耗性，強靱性を必要とする部品や製品に広く使用され
ている。この発明は低炭素鋼材に熱処理としての浸炭処
理と圧延、引抜き又は鍛造等の塑性加工との複合加工を
施すことにより、有効硬化層の深さ、組織および結晶粒
度等を制御する新規な浸炭鋼の製造法と浸炭鋼を素材と
してこれより品目に応じて成形加工して作られる工具や
自動車部品、その他精密加工部品等の物品に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、この種の技術としては低炭素鋼材を物品の用途、
形状および大きさに応じて成形加工した後、物品の耐摩
耗性を向上させるため表面硬化処理することが知られて
いる。また、これを改良したものとして低炭素含有量の
鋼板を所望の厚さまで圧延し、その鋼材に浸炭処理また
は浸炭窒化処理を行なう鋼材の製造法も知られている。
（例えば特開昭51−143519号公報参照） （発明が解決しようとする課題） 前記従来技術で述べたもののうち、前者においては、低
炭素鋼材を成形加工して得られた物品の最終工程として
表面を硬化させる表面硬化法であるため、物品形状が多
様面を有し、しかも数量も多いことから、治具への取り
付け作業に大変な時間と労力を費やしていた。また物品
が油脂で汚れていると浸炭むらを生じるため、浸炭に先
だって有機溶剤で表面脱脂を行なうが、昨今、有機溶剤
としてのフロンガスは大気圏のオゾン層を破壊するなど
地球環境への影響が懸念されるなど大きな社会問題とな
り、今後は有機溶剤の使用禁止が予測されるなどの問題
点を有している。

後者においては、圧延する段階と浸炭または浸炭窒化処
理する段階があり、この場合、圧延段階を浸炭段階より
も先に行なうので、その後の浸炭または浸炭窒化によっ
て形成される浸炭層は圧延の影響を全く受けないため、
圧延により微細結晶粒が得られず、また圧延により浸炭
表面積の増大をも期待できる、靱性やコスト面で問題が
生じていた。さらに浸炭または浸炭窒化処理に引き続い
て３段階の熱処理と各段階で１〜２回の冷却を行なう必
要があり、特に第３段階の冷却では酸素を含まない媒質
中で行なうなど、製造工程が非常に複雑で高コスト化と
なる問題点を有していた。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みて
なされたものであり、従来技術が成形加工後に浸炭処理
していたものを、浸炭または浸炭窒化などの熱処理を先
に行い、その後圧延，引抜き又は鍛造等の塑性加工を行
なうことで従来困難であった有効硬化層深さ、組織及び
結晶粒等が制御でき、しかも塑性加工による浸炭表面積
の増大に伴う浸炭コストの低減を図る新規なる浸炭鋼の
製造法、並びにこれより作られる物品を提供することを
目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため本発明は、炭素含有量0.35％
以下、アルミニウム含有量0.10％以下の鋼材をガス浸炭
炉でガス浸炭またはガス浸炭窒化処理後浸炭層にパーラ
イト組織を形成するよう空冷し、これにより得られた浸
炭材を熱間または冷間で塑性加工して浸炭表面積を増大
させるとともに、断面形状を丸形、平形、角形または異
形となるよう形成する。そしてガス浸炭またはガス浸炭
窒化処理は、鋼材を適量炉内に定置するか、または浸炭
炉外から炉内へ、そして炉外へと毎分１〜100cmの定速
度で連続的に移動させ、鋼材の表面全体または表面一部
を浸炭処理するようにし、その後、熱間または冷間で塑
性加工するのであるが、熱間では浸炭材を1000〜1250℃
に加熱し浸炭層を有効硬化層深さを冷間よりも５〜35％
増加するようにした後、圧延、引抜き又は鍛造し、冷間
では物品の用途に応じて、事前に浸炭材を球状化焼なま
しを施し、浸炭層の板状セメンタイトを球状セメンタイ
トとして後圧延、引抜きまたは鍛造することで浸炭鋼が
得られる。

一方上述の製造法により得られた浸炭鋼を素材としてこ
れより作られる物品の形状や大きさに応じ、切断して成
形加工を行なうことで、繊維状組織による強靱化が図ら
れた物品を得るものである。

（作用） 本発明は以上説明したように、従汰技術が鋼材を成形加
工した後、浸炭処理していたものを、本発明では鋼材の
成形加工前に浸炭又は浸炭窒化等の熱処理を行ない、そ
の後で、圧延，引抜きまたは鍛造等の塑性加工を実施す
るものである。

第２図は浸炭表面からの距離と硬さ（HV）との関係を従
来のものと本発明とを比較したものであるが、この図か
ら判るように従来の浸炭は浸炭表面から0.05mmまでに硬
さが低下する現象が見られ、これは異状浸炭組織による
影響である。本発明の浸炭鋼では最表面からの硬さの低
下が見られない理由としては、浸炭後の90％以上の断面
減少率を伴う熱間圧延により、異状浸炭層が極薄化して
硬さ低下がなくなったためで、耐磨耗性に関しては最表
面の硬さが最も大切なので、このことは重要なことであ
る。

また従来の浸炭では浸炭層最表面の炭素温度を0.5％以
下に制御することは浸炭剤のカーボンポテンシャルの関
係から困難であったが、本発明による浸炭鋼の熱間圧延
を例とすると、浸炭剤を1000〜1250℃に高温加熱し、引
続き断面減少率90％まで圧延すれば高温加熱による炭素
拡散と圧延による浸炭層厚さ低減とが連続的に行なわれ
浸炭表面積の増大とともに浸炭層の炭素濃度を0.4〜0.9
％、浸炭有効硬化層深さ0.01〜0.5mmおよび結晶粒度をJ
IS規格での粒度番号５〜10にコントロールでき、この場
合は、浸炭層厚さ0.1mmまで薄くすると、最表面の炭素
濃度を0.5％まで低下することができた。

さらに従来法では浸炭層を0.1mm以下の薄さとすると、
浸炭むらが生じるもので薄い浸炭には限度があったが、
本発明では浸炭後塑性加工するので、0.1mm以下の薄さ
でも制御可能となり、歪を嫌う部品などの浸炭法として
応用分野を確立することができる。そしてまた第３図に
示す如く従来法で成形加工後に浸炭して得られる物品
と、本発明による浸炭鋼を素材として成形加工し直接物
品を得るものとの比較図であるが、従来法では鋼材の成
形加工後に900℃付近の高温で長時間浸炭するため、成
形加工時の繊維状組織は消滅しているが本発明は最終的
に成形加工するので、繊維状組織が存在しコーナー部な
どの応力集中部における靱性を高め、さらに同図の如く
浸炭が不必要な箇所を切断面とすれば、一部浸炭層のな
い物品が得られ浸炭層の厚さも成形加工の加工度によっ
て影響されるものである。

（実施例） 実施例について図面を参照して説明する。以上説明した
ように本発明の浸炭鋼を焼入れしたときの硬さ分布は第
２図に示すように最表面の硬さの低下がないことから耐
摩耗性に優れていることが分かる。上述の浸炭鋼による
浸炭ボルト製造法を従来法と比較してみると、従来は第
１図で示すように素材（鋼材）を一定長さに切断後、ヘ
ッダーと転造加工によりボルトに成形後、浸炭または浸
炭窒化処理して浸炭ボルトの製造を行っていた。これに
対し本発明は第１図に示すように浸炭鋼を素材として従
来法と同様に成形加工して浸炭ボルトを製造するもので
あるので、実際には最後の浸炭工程が省略される結果と
なり生産性の向上が期待できる。さらに第３図は鋼材を
成形加工後に高温で浸炭したため繊維状組織が消滅した
従来の浸炭ボルトと、本発明の如く浸炭鋼を成形加工し
た場合に形成される繊維状組織が存在する浸炭ボルトを
示すもので、当然本発明の浸炭ボルトは繊維状組織によ
りコーナー部などの応力集中部における靱性が大きい。
また同図から本発明の浸炭ボルトの端面は切断面に相当
するため、浸炭されていないのも大きな特徴である。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように構成されているので、以下
記述のような効果を奏するものである。

本発明においては従来方法と異なり、浸炭または浸炭窒
化した鋼材を直接熱間または冷間で圧延、引抜きまたは
鍛造等の塑性加工を行なう、いわゆる熱処理による表面
硬化と塑性加工との複合加工を施すことにより、有効硬
化層の深さ、組織及び結晶粒度を制御し得て組織の改
善、浸炭層の改善を可能とし、また部品化、製品化のた
めの成品加工において繊維状組織による強靱化を図る物
品を一貫して製造可能とする画期的製造方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法と本発明法の浸炭工程の比較表である。 第２図は従来法と本発明法の浸炭表面からの距離と硬さ
の関係を示すグラフである。 第３図は従来法と本発明法との成形加工後の物品組織の
比較図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素含有量0.35％以下、アルミニウム含有
   量0.1％以下の鋼材をガス浸炭炉でガス浸炭またはガス
   浸炭窒化処理後浸炭層にパーライト組織を形成するよう
   空冷し、これにより得られた浸炭材を熱間または冷間で
   塑性加工して浸炭表面積を増大させるとともに、断面形
   状を丸形、平形、角形または異形とすることを特徴とす
   る浸炭鋼の製造法。
2. 【請求項２】ガス浸炭またはガス浸炭窒化処理は、鋼材
   を適量炉内に定置するか、または浸炭炉外から炉内へそ
   して炉外へと毎分１〜100cmの定速度で連続的に移動さ
   せ、鋼材の表面全体または表面一部を浸炭処理する特許
   請求の範囲第１項記載の浸炭鋼の製造法。
3. 【請求項３】熱間または冷間で塑性加工する場合、熱間
   では浸炭材を1000〜1250℃に加熱し浸炭層の有効硬化層
   深さを冷間よりも５〜35％増加するようにした後、圧
   延、引抜きまたは鍛造し、冷間では物品の用途に応じて
   事前に浸炭材を球状化焼きなましを施し、浸炭層の板状
   セメンタイトを球状セメンタイトとした後圧延、引抜き
   又は鍛造する特許請求の範囲第１項記載の浸炭鋼の製造
   法。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項，第２項または第３
   項のいずれかによって製造された浸炭鋼を素材として、
   これにより作られる物品の形状や大きさに応じ、切断し
   て成形加工を行なうことで、繊維状組織による強靱化が
   図られることを特徴とする物品。