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公開番号2025156057
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2025045616
出願日2025-03-19
発明の名称浸炭窒化鋼材
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人
主分類C22C 38/00 20060101AFI20251002BHJP(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】耐表面剥離特性に優れた浸炭窒化鋼材を提供する。
【解決手段】所定の化学組成を有する浸炭窒化鋼材であって、下記式(1)によって求められるFx1が0.36以上、0.83以下であり、表層窒素量Nsが下記式(2)を満たし、表層の窒化物面積率が3.00%以上である、浸炭窒化鋼材。
Fx1=30×{0.008×(Si%+Mn%)-0.003×(Cr%)} (1)
Ns(質量%)≧0.43×e^0.96×Cr% (2)
式(1)と式(2)において、Si%、Mn%、Cr%はそれぞれ、質量%で示した鋼中のSi、Mn、Crの各含有量を示す。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
化学組成が、
Ｃ：０．１０質量％以上、０．３０質量％以下、
Ｓｉ：０．５０質量％以上、２．００質量％以下、
Ｍｎ：１．００質量％以上、２．００質量％以下、
Ｃｒ：０．１０質量％以上、０．６０質量％以下、
Ｎ：０．００１０質量％以上、０．０５００質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上、０．１００質量％以下、
Ｐ：０質量％超、０．１００質量％以下、および
Ｓ：０質量％超、０．１００質量％以下
を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物である浸炭窒化鋼材であって、
下記式（１）によって求められるＦｘ１が０．３６以上、０．８３以下であり、
表層窒素量Ｎｓが下記式（２）を満たし、
表層の窒化物面積率が３．００％以上である、浸炭窒化鋼材。
Ｆｘ１＝３０×｛０．００８×（Ｓｉ％＋Ｍｎ％）－０．００３×（Ｃｒ％）｝（１）
Ｎｓ（質量％）≧０．４３×ｅ
０．９６×Ｃｒ％
（２）
式（１）と式（２）において、Ｓｉ％、Ｍｎ％、Ｃｒ％はそれぞれ、質量％で示した鋼中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの各含有量を示す。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記化学組成が、下記（ａ）～（ｅ）のうちの１以上を満足する、請求項１に記載の浸炭窒化鋼材。
（ａ）Ｍｏ：０．０５質量％超、１．００質量％以下、およびＢ：０．０００５質量％以上、０．０１００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（ｂ）Ｔｉ：０．００５質量％以上、０．１０００質量％以下、Ｖ：０．００５質量％以上、０．５００質量％以下、およびＮｂ：０．００５質量％以上、０．１００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（ｃ）Ｃｕ：０．０１質量％超、２．００質量％以下、およびＮｉ：０．０１質量％超、２．００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（ｄ）Ｓｎ：０質量％超、０．１００質量％以下を更に含む。
（ｅ）Ｂｉ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、Ｓｅ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、Ｃａ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、Ｍｇ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、およびＲＥＭ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
【請求項３】
最表面から深さ０．０２５ｍｍ位置のビッカース硬さが７００ＨＶ以上である、請求項１または２に記載の浸炭窒化鋼材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、浸炭窒化鋼材に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、シャフトやギア等の浸炭処理、浸炭窒化処理を施して得られる機械構造部品には、ＳＣｒやＳＣＭやＳＮＣＭ等の機械構造用鋼材、いわゆる肌焼鋼が使用される。機械構造部品は、この肌焼鋼を、鍛造や切削等の機械加工により所望の部品形状に成形した後、浸炭処理、浸炭窒化処理等の表面硬化処理を施すことで得られる。浸炭窒化鋼材または、これを用いて得られる機械構造部品として、これまでに次のような技術が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、耐ピッチング性に優れた歯車が示されている。該歯車は、鍛造あるいは機械加工により歯車形状とした後、真空中で浸炭処理を行い、その後炉内で冷却後に焼入れする際、前記炉内での、浸炭後の炉内冷却から焼入れ前の加熱保持の間に、窒化処理を行い、前記焼入れ後に焼戻し処理される。また特許文献１には、歯車が、所定の成分組成を有し、前記成分組成におけるＳｉ、Ｃｒと前記窒化処理による表層最大侵入窒素量による焼戻し軟化抵抗パラメータＨＳｉＣｒＮが所定の（１）式を満たすことが示されている。
【０００４】
特許文献２には、優れた耐摩耗性と大きなピッチング強度を確保可能な浸炭窒化層を有する鋼製品が示されている。特許文献２には、該鋼製品が、浸炭窒化層を有し、生地の鋼材が、所定の成分を有し、（１）式：ｆｎ＝（Ｓｉ＋Ｍｎ）／Ｃｒで表されるｆｎが２以上であって、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成を有し、浸炭窒化層表面から深さ５０μｍまでの領域において、分散する合金窒化物がＭｎＳｉＮ
2
のみであり、浸炭窒化層表面におけるオーステナイト量が体積率で３０％以上、４０％以下であることが示されている。
【０００５】
また特許文献３には、異物混入環境下での転動疲労寿命に優れた浸炭窒化軸受鋼が示されている。特許文献３には、該浸炭窒化軸受鋼が、所定の組成を有し、浸炭窒化処理若しくはその後の２次焼入れ焼戻し処理後の表面硬さが５８ＨＲＣ以上で、且つ表面残留オーステナイト量が２０～５０％であることが示されている。
【０００６】
特許文献４には、所定の成分組成を有する、面疲労寿命を改善した浸炭窒化部品を製造する素材となる浸炭窒化用鋼材が示されている。また特許文献５には、生地が、所定の成分組成を有し、表面から深さ０．１ｍｍまでの領域において、平均のＣ濃度Ｃａｖｅが０．００５～０．３０％、平均のＮ濃度Ｎａｖｅが０．４５～０．８０％、Ｃａｖｅ＋Ｎａｖｅが０．６０～１．００％であり、表面から深さ０．１ｍｍまでの領域における荷重２０ｇで測定した場合のビッカース硬さの最小値が５５０ＨＶ以上である、浸炭窒化高周波焼入れ部品および窒化高周波焼入れ部品が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１３－１１２８２７号公報
特開２０１１－１６８８２０号公報
特開２００５－０４２１８８号公報
特開２０１７－１２５２３２号公報
特開２０１６－１０２２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１～５では、成分組成、浸炭窒化後の表層の形態を制御することで、耐ピッチング性等を高めているが、例えば歯車では、歯面の温度上昇によって生じる歯面スカッフィングや表面起点のピッチング剥離など、様々な表面剥離が生じうる。よって、様々な表面剥離を抑制すること、すなわち耐表面剥離特性に優れた浸炭窒化鋼材が求められる。また近年、自動車の燃費向上への要求が厳しく、車体軽量化のための部品の小型化がますます厳しくなっている。その結果、例えば歯車などの動力伝達部品の摺動負荷が高くなることから、該部品に適用される、より一層、耐表面剥離特性に優れた浸炭窒化鋼材が求められる。本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐表面剥離特性に優れた浸炭窒化鋼材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様１は、
化学組成が、
Ｃ：０．１０質量％以上、０．３０質量％以下、
Ｓｉ：０．５０質量％以上、２．００質量％以下、
Ｍｎ：１．００質量％以上、２．００質量％以下、
Ｃｒ：０．１０質量％以上、０．６０質量％以下、
Ｎ：０．００１０質量％以上、０．０５００質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上、０．１００質量％以下、
Ｐ：０質量％超、０．１００質量％以下、および
Ｓ：０質量％超、０．１００質量％以下
を含み、
残部がＦｅおよび不可避不純物である浸炭窒化鋼材であって、
下記式（１）によって求められるＦｘ１が０．３６以上、０．８３以下であり、
表層窒素量Ｎｓが下記式（２）を満たし、
表層の窒化物面積率が３．００％以上である、浸炭窒化鋼材である。
Ｆｘ１＝３０×｛０．００８×（Ｓｉ％＋Ｍｎ％）－０．００３×（Ｃｒ％）｝（１）
Ｎｓ（質量％）≧０．４３×ｅ
０．９６×Ｃｒ％
（２）
式（１）と式（２）において、Ｓｉ％、Ｍｎ％、Ｃｒ％はそれぞれ、質量％で示した鋼中のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの各含有量を示す。
【００１０】
本発明の態様２は、
前記化学組成が、下記（ａ）～（ｅ）のうちの１以上を満足する、態様１に記載の浸炭窒化鋼材である。
（ａ）Ｍｏ：０．０５質量％超、１．００質量％以下、およびＢ：０．０００５質量％以上、０．０１００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（ｂ）Ｔｉ：０．００５質量％以上、０．１０００質量％以下、Ｖ：０．００５質量％以上、０．５００質量％以下、およびＮｂ：０．００５質量％以上、０．１００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（ｃ）Ｃｕ：０．０１質量％超、２．００質量％以下、およびＮｉ：０．０１質量％超、２．００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（ｄ）Ｓｎ：０質量％超、０．１００質量％以下を更に含む。
（ｅ）Ｂｉ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、Ｓｅ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、Ｃａ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、Ｍｇ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下、およびＲＥＭ：０．０００１質量％以上、０．０１００質量％以下よりなる群から選択される１種以上の元素を更に含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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