JPH0251972B2 - - Google Patents
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- JPH0251972B2 JPH0251972B2 JP60231324A JP23132485A JPH0251972B2 JP H0251972 B2 JPH0251972 B2 JP H0251972B2 JP 60231324 A JP60231324 A JP 60231324A JP 23132485 A JP23132485 A JP 23132485A JP H0251972 B2 JPH0251972 B2 JP H0251972B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rolling fatigue
- manganese steel
- heat treatment
- steel
- high manganese
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/005—Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、特にころがり疲労特性にすぐれた高
マンガン鋼およびその製造方法に関するものであ
る。 ［従来の技術］ 従来は、ころがり疲労が問題となる機械部品、
例えば、歯車、キルンのローラなどの回転部材に
は、高周波焼入れ、浸炭、窒化または溶射などの
表面硬化処理を施すか、または、このような表面
硬化処理を施せない場合は、例えば、コスト的に
考えて、または、形状、大きさが表面硬化処理を
施すのに著しく不適当な場合は、これらの部品
は、ころがり疲労による剥離が生じた時点で、取
替えが必要な消耗品となつていた。 ［発明が解決しようとする課題］ しかし、剥離が生じるたびに部品を取替えるの
では、コストがかかる上に、剥離に気づかずに機
械を運転していて事故となる場合も生じる。 また、表面硬化処理はコストがかかる上に、例
えば、炭素量が低く、マンガンがほとんど入つて
いない浸炭鋼を浸炭する場合は粒界酸化が生じ、
溶射の場合は、溶着金材と母材の整合性が悪く剥
離するなど、一般的に処理の安定性に欠け、これ
に基因する事故が多い。さらに、表面硬化処理の
場合、摩耗、もしくは、それに類する原因で表面
硬化層が取りさられた場合、その効果は全くなく
なつてしまう。 本発明の高マンガン鋼は、上記の従来表面硬化
処理の問題点を解決し、表面硬化処理を施した浸
炭鋼と同等、または、それ以上の高ころがり疲労
特性を有するものである。 すなわち、高マンガン鋼は、通常Hv200前後程
度の硬さを有するが、衝撃力などの負荷が加わる
と、その部分の表面層が硬くなるという特性を持
つている。このため、表面硬化処理を施さなくと
も、使用中に容易に安定した表面硬化層を得るこ
とができるだけでなく、摩耗もしくは、それに類
する原因で表面硬化層が取りさられても、さらに
その下の層が硬化するという利点を持つている。
さらに、高マンガン鋼は表面硬化処理を施した鋼
に比べてはるかに安価であり、形状、大きさの制
限がない。 しかし、例えば浸炭の場合、表面硬化層は
Hv700〜800であるのに比較して、ころがり疲労
が生じるような使用状態の場合、すなわち、回転
中に応力はかかつているが衝撃力の加わらないよ
うな使用状態の場合、後記する第１表に示すよう
に、本発明のような高マンガン鋼の表面層は
Hv430〜450程度にしかならず、この表面層の硬
さから高マンガン鋼が表面硬化処理を施した鋼と
同等または、それ以上の高ころがり疲労特性を有
することを推測できないため、従来、高マンガン
鋼は、高ころがり疲労が問題となる部品に使用さ
れていなかつた。 ［課題を解決するための手段および作用］ 本発明においては、これらの問題点を解決する
ために、高ころがり疲労特性を有する高マンガン
鋼を得た。 本発明においては、高マンガン鋼を、重量％
で、Ｃ：0.7〜1.5％、Si：0.8％以下、Mn：10〜
15％、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
ころがり疲労耐久限度が120Kgｆ／mm2以上の高こ
ろがり疲労特性を有する高マンガン鋼とした。 本発明においては、従来鋼におけるころがり疲
労耐久限度の値と比べて飛躍的に高い値になるよ
うに、高ころがり疲労特性を、ころがり疲労耐久
限度が120Kgｆ／mm2以上と限定した。 そして、本発明においては、これら成分の高マ
ンガン鋼を用い、高マンガン鋼を500〜700℃まで
加熱し、ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を
行い、続いて、再加熱した後、950〜1100℃で再
溶体化熱処理を行い、最後に急冷するようにし
て、高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼を
得るようにした。 あるいは、これら成分の高マンガン鋼を、500
〜600℃まで加熱し、ここで焼戻ししてパーライ
ト化熱処理を行い、続いて、４〜100℃／minで
再加熱した後、800〜950℃で再溶体化熱処理を行
い、最後に急冷するようにして、高ころがり疲労
特性を有する高マンガン鋼を得るようにした。 つぎに、本発明の高マンガン鋼において、成分
組成を上記の通りに限定した理由を説明する。 なお、各成分組成は、すべて重量％であらわ
す。 (a) Ｃ，Mn Ｃ，Mn成分は、基地組織のオーステナイトの
安定性と、加工硬化特性に影響を与え、0.7〜1.5
％Ｃ，10〜15％Mnの組合せが最も安定したオー
ステナイトと高い加工硬化特性を有する。したが
つて、Ｃは0.7〜1.5％、Mnは10〜15％とした。 (b) Si Siは、湯流れを良くするため不可欠の成分であ
るが、0.8％を越えて含有させても、その効果は
飽和することから、上限を0.8％と定めた。 ［実施例］ 本発明の鋼は、必要に応じて、第１〜３図に示
した様な，，の３種類の熱処理を施す。本
熱処理の詳細を以下に述べる。 1000〜1100℃で２時間加熱した後、水冷す
る。 以下に示す熱処理を→→または→
の順番で施す。 1000〜1200℃に加熱した後、空冷または水
冷にする。 500〜700℃で10時間以上加熱した後、空冷
する。 950〜1100℃に加熱した後、水冷する。 以下に示す熱処理を→→または→
の順番で施す。 1000〜1200℃に加熱した後、空冷または水
冷する。 500〜600℃で10時間以上加熱した後、空冷
する。 800〜950℃に加熱した後、水冷する。 なお、、の熱処理の各，の工程におけ
る加熱時間は、被熱処理物の肉厚や大きさによつ
ても異なるが、１〜５時間とした。 上記熱処理条件において、鋼の加熱温度を
1000〜1100℃としたのは、1000℃以上の温度域
で、高マンガン鋼はオーステナイト単相となり、
これを水冷することにより常温で安定なオーステ
ナイト組織を得ることができるからである。さら
に、上限を1100℃としたのは、オーステナイト単
相組織を得るために、それ以上の加熱は必要ない
からである。 の熱処理は結晶粒を微細化させる熱処理であ
る。すなわち、の工程でオーステナイト単相組
織を得た後、の工程で、最もパーライトの析出
しやすい500〜700℃の温度域でパーライトを析出
させ、の工程のパーライトが固溶する過程で結
晶粒の微細なオーステナイト単相組織を得る。た
だし、通常は、→→の熱処理を行うが、鋳
放しの状態で、針状炭化物が析出しておらず、パ
ーライトのみが析出している場合、の工程を省
略しても良い。 上記に示した様に、→→もしくは→
の熱処理を施した鋼は、結晶粒が微細であるた
め、特に、靭性とともに、または、特に高いころ
がり疲労特性を要求される場合に使用される。す
なわち、後述の実施例で説明するが、高マンガン
鋼のころがり疲労試験の結果、従来の鍛造品（結
晶粒は数mm程度）より、優れたころがり疲労特性
を示しただけでなく、の熱処理工程を施して結
晶粒を微細化させた鋳造品は、の熱処理工程を
施した鍛造品とほぼ同程度のころがり疲労特性を
示したからである。 の熱処理は、の熱処理とほぼ同じである
が、主に異なるところはの工程での温度が若干
異なつていることである。この例では、の工程
でオーステナイト基地に、球状の炭化物が分散し
た組織を得る。その際、熱処理温度を800〜950℃
で変化させ、必要に応じた球状の炭化物の分散量
を得る。
マンガン鋼およびその製造方法に関するものであ
る。 ［従来の技術］ 従来は、ころがり疲労が問題となる機械部品、
例えば、歯車、キルンのローラなどの回転部材に
は、高周波焼入れ、浸炭、窒化または溶射などの
表面硬化処理を施すか、または、このような表面
硬化処理を施せない場合は、例えば、コスト的に
考えて、または、形状、大きさが表面硬化処理を
施すのに著しく不適当な場合は、これらの部品
は、ころがり疲労による剥離が生じた時点で、取
替えが必要な消耗品となつていた。 ［発明が解決しようとする課題］ しかし、剥離が生じるたびに部品を取替えるの
では、コストがかかる上に、剥離に気づかずに機
械を運転していて事故となる場合も生じる。 また、表面硬化処理はコストがかかる上に、例
えば、炭素量が低く、マンガンがほとんど入つて
いない浸炭鋼を浸炭する場合は粒界酸化が生じ、
溶射の場合は、溶着金材と母材の整合性が悪く剥
離するなど、一般的に処理の安定性に欠け、これ
に基因する事故が多い。さらに、表面硬化処理の
場合、摩耗、もしくは、それに類する原因で表面
硬化層が取りさられた場合、その効果は全くなく
なつてしまう。 本発明の高マンガン鋼は、上記の従来表面硬化
処理の問題点を解決し、表面硬化処理を施した浸
炭鋼と同等、または、それ以上の高ころがり疲労
特性を有するものである。 すなわち、高マンガン鋼は、通常Hv200前後程
度の硬さを有するが、衝撃力などの負荷が加わる
と、その部分の表面層が硬くなるという特性を持
つている。このため、表面硬化処理を施さなくと
も、使用中に容易に安定した表面硬化層を得るこ
とができるだけでなく、摩耗もしくは、それに類
する原因で表面硬化層が取りさられても、さらに
その下の層が硬化するという利点を持つている。
さらに、高マンガン鋼は表面硬化処理を施した鋼
に比べてはるかに安価であり、形状、大きさの制
限がない。 しかし、例えば浸炭の場合、表面硬化層は
Hv700〜800であるのに比較して、ころがり疲労
が生じるような使用状態の場合、すなわち、回転
中に応力はかかつているが衝撃力の加わらないよ
うな使用状態の場合、後記する第１表に示すよう
に、本発明のような高マンガン鋼の表面層は
Hv430〜450程度にしかならず、この表面層の硬
さから高マンガン鋼が表面硬化処理を施した鋼と
同等または、それ以上の高ころがり疲労特性を有
することを推測できないため、従来、高マンガン
鋼は、高ころがり疲労が問題となる部品に使用さ
れていなかつた。 ［課題を解決するための手段および作用］ 本発明においては、これらの問題点を解決する
ために、高ころがり疲労特性を有する高マンガン
鋼を得た。 本発明においては、高マンガン鋼を、重量％
で、Ｃ：0.7〜1.5％、Si：0.8％以下、Mn：10〜
15％、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
ころがり疲労耐久限度が120Kgｆ／mm2以上の高こ
ろがり疲労特性を有する高マンガン鋼とした。 本発明においては、従来鋼におけるころがり疲
労耐久限度の値と比べて飛躍的に高い値になるよ
うに、高ころがり疲労特性を、ころがり疲労耐久
限度が120Kgｆ／mm2以上と限定した。 そして、本発明においては、これら成分の高マ
ンガン鋼を用い、高マンガン鋼を500〜700℃まで
加熱し、ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を
行い、続いて、再加熱した後、950〜1100℃で再
溶体化熱処理を行い、最後に急冷するようにし
て、高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼を
得るようにした。 あるいは、これら成分の高マンガン鋼を、500
〜600℃まで加熱し、ここで焼戻ししてパーライ
ト化熱処理を行い、続いて、４〜100℃／minで
再加熱した後、800〜950℃で再溶体化熱処理を行
い、最後に急冷するようにして、高ころがり疲労
特性を有する高マンガン鋼を得るようにした。 つぎに、本発明の高マンガン鋼において、成分
組成を上記の通りに限定した理由を説明する。 なお、各成分組成は、すべて重量％であらわ
す。 (a) Ｃ，Mn Ｃ，Mn成分は、基地組織のオーステナイトの
安定性と、加工硬化特性に影響を与え、0.7〜1.5
％Ｃ，10〜15％Mnの組合せが最も安定したオー
ステナイトと高い加工硬化特性を有する。したが
つて、Ｃは0.7〜1.5％、Mnは10〜15％とした。 (b) Si Siは、湯流れを良くするため不可欠の成分であ
るが、0.8％を越えて含有させても、その効果は
飽和することから、上限を0.8％と定めた。 ［実施例］ 本発明の鋼は、必要に応じて、第１〜３図に示
した様な，，の３種類の熱処理を施す。本
熱処理の詳細を以下に述べる。 1000〜1100℃で２時間加熱した後、水冷す
る。 以下に示す熱処理を→→または→
の順番で施す。 1000〜1200℃に加熱した後、空冷または水
冷にする。 500〜700℃で10時間以上加熱した後、空冷
する。 950〜1100℃に加熱した後、水冷する。 以下に示す熱処理を→→または→
の順番で施す。 1000〜1200℃に加熱した後、空冷または水
冷する。 500〜600℃で10時間以上加熱した後、空冷
する。 800〜950℃に加熱した後、水冷する。 なお、、の熱処理の各，の工程におけ
る加熱時間は、被熱処理物の肉厚や大きさによつ
ても異なるが、１〜５時間とした。 上記熱処理条件において、鋼の加熱温度を
1000〜1100℃としたのは、1000℃以上の温度域
で、高マンガン鋼はオーステナイト単相となり、
これを水冷することにより常温で安定なオーステ
ナイト組織を得ることができるからである。さら
に、上限を1100℃としたのは、オーステナイト単
相組織を得るために、それ以上の加熱は必要ない
からである。 の熱処理は結晶粒を微細化させる熱処理であ
る。すなわち、の工程でオーステナイト単相組
織を得た後、の工程で、最もパーライトの析出
しやすい500〜700℃の温度域でパーライトを析出
させ、の工程のパーライトが固溶する過程で結
晶粒の微細なオーステナイト単相組織を得る。た
だし、通常は、→→の熱処理を行うが、鋳
放しの状態で、針状炭化物が析出しておらず、パ
ーライトのみが析出している場合、の工程を省
略しても良い。 上記に示した様に、→→もしくは→
の熱処理を施した鋼は、結晶粒が微細であるた
め、特に、靭性とともに、または、特に高いころ
がり疲労特性を要求される場合に使用される。す
なわち、後述の実施例で説明するが、高マンガン
鋼のころがり疲労試験の結果、従来の鍛造品（結
晶粒は数mm程度）より、優れたころがり疲労特性
を示しただけでなく、の熱処理工程を施して結
晶粒を微細化させた鋳造品は、の熱処理工程を
施した鍛造品とほぼ同程度のころがり疲労特性を
示したからである。 の熱処理は、の熱処理とほぼ同じである
が、主に異なるところはの工程での温度が若干
異なつていることである。この例では、の工程
でオーステナイト基地に、球状の炭化物が分散し
た組織を得る。その際、熱処理温度を800〜950℃
で変化させ、必要に応じた球状の炭化物の分散量
を得る。
【表】
【表】
本発鋼のころがり疲労耐久限度を調べる目的
で、第１表に組成を示した鋼を、高周波溶解炉に
て約100Kg溶製した。このインゴツトを、鋼番１，
２についてはそのまま，（→→の順
番）工程の熱処理を施し、鋼番３の試料について
は、鍛断比10で鍛造した後、工程の熱処理を施
した。試験機は西原式金属摩耗試験機を用い、第
４，５図に示した試験片１を、Slip9％、ローラ
２の回転数800rpmで疲労耐久限度を調べた。試
験片１としてはリング状のものを用いた。 その結果を第６図および第１表の右欄に示す。
本発明鋼（鋼番１，２，３）は、従来鋼（鋼番
４，５，６）と比べて著しく優れた疲労耐久限度
を示した。 さらに、本発明鋼の特徴は、鋳造品（鋼番２）
でも熱処理によつて鍛造品（鋼番３）と同程度の
ころがり疲労耐久限度を得ることができることで
ある。すなわち、鋼番３の鍛造品は鋼番１の鋳造
品と比べて約1.5倍の疲労耐久限度を示すが、
工程の熱処理を鋳造品に施すことによつて鋼番２
の様に鍛造品と同程度の疲労耐久限度を得ること
ができた。 ［発明の効果］ 本発明鋼、特に、本発明の製造方法によつて得
られた高マンガン鋼は、極めてすぐれた高ころが
り疲労特性を有している。 したがつて、これらを高圧力が作用する回転部
材に用いても、表面剥離が生ぜず、寿命も長くで
きる。 なお、本発明の製造方法によれば、浸炭処理が
行えないようなものでも、容易に行えるので、極
めて実用的である。
で、第１表に組成を示した鋼を、高周波溶解炉に
て約100Kg溶製した。このインゴツトを、鋼番１，
２についてはそのまま，（→→の順
番）工程の熱処理を施し、鋼番３の試料について
は、鍛断比10で鍛造した後、工程の熱処理を施
した。試験機は西原式金属摩耗試験機を用い、第
４，５図に示した試験片１を、Slip9％、ローラ
２の回転数800rpmで疲労耐久限度を調べた。試
験片１としてはリング状のものを用いた。 その結果を第６図および第１表の右欄に示す。
本発明鋼（鋼番１，２，３）は、従来鋼（鋼番
４，５，６）と比べて著しく優れた疲労耐久限度
を示した。 さらに、本発明鋼の特徴は、鋳造品（鋼番２）
でも熱処理によつて鍛造品（鋼番３）と同程度の
ころがり疲労耐久限度を得ることができることで
ある。すなわち、鋼番３の鍛造品は鋼番１の鋳造
品と比べて約1.5倍の疲労耐久限度を示すが、
工程の熱処理を鋳造品に施すことによつて鋼番２
の様に鍛造品と同程度の疲労耐久限度を得ること
ができた。 ［発明の効果］ 本発明鋼、特に、本発明の製造方法によつて得
られた高マンガン鋼は、極めてすぐれた高ころが
り疲労特性を有している。 したがつて、これらを高圧力が作用する回転部
材に用いても、表面剥離が生ぜず、寿命も長くで
きる。 なお、本発明の製造方法によれば、浸炭処理が
行えないようなものでも、容易に行えるので、極
めて実用的である。
第１〜３図は、それぞれ本発明鋼に施した熱処
理の異なる実施例を示した図、第４，５図はころ
がり疲労試験に供した試験片の形状を示した正面
図と側面図、第６図はころがり疲労試験結果を示
す接触応力線図である。 １……試験片。
理の異なる実施例を示した図、第４，５図はころ
がり疲労試験に供した試験片の形状を示した正面
図と側面図、第６図はころがり疲労試験結果を示
す接触応力線図である。 １……試験片。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、Ｃ：0.7〜1.5％、Si：0.8％以下、
Mn：10〜15％、残部がFeおよび不可避的不純物
からなり、ころがり疲労耐久限度が120Kgｆ／mm2
以上の高ころがり疲労特性を有する高マンガン
鋼。 ２ 重量％で、Ｃ：0.7〜1.5％、Si：0.8％以下、
Mn：10〜15％、残部がFeおよび不可避的不純物
からなる高マンガン鋼を500〜700℃まで加熱し、
ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を行い、続
いて、再加熱した後、950〜1100℃で再溶体化熱
処理を行い、最後に急冷するようにして高ころが
り疲労特性を有する高マンガン鋼を得るようにし
た高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼の製
造方法。 ３ 重量％で、Ｃ：0.7〜1.5％、Si：0.8％以下、
Mn：10〜15％、残部がFeおよび不可避的不純物
からなる高マンガン鋼を500〜600℃まで加熱し、
ここで焼戻ししてパーライト化熱処理を行い、続
いて、４〜100℃／minで再加熱した後、800〜
950℃で再溶体化熱処理を行い、最後に急冷する
ようにして高ころがり疲労特性を有する高マンガ
ン鋼を得るようにした高ころがり疲労特性を有す
る高マンガン鋼の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23132485A JPS6293340A (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼およびその製造方法 |
| JP7347790A JPH02270937A (ja) | 1985-10-18 | 1990-03-26 | 高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23132485A JPS6293340A (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼およびその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7347790A Division JPH02270937A (ja) | 1985-10-18 | 1990-03-26 | 高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6293340A JPS6293340A (ja) | 1987-04-28 |
| JPH0251972B2 true JPH0251972B2 (ja) | 1990-11-09 |
Family
ID=16921848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23132485A Granted JPS6293340A (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 高ころがり疲労特性を有する高マンガン鋼およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6293340A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100463992C (zh) * | 2007-06-12 | 2009-02-25 | 燕山大学 | 锻造(轧制)耐磨奥氏体高锰钢及其制造工艺 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS586960A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-14 | Daido Steel Co Ltd | 高マンガン鋼レ−ル |
-
1985
- 1985-10-18 JP JP23132485A patent/JPS6293340A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6293340A (ja) | 1987-04-28 |
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