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新肌焼鋼(Y6Ml)の諸性質について
On the VariousPropertiesoftheNew
Case-HardeningSteel
新
持
Kiichiro Shinji郎*
清
永
欣
Kingo Kiyonaga 五** 仁コ 内 容 梗 概 日立金属工業株式会社安来工場においてほ新しい歯車用肌焼鋼としてYGMl鋼を試作し実用化研究 を行ってきたが･優秀な諸性質をもっていることが判明したので,その結果について報告する｡ YGMlはCr-Mo肌焼鋼(SCM21)にMnを約1･5∼1.8%加えたもので,熱処理ひずみのわずか であること,･耐摩耗性の大きいこと,機械的性質特に引張り性質が優秀であり従来のNi-CrMo鋼 (SNCM25)に十分代用できる性質をもっている｡本報告はこれらの諸結果をまとめたものである｡〔Ⅰ〕緒
渉炭歯車材はその性質として表面硬度, 性を有し,熱処理による 形の少ないこ 耐摩耗性,靭 とが要求され る｡特に肌焼鋼においてほ熱処理による変形が大きく, 歯車として用いる場合に各種の困難を生じる｡鋼にMn を添加した場合,臨界冷却速度は遅くなり,Ar3,Arl変 態点が降下することほ周知のことであるが(1),これらの 性質は熱処理によるひずみを軽減し,機械的強度を増大 させることが予想される｡かかる観点からCr-Mo肌焼 鋼にMnを添加することによって熱処理ひずみのわずか な,しかも機械的性質の優秀な肌焼鋼を得んと試み,各 種の研究から新肌焼鋼としてYGMl鋼を造った｡本報 告はYGMl鋼の熱処理ひずみ,機械的性質,耐 耗性 その他について研究した結果をまとめたものである｡〔ⅠⅠ〕成分および変態点の生起状況
YGMlの成分範囲は第1表に示すとおりで,SCM21 にMnl･5∼1.80%を含有せしめ,さらに強靭性を増す ためにSiを0.3∼0.6%加えている｡ 弟2表は変態点の測定に用いた試料の化学成分,弟3 表は本多式熱膨脹計による試料の変態点を示す｡これに よればYGMlはSCM21に比較して加熱変態開始温 度を約300C,冷却変態点(5OC/min)を約40OC低下せ しめる｡また炉冷の場合にはAr′変態を起す｡MnCは YGMlの渉炭部に相当する成分であるが,これは空冷 によってAr′′変態の生ずることがわかる｡〔ⅠⅠⅠ〕湊 炭
特
性
弟1図ほ YGMl,SCM21,SNC21,SNC22 の診 炭特性を示す｡調査に用いた鯵炭剤は大阪工業秦品株式 会社の製造になるGT固形惨炭剤である｡一般にCト Mo系肌焼鋼の診炭能ほNi-Cr系のものに比較して大 きく,特にYGMlの惨炭能は大きい｡ * 日立金属工業株式会社安来工場工博 ** 日立金属工業株式会社安来工場 第1蓑 YGMlの規格成分範囲 第2表 変態点測定試料の化学成分 第3表 試 料 の 変 態 点∴‥･
､ ､ l C相即 ガ 〃仇 〃ル (‖〃励讐一
･㌧∵･ 〃跡び路 肋雄雌紺 (ミさ ル畔へ娼鰹 ､1■ ■ (‖以 βい ∴ J ハ〃仇 〃仏 J 港炭時間 侶 第1図 試料の渉炭特性緑園〔ⅠⅤ〕熱処軍里ひずみ
8￠×80m皿のひずみ測定試験片を製作し,各種の熱処 理を施した場合のひずみについて調査した｡ここではそ の一部を報告する｡使用した試料はYGMlとSCM21 でその化学成分を弟4表に示す｡試料は木炭粉と炭酸ノミ リウム(混合比6:4)の惨炭剤中で9500Cx4時間参炭の新肌焼鋼(YGMl)の
諸性質に
つい て 第4表 ひずみ測定試料の化学成分 忌｢鱒空爆顧血 微グ 7〝 脚 戎ガ ニ炭焼入温度化) 第2図 試料の二次焼入温度と熱処理ひずみの関係 処理を行った｡試料の寸度はマイクロメータにより 〃単位まで測定し熱処理変形 としては惨炭前の寸度に 対する熱処理後の寸度の百分比で示した｡ 舞2図ほ一次焼入,二次焼入および焼戻(1800Cxl時 間)を行ったのちの試料の熱処理ひずみで二次焼入温度 が低下するにつれて直径変化率は減少する｡長さ変化率 はYGMlほ減少し,SCM21は増加する｡二次焼入温度 7700CではSCM21の表面硬度は低下するが,YGMl はなお高い硬度を保有している｡一次焼入を省略した場 合の二次焼入温度と熱処理ひずみの関係を弟3図に示す が,やはり熱処理温度の低下につれてひずみが減少する ことがわかる｡ただし長さ変化率の 化はわずかであ る｡したがって熱処理ひずみを減少させるには一次焼入 を省略し,二次焼入温度をできるだけ低くすることが必 要であり,これによってYGMlはSCM21よりもわ ずかな熱処理ひずみを得ることが可能となる｡ 次に〔Ⅴ〕轢械酌性質
処理温度と機械的性質について 報告する｡ 査した結果を 料の化学成分は変態点測定に用いた 料と 同じで,C O.19%,SiO.30%,Mnl.56%,P O.018%, SO.010%,NiO.08%,Crl.06%,MoO.30%,CuO.11%, である｡試料ほ焼鈍素材より所定の寸度の 鹸片に加工 後,ただちに一次,二次焼入を行い,1300Cxl時間焼戻し へさ樹¥凰相剋 第3図 一次焼入を省略した場合の二次 焼入温度と熱処理ひずみの関係 ･: ･:∴∵∵h､ 仰 胴M 仰 ′∧U (決)b彗 げ 〟♂ 戎ガ 成形 一次焼入温度肋 ■･ ∵ 1･ へ望〔-衰 ､ ∴ ニ･ 第4囲 一次焼入温度と機械的性質の関係 た｡第4図は一次焼入温度と抗 1451 力,降伏点,伸び,絞り, 硬度の関係を示したもので一次焼入温度の相違に基く顕 著な効 ほ認められない｡弟5図は二次焼入温度と機械 的性質の関係を示すが,二次焼入温度の上昇につれて硬 度および機械的強 は著しく増加する｡一方伸びほ減少 するが,絞りは改善される｡注目すべきことほ二次焼入 温度が810∼8300Cで抗張力が約150kgノ皿m2に ことで, する 来のSCM21が最高110∼120kg/mm2であ るのに比較してきわめて大きい⊂,この値はSNCM25の それに匹敵するものである｡ 第d,7図は一次および二次焼入温度と衝撃値の関係を 示す｡一次,二次焼入温度の上昇は衝撃値を改善する｡ 特に二次焼入温度の影響が しい｡このようにYGMl の機械的性質はきわめて優秀であり,特に二次焼入温度 を飢0∼8300Cにとることによって改善される｡またこ1452 昭和32年12月 〔N臣適＼ゼ)棚等致.R唖m屋 リ ‥･ 小.-ガ ∬ 〃 京)箋等 ご ∴- -∴' 二次焼人温度化J 〃
へ■.蓋し
寧理学上さ■∧ ‥八 ･･･ l､･･ へb｣章頻幣 l 二J l ･･ 第5図 二次焼入温度と機械的性質との関係 二次焼入 抑む由 ーーーーー･-･､･-･. 一 / 一次虎人温度(℃) 〃 l･ ･l G)ギ壁塔 ｣･㌧･-･ ∵. ､■ ､､ 次焼入 βガと油 屯⊥/
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ろ紗r β〝 二次炊入温度(甘) へヒ守紺麿 財 粛 ∬ 第6図 一次焼入温度と 第7図 二次焼入温度と 衝撃値の関係 衝撃値の関係 の鋼の衝撃遷移特性を調査した結果では一50∼-700Cの 間に遷移温度があり,一打C以上でほ常温の衝撃値と大 差はない｡〔ⅤⅠ〕焼
入性
Mnは合金元素のうちでもつとも焼入性を増加させる ものであり,Mnを1.50∼1.80%含有するYGMlで は,その焼入性がかなり改善されることが予想される｡ 弟8図ほYGMlとSCM21の焼入性曲線を比較した もので,その化学成分を弟5表に示す｡YGMlの焼入 性がきわめて大きいことほ明りようである｡YGMlの C量が若干高いので初期硬度ほ高くでているが,曲線の 傾向ほC量によって大差ないと思われる｡ この結果とSNCM25およぴSNC22の焼入性帯を 比較すれば,YGMl銅がSNC22より焼入性は大であ り,SNCM25に匹敵するものであることは明りようで ある｡ 〟 §ゞ∴嘩悪‥:こ ●
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＼ ＼ ＼ ､＼､ 第39巻 第12号 ∴､ 膵〟/ -∵･-･‥･--･､､･･.__.__.. t∼甜/〟 ､､､､･･-､･･･∴､. ､J､-J‥､‥ ∵.､い･､∵ ･･･∴- √J ∴水棚か川場(×一志in)
第8図 試料の焼入性曲線 第5表 焼入性試験用試料の化学成分 試 料lc
0.21 0.16 Si 0.35 0.29 Mn 1.65 0.58 P 0.001 0.013 S 0.019 0.007 Ni 0.09 0.12 Cr 1.13 0.98 Mo 0.32 0.20 Cu 0.03 0.18 YGMl SCM21 第6表 摩耗試験用試料の化学成分 第ア表 摩耗試験用試料の熱処理〔ⅤⅠⅠ〕耐摩耗性
歯車用鋼に要求される他 の重要な性質に耐摩末毛性が ある｡ここでは西原式摩耗 試験機によってYGMlと SCM21のそれとを比較し た結果について報告する｡ 試験条件は乾燥状態,と りなし,最大圧紆応力60 kg/mm2で同種試料の組合 せ摩耗を行った｡ 料の化 へ旨し瑚轄媒剋 第9図 試料の繰り返えし 回転数と摩耗減量の関係 学成分は葬る表に示すとおりで,熱処理方法および硬度 を弟7表に示す｡まず初期摩耗を除くために10,000回 転(走行距離的1,000m)運転した後,5×104回転おき の摩耗減量をmg単位まで秤量した｡ 試験結果を弟9図に示す｡これほ定常摩耗の範囲にあ るので,摩耗減量と繰り返えし回転数ほほぼ直繰的関 係にある｡この結果ほ明らかにYGMlの耐 SGM21のそれにまさることを示している｡ 性が新 肌 焼
鋼(Y
GMl)の
諸性
質
に つ い て 1453〔ⅤⅠⅠⅠ〕湊炭時に現われる異常硬度
9000Cx4時間鯵炭したYGMlの惨炭硬度をたまたま 測定した場合に,弟10図に示すような異常硬度分布を 示した｡すなわち蓼炭深さ0.3mmまでほ硬度ほ徐々に 低下し0.3mm以上で急激に硬度を増加する｡0.5∼0.7 mmの問で最高の硬さを示し,0.7∼0.9刀nrnでふたたび 急速に軟化し,0.9mm以上でほ徐々に軟かくなる｡こ の試料の鯵炭郡の組織をみると,0.3工nm までほ若干の 網状セメンタイトと共析組織からなり,惨炭組織として は正常なものである｡異常硬度を示した部分には F部ベ イナイトと恩われる組織があり,さらに内部ではF+P 組織となる｡これを8400Cで油焼入すると弟】0図の上 に示すごとく,鯵灰時の異常硬度の影響は消える｡鯵炭 後の試料の冷却速度ほかなり遅く 9000Cより 2000C程 度まで試料が冷却するのに約5時間を経過している｡こ のように冷却速度がきわめて遅いにもかかわらず,中C 部でかかる高い硬度を保有することはかなり興味のある 事実を含んでいる｡ まず 面からの深さと鯵炭C量(化学分析による)の 関係を求め,惨炭祁の異常硬度を示す部分のC量を調査 した｡試料の化学成分はC O.15%,SiO.44%,Mnl.73 %,P O.021%,S O.003%,NiO.09%,Crl.03%,Mo O.40%,Cu O.10%である｡ 弟1=図ほ上記実験の 呆であるが,異常硬度を示す 部分は約0.65∼0.3%のC量に相当し,0.55%Cのとこ ろで最高硬度を示す｡ 次に各位の冷却 度を与えた場合の診炭硬度について 吟味した｡これらの結果をまとめると弟12図のように なる｡これは鯵炭深さの代りにC量をとったもので,C 量と冷却速度(800∼5000Cまでの冷却時間)および硬 度の関係として示した｡中C部(0.3∼0.7%)で冷却速 度1,000∼10,000秒に明りような異常硬度部を認めるこ とができる｡すなわちこの範囲が安定なべイナイト形成 を起しやすく,渉炭の場合の異常硬度の原悶となる｡な お同様な傾向ほSNCM25,SCM21,S15CKなどにつ いてはほとんど認められない｡〔ⅠⅩ〕結
言 以上,YGMl鋼の各種性質について略述紹介したが, 当鋼を実用に供する場合,各用途によって適当な熱処理 を行うことが望ましい｡たとえば,熱処理ひずみをでき るだけわずかにするには,焼入温度を低下させること, あるいはマルテンパー処理などを併用することが望まし く,機械的性質を十分に発揮させるためには,焼入温度 を鋸0∼8300Cにすることが望ましい｡ともかく,当鋼ほ その優秀な機械的性質,特に機械的強度の大きい点と耐 1貧 相 u 〝♂ ● /J 〃 // 〟 ､､ β♂ へ⇒し 些翳 第10図 YGMlの診炭異常硬度 J■ ♂ノJて♂ ♂J♂♂/♂ ///グ.〟/♂.〃 中 浦:さ-(〝仰) JL 第11図 YGMlの鯵炭硬層と捗炭量の関係 第12図 冷却速度とC量の関係における 硬度分布の概念図 性のすぐれている点において,従来のNi-Cr-Mo系 肌焼鋼に十分匹敵しうる性能を有するものと思われる｡ 終りにのぞみ,木研究に対し数々の御助言を頂いた日 立金属工業株式会社安来工場冶金研究所長小柴博士に沫 く感 の意を する｡ 参 鳶 文 献 (1)石原:金属の研究7,115(昭5-3)稿 寄 .ト タ
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立 【H (第80頁より続く) (昭和32年月10受付分) 寄 稿 先 オ ー ム 社 オ ー ム 社 日本鉄道串禰工業協■ヽ 日本経営者団体連盟 日 刊工業新聞社 日本非破壊検査協会 日 刊工業新聞社 ′ト峰工業技術KK 化 学 工 業 杜 精 密 学 医 学 小峰工業技術KK 日 刊工業新聞社 養 賢 堂 日 刊工業新聞社 養 賢 堂 鉄 道 通 信 協 鉄 道 通 信 協 全 会 KKアブネ出版社 鉄 道 通 信 協 全会 h ･ 信属 通金 道本 鉄日 学学 属属 金金 本本 日 日 エ学 ク ツ ケ 気 ス ラ ブ電 全会社会 ジ 会堂 学 械報 槻 木 日技 電白高 日 本 学 術 日 本 学 術 会 会 全会会 原子力経済研究所 照家技 電 博K 電 庭 気 冷 本 気情 友光 R口 電配変弾 力電 保用圧 安牛 のユ器 重一 輌 性ク 要ビ の レ 工代 変労 疲 び の 及 の的 場表圧強 電な 気製安晶 全の 対紹 さ 策介計て 造 工場 の 運搬管理 に つ い て ル タ レ 抵 抗 線 歪 計 の 精 度 に 関 す る 調 パ ワ ー シ ョ ベ ル の 運 転 制 御 に つ い 超 硬 正 面 フ ラ イ ス の 管 理 保守 に つ い 高 圧 発 生 装 ン′ 査 て て 置 L 型 日 立 断 層 撮 影 用 Ⅹ 繰 装 置 ト ラ ン ス フ ァ ー マ シ ン の 管 理 トランジスタ受信機の初段に関する設計上の考察 映像に写って妨害を与える外来の光を防ぐ方法 板 の 矯 正 に つ い て 高 解 像 力 の 405 本 T V 曲 げ 加 工 に お け る 実 際 的 諸 問 題 クロスバー交換機の話クロスバー交換機に使用される機器 クロスバー交換機の話.クロスバー交換機のあらまし プ レ ス に よ る 小 径 の 孔 明 け 加 工 クロスバー交換機の話 クロスバー交換機に使用される機 器 ク ロ スバーー交換機の話 クロスバー交換機のあらまし 磁 材 性 材 料料 エ ス テ ル 樹 脂 絶 縁 材 料 に つ い て 扱鏡 離 電 圧 /ミラメータを座標軸とする日動制御系の図式安定判別法Creep of Fine Ni-Co Alloys Wires
Bending Fatigue Test
放続あ 線 の 化 占 た つ 日立製作所におけるマイ の開発 大 冷農高 Of NickelTSilver Wires 学 工 業 へ の 応 用 管 余 談 の 故 障 修 理 の 手 引 クロ波測定器の現況とパルス技術 て てて 執筆者所属 執 筆 者 場場場場 工工工工 分分分戸 国国国笠 場場場場場場場場場場場場場場場場場場 工工工工工工工工工工工工工工工工工工 有有有有崎崎崎戸戸塚塚塚塚塚塚塚塚塚 亀亀亀亀川川川亀亀戸戸戸戸戸戸戸戸戸 工工工 場所所 工椚醗 賀央央 多中中 中央研 中央研 中央研 中 中 中 中日本 本本本 研研研研 央央央央 究究究究工 所所所所機社 杜杜社 長丹小乗平 熊 松 日∃ 久保沢 宇佐見 重 松 葛 上 市 川 甲 本 徳 永 福 間 日比野 大 串 長 尾 菊 地 野 上 長 足 大 塚 伊知LU 岩 抑 伊知山 伊知山 宮 入 沼 倉 上 田河島只木大沼河川前厚上大橋大山徳三 水村上細宮 田内井田野村村倉合松田田山原本島本重木 越上田谷内 和幸忠為忠 義幸辿英文俊 英次郎 昇 秀 夫 昇 昇 其亀男 省陽正文博一俊鱗俊 浩一 故 郎 郎 次郎 治 庸 ■豊 守 秀 暗 誠 也 裕之助 博 雄 政 暗 正 一 敏太郎 敬 一 光 男 栄次郎 俊 郎
