| 【発明の名称】 |
歯 車 |
| 【発明者】 |
【氏名】三浦 健蔵
【氏名】吉田 彰
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| 【要約】 |
【課題】耐摩耗性、耐スカッフ性、強度、伸び、加工性等の特性がより一層改善された耐摩耗性鋼よりなる歯車を提供する。
【解決手段】炭素：１．０重量％以上、珪素：０．８重量％以上、マンガン：０．８重量％以上、硫黄：０．０１重量％以下及びモリブデン：５．０重量％以下を含み、残部が実質的に鉄よりなる耐摩耗性鋼製の歯車。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】炭素：１．０重量％以上、珪素：０．８重量％以上、マンガン：０．８重量％以上、硫黄：０．０１重量％以下及びモリブデン：５．０重量％以下を含み、残部が実質的に鉄よりなる耐摩耗性鋼製の歯車。
【請求項２】炭素：１．０重量％以上、珪素：０．８重量％以上、マンガン：０．８重量％以上、硫黄：０．０１重量％以下及びモリブデン：５．０重量％以下と、ニッケル：３．０重量％以下、アルミニウム：１．０重量％以下、タングステン：１．５重量％以下、バナジウム：１．０重量％以下及び硼素：０．５重量％以下よりなる群から選ばれる１種又は２種以上とを含み、残部が実質的に鉄よりなる耐摩耗性鋼製の歯車。
【請求項３】 請求項１又は２において、前記耐摩耗性鋼は炭素：１．２５〜２．５０重量％、珪素：１．５０〜３．００重量％、マンガン：０．８〜３．００重量％、硫黄：０．０１重量％以下及びモリブデン：０．２０〜２．０重量％を含むことを特徴とする歯車。
【請求項４】 炭素：２．２重量％以下、珪素：１．２重量％以下、マンガン：０．２重量％以上、クロム：１６重量％以下、リン：０．２重量％以下及び硫黄：０．１重量％以上を含み残部が実質的に鉄よりなる耐摩耗性鋼製の歯車。
【請求項５】 請求項４において、炭素：１．２重量％以下、珪素：０．８重量％以下、マンガン：０．２重量％以上、リン：０．２重量％以下、硫黄：０．１重量％以上、クロム：６．０重量％以下を母材成分として含むと共に、モリブデン：５．０重量％以下、タングステン：１．０重量％以下、バナジウム：２．０重量％以下及び硼素：０．５重量％以下よりなる群から選ばれる１種又は２種以上をクリープ特性改善のための添加成分として含み、残部が鉄よりなる耐摩耗性鋼製の歯車。
【請求項６】 請求項５において、母材成分の炭素含有量が０．９〜１．１重量％、珪素含有量が０．４〜０．７重量％、マンガン含有量が０．９〜１．２重量％、リン含有量が０．０５重量％以下、硫黄含有量が０．２〜０．５重量％、クロム含有量が０．９〜１．２重量％であることを特徴とする歯車。
【請求項７】 請求項４において、母材成分の炭素含有量が１．２重量％以下、珪素含有量が０．８重量％以下、マンガン含有量が０．２重量％以上、リン含有量が０．２重量％以下、硫黄含有量が０．１重量％以上、クロム含有量が１５．０重量％以下であることを特徴とする歯車。
【請求項８】 請求項７において、母材成分の炭素含有量が０．６〜１．０重量％、珪素含有量が０．２〜０．４重量％、マンガン含有量が０．５〜１．０重量％、リン含有量が０．０５重量％以下、硫黄含有量が０．２〜０．５重量％、クロム含有量が１１〜１３重量％であることを特徴とする歯車。
【請求項９】 請求項４において、炭素：２．２重量％以下、珪素：１．２重量％以下、マンガン：０．２重量％以上、クロム：６重量％以下、リン：０．０８重量％以下、硫黄：０．１５重量％以上を母材成分として含むと共に、モリブデン：５．０重量％以下、タングステン：１．０重量％以下、バナジウム：２．０重量％以下及び硼素：０．５重量％以下よりなる群から選ばれる１種又は２種以上をクリープ特性改善のための添加成分として含み、残部が鉄よりなる耐摩耗性鋼製の歯車。
【請求項１０】 請求項９において、母材成分の炭素含有量が０．２５〜２．０重量％、珪素含有量が０．２０〜１．２０重量％、マンガン含有量が０．４０〜１．２０重量％、クロム含有量が０．８０〜５．５０重量％、リン含有量が０．０５重量％以下、硫黄含有量が０．２０〜０．５０重量％であることを特徴とする歯車。
【請求項１１】 請求項７において、母材成分の炭素含有量が０．６０〜２．０重量％、珪素含有量が０．１０〜０．４０重量％、マンガン含有量が０．４０〜１．０重量％、クロム含有量が１１．０〜１５．０重量％、リン含有量が０．０５重量％以下、硫黄含有量が０．２０〜０．６０重量％であることを特徴とする歯車。
【請求項１２】 請求項４，７，８ないし１１のいずれか１項において、添加成分としてモリブデンを含むことを特徴とする歯車。
【請求項１３】 請求項１２において、添加成分としてモリブデンと、タングステン、バナジウム及び硼素よりなる群から選ばれる１種又は２種以上とを含むことを特徴とする歯車。
【請求項１４】 請求項４ないし１３のいずれか１項において、母材成分として更にニオブ及び／又はテルルを含むことを特徴とする歯車。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は耐摩耗性鋼製の歯車に係り、特に、耐摩耗性、耐スカッフ性に優れる耐摩耗性鋼であって、鋳鉄に比べて強度が高く、伸びが大きい上に、超強力鋼、超硬合金に比べて靭性が高く、加工性も良好な高特性耐摩耗性鋼よりなる歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術及び先行技術】従来、歯車に用いられる耐摩耗性材料としては、ユーバロイ等の片状黒鉛鋳鉄（以下、鋳鉄と略記）や硬度の高い超強力鋼、超硬合金が知られている。
【０００３】しかしながら、鋳鉄は強度が低く、伸びが小さいという欠点を有し、また、超強力鋼、超硬合金は靭性が低く、加工性に乏しく、更に耐スカッフ性（耐焼付き性）にも劣るという欠点を有している。
【０００４】このような問題を解決するものとして、本出願人は先に次のＩ〜III のような組成の耐摩耗性鋼を提案した。
【０００５】
【表１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、強度、加工性、熱的安定性に優れる上に、摺動特性に優れ、油切れ状態ないし高ＰＶ値条件下において異常摩耗を起こし難い耐摩耗性鋼よりなる歯車を提供することを第１の目的とする。
【０００７】本発明は、耐摩耗性、耐スカッフ性、強度、伸び、加工性等の特性がより一層改善された耐摩耗性鋼よりなる歯車を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の歯車を構成する第１（請求項１〜３）の耐摩耗性鋼は、炭素：１．０重量％以上、好ましくは１．２５〜２．５０重量％、珪素：０．８重量％以上、好ましくは１．５０〜３．００重量％、マンガン：０．８重量％以上、好ましくは０．８０〜３．００重量％、硫黄：０．０１重量％以下及びモリブデン：５．０重量％以下、好ましくは０．２０〜２．０重量％を含み、残部が実質的に鉄よりなる。
【０００９】本発明の耐摩耗性鋼は、更に、ニッケル：３．０重量％以下、アルミニウム：１．０重量％以下、タングステン：１．５重量％以下、バナジウム：１．０重量％以下及び硼素：０．５重量％以下よりなる群から選ばれる１種又は２種以上を含んでいても良い。
【００１０】この組成範囲を一覧表にまとめると、次の表２の通りである。
【００１１】
【表２】
【００１２】上記組成範囲の耐摩耗性鋼は、強度、加工性、熱的安定性を損なうことなく、摺動特性を片状黒鉛鋳鉄と同程度或いはそれ以上に向上させることができ、油切れ状態ないし高ＰＶ値条件下において異常摩耗を起こし難い。
【００１３】本発明の歯車を構成する第２（請求項４〜１４）の耐摩耗性鋼は、Ｃ：２．２重量％以下、Ｓｉ：１．２重量％以下、Ｍｎ：０．２重量％以上、Ｃｒ：１６重量％以下、Ｐ：０．２重量％以下及びＳ：０．１重量％以上を母材成分として含むと共に、Ｍｏ：５．０重量％以下、Ｗ：１．０重量％以下、Ｖ：２．０重量％以下及びＢ：０．５重量％以下よりなる群から選ばれる１種又は２種以上をクリープ特性改善のための添加成分として含み、残部がＦｅよりなる。
【００１４】上記特定の母材成分を含む第２の耐摩耗性鋼に、更に、Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｂの１種又は２種以上を特定の割合で添加することにより、母材成分による耐摩耗性、耐スカッフ性、強度、伸び、靭性、加工性の向上効果を損なうことなく、クリープ特性を大幅に改善することができる。
【００１５】第２の耐摩耗性鋼（請求項４〜１１）の組成は次の通りである。
【００１６】
【表３】
【００１７】また、クリープ特性改善のための添加成分としては、特にＭｏを添加するのが好ましく、とりわけＭｏと、Ｗ，Ｖ及びＢの１種又は２種以上を使用添加するのが好ましい。
【００１８】この添加成分の好ましい添加形態及び添加割合は次の通りである。
【００１９】■ Ｍｏ：５．０重量％以下■ Ｍｏ：５．０重量％以下とＷ：１．５重量％以下の併用添加■ Ｍｏ：５．０重量％以下とＶ：２．０重量％以下の併用添加■ Ｍｏ：５．０重量％以下とＢ：０．５重量％以下の併用添加■ Ｍｏ：５．０重量％以下とＶ：２．０重量％以下とＷ：３．０重量％以下との併用添加なお、本発明において、「残部が鉄よりなる」とは、残部がすべて鉄であることを示すものではなく、不可避的に含まれる不純物ないしその他の微量成分を２．０重量％以下、好ましくは０．５重量％以下の範囲で含有していても良い。例えば、母材成分として更に、Ｎｂ０．２重量％以下及び／又はＴｅ０．１重量％以下を含有していても良い。
【００２０】本発明は、平歯車、内歯車、はすば歯車、やまば歯車、すぐばかさ歯車、まがりばかさ歯車、ハイポイドギヤ、ウォーム、ウォームホィール、ねじ歯車など各種の歯車に適用できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
【００２２】Ｉ．第１の耐摩耗性鋼よりなる歯車（請求項１〜３）
第１の耐摩耗性鋼の合金組成は前記表２に示す通りである。
【００２３】この第１の耐摩耗性鋼において、炭素（Ｃ）が１．０重量％未満では、耐摩耗性が良好であるとは言えないが、Ｃが過度に多いと靭性が大幅に低下するので、好ましいＣの含有割合は１．２５〜２．５０重量％である。
【００２４】珪素（Ｓｉ）が０．８重量％未満では黒鉛化しにくいが、Ｓｉが過度に多いと靭性が大幅に低下するので、好ましくはＳｉの含有割合は１．５０〜３．００重量％である。
【００２５】マンガン（Ｍｎ）が０．８重量％未満では黒鉛化しにくいが、Ｍｎが過度に多いと靭性が大幅に低下するので、好ましいＭｎの含有割合は０．８０〜３．００重量％である。
【００２６】ニッケル（Ｎｉ）は、機械的性質を向上するためのものであるが３．０重量％を超えると耐スカッフ性が低下する。Ｎｉの好ましい含有割合は２．０重量％以下である。
【００２７】アルミニウム（Ａｌ）は黒鉛化、および脱酸するためのものであるが、１．０重量％を超えると靭性が大幅に低下する。Ａｌの好ましい含有割合は０．５重量％以下である。
【００２８】硫黄（Ｓ）が０．０１重量％を超えると靭性が低下するので、０．０１重量％以下とする。
【００２９】モリブデン（Ｍｏ）の存在で熱的特性の向上という効果が得られるが、Ｍｏが５．０重量％を超えると靭性が低下する。Ｍｏの好ましい含有割合は０．２０〜２．０重量％である。
【００３０】タングステン（Ｗ）は、熱的特性を向上するためのものであるが、１．５重量％を超えると靭性が低下する。Ｗの好ましい含有割合は０．８重量％以下である。
【００３１】バナジウム（Ｖ）は、熱的特性を向上するためのものであるが、Ｖが２．０重量％を超えると靭性が低下する。Ｖの好ましい含有割合は１．０重量％以下である。
【００３２】硼素（Ｂ）は、熱的特性を向上するためのものであるが、０．５重量％を超えると靭性が低下する。Ｂの好ましい含有割合は０．１０重量％以下である。
【００３３】このような耐摩耗性鋼は、下記のような熱処理を施して歯車素材を歯切り又は転造による歯の創成後、歯車が製作される。また、このような熱処理の他、レーザ焼入れ処理又は深冷処理を施しても良い。
【００３４】[熱処理方法及び条件]焼入（温度：７６０℃〜８２０℃）→油中急冷→焼戻（温度１００℃〜６００℃）→放冷II．第２の耐摩耗性鋼よりなる歯車（請求項４〜１４）
第２の耐摩耗性鋼（請求項４〜１４）の母材成分の組成範囲は前記表３の通りである。
【００３５】第２の耐摩耗性鋼において、母材成分として含まれるＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｐ及びＳの含有量は、機械的特性（強度、伸び等）や摺動特性等を高めるために必要な値である。
【００３６】一方、Ｍｏ，Ｗ，Ｖ，Ｂはクリープ特性改善のための添加成分であるが、これらの添加量が多過ぎると一部の機械的性質が低下するため、これらの添加成分は、前記■〜■の添加形態及び添加量とする。
【００３７】なお、添加成分の２種以上を併用添加する場合、その合計の添加量は５．０重量％以下であることが好ましい。
【００３８】このような第２の耐摩耗性鋼よりなる歯車も、歯車素材を歯切り又は転造による歯の創成後、下記のような熱処理を施して使用に供される。また、このような熱処理の他、レーザ熱処理或いはサブゼロ処理を施しても良い。
【００３９】[熱処理方法及び条件]請求項５，６，９，１０の耐摩耗性鋼：焼入（温度：７８０℃〜８４０℃）→油中急冷→焼戻（温度１００℃〜７００℃）→放冷請求項４，７，８，１１，１２，１３，１４の耐摩耗性鋼：焼入（温度：１０００℃〜１１００℃）→油中急冷→焼戻（温度１００℃〜８００℃）→放冷【００４０】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて第１の耐摩耗性鋼よりなる歯車についてより具体的に説明する。
【００４１】実施例１〜７，比較例１，２表２に示す構成を有し、下記条件で熱処理を行った合金鋼よりなる歯車について、下記試験を行ってその特性を調べ、結果を表２に示した。
【００４２】[熱処理方法及び条件]焼入（温度：７８０℃）→油中急冷→焼戻（温度５００℃）→放冷[摺動特性]片状黒鉛鋳鉄以上[機械的強度]引張強度σB ≧６０ｋｇ／ｍｍ2伸び ε ≧１．５％[熱的特性]片状黒鉛鋳鉄以上【００４３】
【表４】
【００４４】表４より、第１の耐摩耗性鋼よりなる歯車は、機械的強度等に優れる上に、摺動特性が著しく良好で異常摩耗が改善されていることが明らかである。
【００４５】次に、第２の耐摩耗性鋼よりなる歯車についてより具体的に説明する。
【００４６】説明の便宜上まず比較例を挙げる。
【００４７】比較例３〜６表５に示す組成を有し、表５に示す熱処理を行った耐摩耗性鋼よりなる歯車について、下記方法で各種特性を調べ、結果を表６に示した。
【００４８】
【表５】
【００４９】
【表６】
【００５０】（１） 耐摩耗性ターカロイ製ディスクと、耐摩耗性鋼で構成されたピンとを用い、下記条件で摺動摩擦することにより摩耗試験を行い、摩耗試験１００時間あたりの摩耗量を調べた。
[摩耗試験条件]摩擦速度 ：１．６５ｍ／ｓｅｃ接触荷重 ：４５００Ｎ潤滑油 ：ＳＡＥ＃２０エンジルオイル潤滑油速度：１６０℃（２） 耐スカッフ性スーパーターカロイ製回転片と、耐摩耗性鋼で構成された固定片とを用いて、ピンディスク型摩擦摩耗試験機により下記条件でスカッフ試験を行い、スカッフ発生までの時間及び荷重を調べた。その結果を表６に示す。
[スカッフ試験条件]■ 潤滑油 ：ＳＡＥ＃３０＋白灯油（１：１）
潤滑油量：潤滑油を回転片摺動面に塗布し、周速５ｍ／ｓで３０秒間空転させ摺動面上の油量を一定にした。
試験方法：荷重は２５ｋｇｆから５０ｋｇｆに５分毎に１０ｋｇｆずつ高め周速は５ｍ／ｓ一定とした。
（３） 機械的強度引張強さ、０．２％耐力、ヤング率、伸びを調べた。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、強度、加工性、熱的安定性に優れる上に、摺動特性に優れ、油切れ状態ないし高ＰＶ値条件下において異常摩耗を起こし難い耐摩耗性鋼よりなる歯車が提供される。
【００５２】また、本発明によれば、耐摩耗性、耐スカッフ性、強度、伸び、加工性等の特性がより一層改善された耐摩耗性鋼よりなる歯車が提供される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５９０２
【氏名又は名称】三井造船株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 剛
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４１６５６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２５日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３０５６０１ |
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