(57)【要約】【課題】疲労強度向上効果を従来より高めることができる表面硬化鋼部品の製造方法を提供すること。【解決手段】  鋼部品に表面硬化処理を施し、鋼部品に第１ショットピーニングを行った後、さらに第２ショットピーニングを施す。第２ショットピーニングは、第１ショットピーニングに用いるものより大きさの小さい投射材を用いて行い、第１ショットピーニングと第２ショットピーニングの少なくとも一方は、鋼部品を５０〜２００℃に加熱した状態で行う。表面硬化処理を施した後、ショットピーニング処理前に焼戻し処理を行うことが好ましい。表面硬化処理は、浸炭焼入れ処理、浸炭浸窒焼入れ処理のいずれかであることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼部品に表面硬化処理を施し、
上記鋼部品に第１ショットピーニングを行った後、さらに第２ショットピーニングを施し、
上記第２ショットピーニングは、上記第１ショットピーニングに用いるものより大きさの小さい投射材を用いて行い、
かつ、上記第１ショットピーニングと上記第２ショットピーニングの少なくとも一方は、上記鋼部品を５０〜２００℃に加熱した状態で行うことを特徴とする表面硬化鋼部品の製造方法。
【請求項２】
上記表面硬化処理を施した後、上記第１ショットピーニングの前に焼戻し処理を行う、請求項１に記載の表面硬化鋼部品の製造方法。
【請求項３】
上記表面硬化処理は、浸炭焼入れ処理、浸炭浸窒焼入れ処理のいずれかである、請求項１又は２に記載の表面硬化鋼部品の製造方法。
【請求項４】
上記鋼部品は、歯車である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面硬化鋼部品の製造方法。
【請求項５】
上記鋼部品は、質量比において、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜２．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：０．２０〜２．００％、Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２５０％、Ｍｏ：０．０１〜１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面硬化鋼部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭、浸炭浸窒等により表面硬化処理を施した鋼部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のＣＯ2排出量低減のため、車両重量の軽量化による燃費向上を図るべく、自動車に用いられる鋼部品の小型・軽量化が求められている。鋼部品の小型・軽量化のためには、従来よりも高強度にすることが必要である。通常、鋼部品の高強度化には、表面硬化熱処理（浸炭処理等）の実施、焼入れ性の確保や様々な特性を付与するためのＮｉ、Ｍｏ等の高価な元素を添加した合金鋼の使用、表面硬化熱処理後における疲労強度を向上させるためのショットピーニングの実施等が行われる。一方、例えば歯車に対する要求は、近年益々高まり、歯元曲げ疲労強度のさらなる向上が求められている。
【０００３】
ショットピーニングは、高硬度の球形の玉等の投射材を高速度で金属表面に衝突させる処理である。この投射材が高速度で材料の表面に衝突すると、材料表面が凹み、表面にくぼみを残す。従ってショットピーニングを行った面は無数のくぼみ（痕）で覆われるようになり梨子地模様となるが、表面の硬さが増す。また繰返し荷重に対しては表面層に付与された圧縮残留応力が相殺する形で作用し疲れ強さが増すこととなる。これがショットピーニングによる疲労強度向上のメカニズムである。
【０００４】
たとえば、特許文献１においては、高強度部品や金型を対象として、高い圧縮残留応力の付与を図るために、ビッカース硬さが９２０ＨＶ以上の被処理材に、ビッカース硬さが１０００ＨＶ以上の投射材（ショット粒）を投射することが示されている。
【０００５】
上述した歯車においても、その歯元疲労強度向上に、ショットピーニングによる圧縮残留応力付与が有用であることが知られている。しかし、歯車においては、通常の製造方法で９２０ＨＶ以上の高硬度を確保することは難しく、このような部品に上記方法は適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２１３４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような背景から、歯車等の表面硬化鋼部品に対して、従来から知られているショットピーニングの効果を最大限発揮させ、疲労強度向上効果を従来より高めることができる製造方法の開発が望まれていた。
【０００８】
本願は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、疲労強度向上効果を従来より高めることができる表面硬化鋼部品の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、鋼部品に表面硬化処理を施し、
上記鋼部品に第１ショットピーニングを行った後、さらに第２ショットピーニングを施し、
上記第２ショットピーニングは、上記第１ショットピーニングに用いるものより大きさの小さい投射材を用いて行い、
かつ、上記第１ショットピーニングと上記第２ショットピーニングの少なくとも一方は、上記鋼部品を５０〜２００℃に加熱した状態で行うことを特徴とする表面硬化鋼部品の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１０】
上記製造方法においては、鋼部品に表面硬化処理を施した後、第１ショットピーニングと第２ショットピーニングの２段のショットピーニングを施す。これら２段のショットピーニングのうち一方又は両方を、５０〜２００℃の温度範囲に鋼部品を加熱した状態で行う。鋼部品を上記特定の温度範囲に加熱することにより、室温の場合に比べて表面の塑性変形の度合いを高めることができ、従来よりも高い圧縮残留応力を発生させることができる。
【００１１】
また、第２ショットピーニングは、これに用いる投射材として、第１ショットピーニングに用いるものより粒径等の大きさが小さいものを用いる。このように投射材を選択することによって、第１ショットピーニングによって鋼部品の表面に形成された梨地状の凹凸を、さらに細かい凹凸の梨地状ができるように塑性変形を加えることができる。これにより、特に表面から比較的浅い部分の圧縮残留応力をさらに高めることができると共に、面粗さを低減させることもできる。なお、本発明で使用できる投射材は、形状が球のものに限定されない。形状に関係なく市販の投射材を用い、効果を得ることができる。
【００１２】
このように、上記製造方法においては、上記第１ショットピーニングと第２ショットピーニングの少なくともいずれか一方を室温よりも高い温度に加熱した状態で行うことによって、疲労強度向上効果を従来より高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ショットピーニング時の加熱による残留応力の深さ方向分布への影響を示す説明図。
【図２】１段でショットピーニングした場合と２段でショットピーニングした場合の残留応力の深さ方向分布の違いを示す説明図。
【図３】ショットピーニング前の焼戻し処理の有無によりショットピーニング後に得られる残留応力の深さ方向分布への影響を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記製造方法においては、上記第１ショットピーニング及び第２ショットピーニングは、これらの少なくとも一方を、５０〜２００℃の温度範囲に鋼部品を加熱した状態で行う。この加熱する温度（処理温度）が低すぎると、圧縮の残留応力値に対する向上効果が、十分に得られなくなるため、処理温度の下限値は５０℃とする。一方、処理温度が高すぎると鋼部材が焼戻されて、かえって得られる圧縮の残留応力値が低下し、疲労強度改善効果が低下するため、処理温度の上限値は２００℃とする。
【００１５】
上記第１ショットピーニング及び第２ショットピーニングの少なくとも一方について鋼部品を上記温度範囲に加熱して実施することにより上述の効果が得られるが、最も好ましくは、上記第１ショットピーニング及び第２ショットピーニングの両方について、５０〜２００℃の温度範囲に鋼部品を加熱した状態で行うか、あるいは、より大きな投射材を用いる第１ショットピーニング時に鋼部品を加熱した状態で行うのが、より好ましい。
【００１６】
上記第１ショットピーニングと第２ショットピーニングに用いる投射材としては、少なくとも大きさを第１ショットピーニング時に大きいものを用い、第２ショットピーニング時により小さいものを用いることが重要である。具体的には、例えば、投射材が球状の場合にはその粒径で判断することができ、第１ショットピーニング用の投射材の粒径Ｄ１としては、φ０．３ｍｍ〜φ１．２ｍｍの範囲から選択し、第２ショットピーニング用の投射材の粒径Ｄ２としては、φ０．０５ｍｍ〜φ０．６ｍｍの範囲から選択することができる。投射材が球状でない場合、例えば、円柱状その他の形状の場合には、投射材メーカーから得たデータから、同一体積からなる球状相当径を求めるようにしてもいいし、投射材を樹脂で固めて、顕微鏡で多数の投射材の断面積の平均値を測定し、その値から球状相当径を求めるようにしても良い。
【００１７】
また、投射材は、大きさの異なる複数種類のものを混合して用いてもよい。この場合の大きさの判断は、球状相当径の平均値で判断する。
【００１８】
また、第１ショットピーニングと第２ショットピーニングに用いる投射材の材質は公知の種々のものを用いることができる。
【００１９】
また、投射材の硬さは、処理対象の鋼部品の表面硬さに対して、硬いほど塑性変形効果が得られやすく圧縮の残留応力を付与させやすい一方、あまり硬さの差があり過ぎる場合には鋼部材の表面を削ってしまったり、割れを生じさせるため、適度な硬さ範囲にあることが好ましい。具体的には、投射材としては、鋼部品の表面硬さよりＨＶにおいて１００〜２００程度硬い材料を選定するのが好ましい。そして、同様の理由から、具体的な投射材の硬さは、６００〜１２００ＨＶが好ましく、より好ましくは、７５０〜９００ＨＶ程度がよい。
【００２０】
また、ショットピーニングの条件としては、投射材が衝突して鋼部材の表面に残った衝突痕が表面を覆う面積比に処理時間を加味した値であるカバレージが１００％以上とする。なお、好ましくは得られる疲労強度のバラツキを抑制するために２００％以上、より好ましくは３００％以上とするのがよい。なお、カバレージはある程度までは高いほど好ましいが、高すぎると逆に強度が低下するオーバーピーニングが起きるおそれがあることから、４００％以下の範囲で行うのが通常である。
【００２１】
上記表面硬化処理を施した後、ショットピーニングを行う前においては、焼戻し処理を施すことは必須ではない。ただし、表面硬化処理を施した後、そのままの状態で長時間放置すると、置き割れが発生するおそれがあるため、その場合は、長期間放置せず、本発明のショットピーニング処理を早期に実施し、圧縮の残留応力を付与するか、焼戻し処理を行うことが好ましい。これにより、置き割れを確実に防止することができる。
【００２２】
また、本発明のショットピーニングは、事前に焼戻し処理を施してから行うと、事前に焼戻し処理を施さずに行った場合に比較して、圧縮残留応力付与の効果を鋼部品の表面からより深い位置まで拡大させ、疲労強度をより高めることができるため、好ましい。焼戻し処理の条件は、最適な条件が鋼部品の材質及び加工履歴により異なるが、一般的には、１００℃〜２００℃に３０分〜９０分程度保持することにより実施することができる。
【００２３】
本発明のショットピーニング処理により効果の得られる対象となる表面硬化処理としては、浸炭焼入れ処理、浸炭浸窒焼入れ処理のいずれかであることが好ましい。また、浸炭処理については、いわゆる減圧（真空）浸炭処理、通常のガス浸炭処理、その他公知の種々の方法を用いることができる。また、浸窒処理についても、大気圧あるいは減圧状態でアンモニアガスを用いて行う方法等を用いることができる。浸炭処理の後、あるいは、浸炭処理及び浸窒処理の後、直接油中等に投入して急冷され、その後必要に応じ焼戻し処理される。
【００２４】
上記鋼部品としては、様々な用途が想定されるが、特に歯車に適用した場合に有効である。
【００２５】
上記した本発明のショットピーニング処理は、表面に浸炭、浸炭浸窒処理等の表面硬化処理がされて使用される鋼部品においては、幅広い材質に対し同様の効果を得ることができるため、材質は特に限定されるものではない。ただし、次の化学成分を採用して上記製造方法を適用することによって、より確実に優れた表面硬化鋼部品を得ることが可能となる。以下に、好ましい化学成分を示す。
【００２６】
上記鋼部品は、質量比において、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．２５〜１．５０％、Ｍｎ：０．２０〜２．００％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：０．２０〜２．００％、Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２５０％、Ｍｏ：０．０１〜１．００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることが好ましい。各元素について好ましい含有範囲と判断した理由は以下の通りである。
【００２７】
Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｃ（炭素）は、内部硬さを確保するために０．１０％以上含有させることが好ましい。一方、Ｃ含有率が高すぎると、被削性の劣化や冷鍛性の劣化を招くおそれがあるため、０．３０％以下とすることが好ましい。
【００２８】
Ｓｉ：０．２５〜１．５０％、
Ｓｉ（ケイ素）は、焼き戻し軟化抵抗性を向上させる効果を得るために０．２５％以上含有させることが好ましい。一方、Ｓｉ含有率が高すぎると、靭性の劣化や加工性の劣化を招くおそれがあるため、１．５０％以下とすることが好ましい。
【００２９】
Ｍｎ：０．２０〜２．００％、
Ｍｎ（マンガン）は、内部硬さ（強度）を確保するために０．２０％以上含有させることが好ましい。一方、Ｍｎ含有率が高すぎると、被削性の劣化や浸炭異常層の増加等を招くおそれがあるため、２．００％以下とすることが好ましい。
【００３０】
Ｐ：０．０３５％以下、
Ｐ（リン）は、製造上不可避に少量含有する元素であるが、含有率が高すぎると粒界に偏析し疲労強度を低下させる要因となるため、０．０３５％以下とすることが好ましい。
【００３１】
Ｓ：０．０３５％以下、
Ｓ（硫黄）は、Ｐと同様に製造上不可避に含有する元素であるが、その含有率が高すぎると疲労破壊起点となり強度低下の要因となるため、０．０３５％以下とすることが好ましい。
【００３２】
Ｃｒ：０．２０〜２．００％、
Ｃｒ（クロム）は、焼入性の向上による内部硬さ（強度）の確保に有効であるため、その効果を得るために０．２０％以上含有させることが好ましい。一方、Ｃｒ含有率が高すぎても、前記効果が飽和し、コスト高になるとともに、表面硬化処理として浸窒処理を採用した場合には、浸炭浸窒層に粗大なＣｒＮが生成しやすくなり、周囲のマトリックスのＣｒ含有率が低下して焼入性が低下し、浸炭浸窒層の硬さが低下するおそれがあるため、上限を２．００％とするのが好ましい。
【００３３】
Ａｌ：０．０２０〜０．０６０％、
Ａｌ（アルミニウム）は、ＡｌＮとして鋼中に存在し、ピン止め効果により、結晶粒粗大化を抑制する効果があるため、その効果を得るために０．０２０％以上含有させることが好ましい。一方、Ａｌ含有率が高すぎてもその効果が飽和するとともに、アルミナ系介在物が増加して、疲労強度低下に繋がるおそれがあるため、０．０６０％以下とすることが好ましい。
【００３４】
Ｎ：０．００８０〜０．０２５０％、
Ｎ（窒素）は、Ａｌの場合と同様に、結晶粒粗大化を抑制する効果があるため、その効果を得るために０．００８０％以上含有させることが好ましい。一方、Ｎ含有率が高すぎてもその効果が飽和するとともに、疲労強度低下に繋がるおそれがあるため、０．０２５０％以下とすることが好ましい。
【００３５】
Ｍｏ：０．０１〜１．００％、
Ｍｏ（モリブデン）は、内部硬さ（強度）確保に有効であるため、その効果を得るために０．０１％以上含有させることが好ましい。一方、Ｍｏ含有率が高すぎると、コストアップ及び切削加工性劣化のおそれがあるため、１．００％以下とすることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
上記表面硬化鋼部品の製造方法に係る実施例について説明する。
本例では、表１に示すごとく、化学成分が異なる６種類の鋼材（鋼種１〜６）を用いて各種試験片を作製し、評価した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
＜回転曲げ試験片の作製＞
上記各鋼材からなる丸棒鋼を準備し、当該丸棒鋼から平行部直径φ１０ｍｍであって平行部にこれと直角方向の深さ１ｍｍの切欠き（切欠き係数：１．７８）を全周にわたって設けた回転曲げ疲労試験片を作製した。その後、これらの試験片に対して、表面硬化処理の後、一部のものは焼戻し処理を施し、その後所定の条件でショットピーニングを施して、回転曲げ疲労試験片とした。
【００３９】
表面硬化処理としては、表２に示すように、以下の４種類の処理方法から選択して実施した。
【００４０】
（１）ガス浸炭焼入れ処理（表２〜表５においては「ガス浸炭」と記載。）
プロパンガスおよびプロパンガスの変成ガスにより、浸炭処理温度９５０℃で１５０分間浸炭処理した後、８５０℃に降温して３０分間保持した後、１３０℃の油に投入して焼入れを行った。
【００４１】
（２）減圧浸炭焼入れ処理（表２においては「減圧浸炭」と記載。）
アセチレンを用いて、１０３０Ｐａの減圧条件で、浸炭処理温度９５０℃で４５分間浸炭処理した後、８５０℃に降温して３０分間保持後、１３０℃の油に投入して焼入れを行った。
【００４２】
（３）ガス浸炭浸窒焼入れ処理（表２においては「ガス浸炭浸窒」と記載。）
プロパンガスおよびプロパンガスの変成ガスにより、浸炭処理温度９５０℃で１５０分間浸炭処理した後、８５０℃に降温し、アンモニアおよび変成ガスにより２４０分間浸窒処理を行った後、その温度のまま、１３０℃の油に投入して焼入れを行った。
【００４３】
（４）減圧浸炭浸窒焼入れ処理（表２においては「減圧浸炭浸窒」と記載。）
アセチレンを用いて、１０３０Ｐａの減圧条件で、浸炭処理温度９５０℃で４５分間浸炭処理した後、９５０℃のままアンモニアを用いて１０００００Ｐａ（＝大気圧）の圧力条件で６０分間浸窒処理を行った後、その温度のまま、１３０℃の油に投入して焼入れを行った。
【００４４】
表面硬化処理を行った後、焼戻し処理を行う場合には、１５０℃に６０分間保持する焼戻し処理を行った。
【００４５】
その後、さらにショットピーニングを行った。ショットピーニングは、一部の比較例について１段で行った場合を除き、２段で行った。それぞれの処理温度、投射材の粒径、その他の条件については後述する。
【００４６】
＜ローラーピッチング試験片の作製＞
上記各鋼材からなる直径３２ｍｍの丸棒鋼を準備し、当該丸棒鋼から直径が２６ｍｍ、幅（軸方向長さ）２８ｍｍの円筒部を有するローラー状小試験片（小ローラー）を切削加工により作製した。さらに同材質の直径１４０ｍｍの丸棒鋼を準備し、当該丸棒鋼から直径１３０ｍｍ、幅（軸方向長さ）１８ｍｍの円筒部を有するローラー状大試験片（大ローラー）を作製した。その後、これらの試験片に対して、表面硬化処理の後、焼戻し処理を施し、その後所定の条件でショットピーニングを施して、ローラーピッチング試験片とした。面疲労強度は、２段目のショットピーニング時の投射材の大きさの影響を受けやすいと考えられるため、後述するローラーピッチング試験では、投射材の大きさ（粒径）の影響を調査する試験を実施した。
【００４７】
＜回転曲げ疲労試験＞（後述の試験Ａ〜Ｄ）
疲労強度の評価として回転曲げ疲労試験を行った。具体的には、株式会社島津製作所製の小野式回転曲げ試験装置（型番：Ｈ６型）に、上記のように作成した回転曲げ試験片をセットして、回転数３６００ｒｐｍで繰り返し曲げ応力を付与して行った。曲げ疲労限度は、繰り返し回数１０7回における疲労限度をＪＩＳＺ２２７４の基準に従って求めた。そして、基準とする試料の曲げ疲労限度の値に対して＋１０％以上に向上した場合を（◎）、＋５％以上〜１０％未満に向上した場合を（○）、±５％未満の場合を（□）、−５％以上〜−１０％未満に低下した場合を（△）、−１０％以上に低下した場合を（×）として示すこととした。なお、後述の面疲労強度、応力分布測定結果についても、同様に表２に◎○□△×を記載した。
【００４８】
ここで、基準とする試料の評価結果の値とは、室温においてショットピーニングした場合の値（試験Ａについては、試験Ａ１（焼戻しなし）、試験Ａ２（焼戻しあり）、試験Ｂ〜Ｄにおいては、それぞれ試験Ｂ２、試験Ｃ２、試験Ｄ２の結果の値）を意味する。測定した評価値は、鋼種によって同じ表面硬化処理、ショットピーニング処理を行った場合でも、その値が異なるため、後述の他の評価結果も含めて、対応する同一鋼種の室温にてショットピーニングした結果を基準とし、結果を比較して、◎○□△×の評価を行った。
【００４９】
＜面疲労強度の測定：ローラーピッチング試験＞（後述の試験Ｂ〜Ｃ）
ローラーピッチング試験は、株式会社ニッコークリエート製ローラーピッチング試験機に、上記のように作製した小ローラー及び大ローラーを両者の間に所定の負荷応力をかけてセットして行った。面疲労限度は、小ローラーの回転が１０7回に達した時点において、折損せずに耐えうる負荷応力の値とした。試験条件は、回転数（小ローラー）：２０００ｒｐｍ、周速差：４０％、潤滑剤：オートマチックトランスミッション用オイル、油温：１２０℃とした。
【００５０】
＜応力分布測定＞
Ｘ線応力測定装置により残留応力を測定した。測定に際し、表面からの深さ位置に応じて応力を測定するため、各測定位置において電解研磨を施して評価面とした。
【００５１】
（試験Ａ）
表２に示すように、各種の鋼種（表１参照）に対して、表面硬化処理、焼戻し及びショットピーニングの処理温度を設定して、上述した試験片を作製し、回転曲げ疲労試験と応力分布測定を実施した。試験Ａにおける第１段のショットピーニングは、投射材としては、形状が球であって、硬度：８００ＨＶ、粒径：φ０．６ｍｍのものを用い、カバレージは３００％とした。試験Ａにおける第２段のショットピーニングは、投射材としては、形状が球であって、硬度：９００ＨＶ、粒径：φ０．０５ｍｍのものを用い、カバレージは３００％とした。処理温度は表２に記載の通りである。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
図１には、横軸に試料の表面からの深さをとり、縦軸には残留応力値（−は圧縮残留応力を意味する）をとり、焼戻し処理を行い、１段目及び２段目のショットピーニングを室温で行った基準としての試験Ａ２の鋼種１との結果と、焼戻し処理を行い、１段目及び２段目のショットピーニングをいずれも１５０℃に加熱した状態で行った試験Ａ１７（鋼種１）の結果を示した。
【００５４】
図２には、横軸に試料の表面からの深さをとり、縦軸には残留応力値をとり、焼戻し処理があり、１段目及び２段目のショットピーニングをいずれも１５０℃に加熱した状態で行った試験Ａ１７（鋼種１）の結果と、焼戻し処理があり、１段目のショットピーニングを１５０℃に加熱して行い、２段目のショットピーニングを行わなかった比較例である試験Ａ３５（鋼種１）の結果を示した。
【００５５】
図３には、横軸に試料の表面からの深さをとり、縦軸には残留応力値をとり、焼戻し処理がなく、１段目及び２段目のショットピーニングをいずれも１５０℃に加熱した状態で行った試験Ａ１６（鋼種１）の結果と、焼戻し処理を行った以外は同一条件で行った試験Ａ１７（鋼種１）の結果を示した。
【００５６】
表２における、基準としての試験Ａ１及びＡ２と、試験Ａ３〜Ａ２７との対比、及び図１の結果からわかるように、ショットピーニングを２段で行う場合でも、少なくとも一方を適切な処理温度（５０〜２００℃）に加熱した状態で行うことにより、両方を室温（２５℃）で行う場合に比べて、より大きな圧縮残留応力を付与することができ、疲労強度のさらなる向上効果が得られることがわかる。
【００５７】
表２において、本発明に満足する条件で処理した試験Ａ３〜Ａ２７と、ショットピーニング時の温度を２段のうちいずれか一方で２００℃超とした試験Ａ２８〜Ａ３３の結果からわかるように、ショットピーニングを２段で行い、かつ、何れか一方を積極的に加熱した処理温度で行う場合であっても、いずれか一方の処理温度が２００℃を超えて高くなりすぎると、処理後に得られる圧縮残留応力の値が小さくなり、疲労強度改善効果が低下することがわかる。
【００５８】
また、本発明はショットピーニングを２段で行うことを特徴としているが、図２の結果から明らかなように、２段目のショットピーニングを行わない場合には、特に表面近くの圧縮残留応力に差異が大きくみられ、その結果を反映し、表２のＡ３５の結果のように、疲労強度改善効果はある程度得られるものの、室温で２段ショットした場合と同レベル程度に改善効果が低下することがわかる。
【００５９】
表２における試験Ａ１２とＡ１３との対比、試験Ａ１６とＡ１７との対比、及び図３の結果からわかるように、ショットピーニングを２段で適切な温度範囲で行う場合であって、ショットピーニング前の焼戻し処理を行うか否かの相違については、焼戻し処理を行った方が、５０μｍを超える比較的深い位置において、より大きな圧縮残留応力を付与することができ、疲労強度の改善効果が向上することがわかる。
【００６０】
（試験Ｂ）
表３に示すように、鋼種１に対して、表面硬化処理及び焼戻しを施した後の第１及び第２ショットピーニングの条件を変更した３種類の試験を実施し、試験Ａの場合と同様に圧縮残留応力向上効果と曲げ疲労強度の評価を行うとともに、さらに面疲労強度の評価も実施した。第１及び第２ショットピーニングの条件は、試験Ｂ２及びＢ１８は、投射材の粒径の組合せは同じとし、処理温度のみを変更し、試験Ｂ１８及びＢ３６は、処理温度は同じとし、投射材の粒径の組合せを第１と第２で逆転させる条件とした。
【００６１】
【表３】
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【００６２】
表３からかわるように、基準の試験Ｂ２に比べて、第１及び第２ショットピーニングについて鋼部材を所定温度に加熱して行った試験Ｂ１８及びＢ３６は、圧縮残留応力向上効果及び曲げ疲労強度についてはいずれも向上した。一方、面疲労強度については、試験Ｂ３６が、基準の試験Ｂ２にも劣る結果となった。このことから、第１及び第２ショットピーニングにおいて投射材の粒径を変化させる場合、１段目より２段目の粒径が大きい場合には、面疲労強度が低下することがわかった。これは、２段目の大きさ（粒径）を大きくすると、表面粗さが大きくなることが影響していると思われる。
【００６３】
（試験Ｃ）
試験Ｃは、表４に示すように、試験Ｂにおける第１及び第２ショットピーニングの投射材の粒径のみを変更して、３種類の試験を実施したものである。表４からかわるように、試験Ｃにおいても、基準の試験Ｃ２に比べて、第１及び第２ショットピーニングについて鋼部材を所定温度に加熱して行った試験Ｃ１８及びＣ３６は、圧縮残留応力向上効果及び曲げ疲労強度についてはいずれも向上した。一方、面疲労強度については、試験Ｃ３６が、基準の試験Ｃ２にも劣る結果となった。この結果からも、第１及び第２ショットピーニングにおいて投射材の粒径を変化させる場合、１段目より２段目の粒径が大きい場合には、面疲労強度が低下することがわかった。
【００６４】
【表４】
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【００６５】
（試験Ｄ）
試験Ｄは、試験Ｂ、Ｃと同様に、表５に示すように、試験Ｂにおける第１及び第２ショットピーニングの投射材の粒径のみを変更して、３種類の試験を実施したものである。表５からかわるように、試験Ｄにおいても、基準の試験Ｄ２に比べて、第１及び第２ショットピーニングについて鋼部材を所定温度に加熱して行った試験Ｄ１８及びＤ３６は、圧縮残留応力向上効果及び曲げ疲労強度についてはいずれも向上した。一方、面疲労強度については、試験Ｄ３６が、基準の試験Ｄ２にも劣る結果となった。この結果からも、第１及び第２ショットピーニングにおいて投射材の粒径を変化させる場合、１段目より２段目の粒径が大きい場合には、面疲労強度が低下することがわかった。
【００６６】
【表５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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