(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：０．５０％以下、
Ｍｎ：０．１５〜１．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．００５〜０．０７％、
Ｃｒ：１．５〜３．０％、
Ａｌ：０．０１〜０．０５％、
Ｎ：０．００３５〜０．０１０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
Ｎｂ：０．０２〜０．０７％、および
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成であり、
ベイナイトの面積率が７５〜９０％の金属組織であって、かつ、
１．１≦〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕≦３．０、
を満たすことを特徴とする肌焼用熱間加工鋼材。
【請求項２】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｍｏ：０．５０％以下および
Ｖ：０．２０％以下
のうちの１種以上を含有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の肌焼用熱間加工鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭または浸炭窒化処理（以下、「浸炭または浸炭窒化」を単に「浸炭」ということがある。）が施される部品の素材となる熱間加工された鋼材（以下、「肌焼用熱間加工鋼材」という。）に関し、詳しくは、冷間鍛造性に優れるとともに浸炭時のオーステナイト粒粗大化防止特性にも優れ、冷間鍛造で成形された後、浸炭処理が施される表面硬化部品の素材として用いるのに好適な肌焼用熱間加工鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シャフト、ギヤ等の浸炭または浸炭窒化処理が施された表面硬化部品（以下、「浸炭硬化部品」という。）は、肌焼鋼を素材として用い、「球状化焼鈍−伸線」または「伸線−球状化焼鈍−スキンパス」による鋼線の製造、冷間鍛造および機械加工による所定形状への成形、次いで、疲労強度、耐摩耗性等の特性を改善するための浸炭、焼入れおよび焼戻しの各処理を順次行うことによって製造されている。
【０００３】
冷間鍛造される上記の肌焼鋼素材においては、浸炭時におけるオーステナイト粒の粗大化を防止することが課題である。このため、例えば、特許文献１および特許文献２に、浸炭時に生じるオーステナイト粒の粗大化を防止する技術が提案されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１に、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出物が０．００５％以上であり、ＡｌＮの析出量を０．０１５％以下に制限し、ベイナイトの組織分率を３０％以下に規定する「高温浸炭特性に優れた高温浸炭用鋼ならびに高温浸炭用熱間鍛造部材」が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、ＮｂとＴｉを含有する「耐結晶粒粗大化特性と冷間加工性に優れた肌焼用鋼」とその製法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７９３８３号公報
【特許文献２】特開２００６−３０７２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１および特許文献２に開示された鋼を素材として用いても、冷間鍛造で成形される浸炭硬化部品における浸炭時のオーステナイト粒の粗大化を安定かつ確実に防止するには不十分である。
【０００８】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、浸炭の際にオーステナイト粒の粗大化を安定して防止でき、かつ、冷間鍛造性にも優れ、冷間鍛造で成形される浸炭硬化部品の素材として用いるのに好適な肌焼用熱間加工鋼材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記の目的を達成するために、肌焼用熱間加工鋼材について、冷間鍛造後の浸炭工程におけるオーステナイト粒の粗大化について種々研究を重ねた。その結果、オーステナイト粒の粗大化発生が、熱間加工後の、Ｎｂ固溶量およびベイナイトの面積率と相関を有することが明らかになった。
【００１０】
ただし、「Ｎｂ固溶量」とは、「鋼材中に含まれているＮｂの量」から「鋼材中で析出物を形成しているＮｂの量」を差し引くことによって算出した量を指す。
【００１１】
上記の「鋼材中で析出物を形成しているＮｂの量」の測定は、下記〔１〕〜〔４〕の手順に従って抽出残渣法によって、目開き０．２μｍメッシュのフィルターで捕集した残渣中のＮｂ量を測定することで行う。
【００１２】
〔１〕１０％アセチルアセトン−１％テトラメチルアンモニウムクロリド−メタノール溶液による電解によって試験片を溶解し、Ｎｂ析出物を表面に露出させる。
【００１３】
〔２〕超音波によって、エタノール中でＮｂおよびＴｉの析出物を剥離させ、吸引濾過してフィルター上にＮｂ析出物残渣を捕集する。
【００１４】
〔３〕捕集した残渣を白金坩堝中に入れてバーナーで焼き、炭酸ナトリウムと四硼酸ナトリウムのアルカリ融剤を添加した後、さらにバーナーで焼いて、ＮｂおよびＴｉの析出物残渣を含むガラスを作製する。
【００１５】
〔４〕上記〔３〕で作製したガラスを塩酸を含む水溶液で溶かし、ＩＣＰ発光分析によって抽出残渣中のＮｂ量を定量する。
【００１６】
本発明者らが得た具体的な知見内容は下記の（ａ）〜（ｄ）である。
【００１７】
（ａ）Ｎｂ固溶量が低すぎる場合、球状化焼鈍時に微細析出するＮｂＣ（上記した残渣分析では捕えきれない程微細なＮｂＣのオストワルド成長分も含む）の量が少ないので、オーステナイト粒の粗大化発生抑制効果が小さく、浸炭時にオーステナイト粒が粗大化してしまう。
【００１８】
（ｂ）ベイナイトの面積率が低すぎる場合、断面内の組織が不均一であるため、球状化焼鈍時におけるＮｂＣ等の析出物の分散状況が不均一となって、浸炭時に前記の析出物が粗大化するので、オーステナイト粒の粗大化を抑制し難い。
【００１９】
（ｃ）ベイナイトの面積率が高すぎる場合は、球状化焼鈍後の硬さが下がらないので、冷間鍛造性が低い。
【００２０】
（ｄ）ベイナイトの面積率とＮｂ固溶量とは相関関係を有し、ベイナイトの面積率が高いと、Ｎｂ固溶量も多くなる。
【００２１】
そこで本発明者らは、Ｎｂ固溶量とベイナイトの面積率とが、オーステナイト粒の粗大化および冷間鍛造性に及ぼす影響についてさらに詳細な検討を行った。その結果、下記（ｅ）の知見が得られた。
【００２２】
（ｅ）熱間加工後、ベイナイトの面積率が７５〜９０％、かつ、〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕が１．１〜３．０の場合に、肌焼用熱間加工鋼材における、冷間鍛造後の浸炭工程でのオーステナイト粒の粗大化が抑制され、冷間鍛造性も良好である。なお、上記の場合において、Ｎｂ固溶量が質量％で、０．０１５％以上あれば、オーステナイト粒の粗大化抑制作用が一層大きくなる。
【００２３】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）および（２）に示す肌焼用熱間加工鋼材にある。
【００２４】
（１）質量％で、
Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：０．５０％以下、
Ｍｎ：０．１５〜１．５％、
Ｐ：０．０４％以下、
Ｓ：０．００５〜０．０７％、
Ｃｒ：１．５〜３．０％、
Ａｌ：０．０１〜０．０５％、
Ｎ：０．００３５〜０．０１０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
Ｎｂ：０．０２〜０．０７％、および
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる化学組成であり、
ベイナイトの面積率が７５〜９０％の金属組織であって、かつ、
１．１≦〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕≦３．０、
を満たすことを特徴とする肌焼用熱間加工鋼材。
【００２５】
（２）Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｍｏ：０．５０％以下および
Ｖ：０．２０％以下
のうちの１種以上を含有する、
ことを特徴とする上記（１）に記載の肌焼用熱間加工鋼材。
【００２６】
残部としての「Ｆｅおよび不純物」における「不純物」とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石やスクラップあるいは環境などから混入するものを指す。
【００２７】
〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕の式における「Ｎｂ固溶量」の単位は「質量％」である。「ベイナイトの面積率」の単位は「％」である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の肌焼用熱間加工鋼材は、冷間鍛造性に優れ、かつ、冷間鍛造後の浸炭の際にオーステナイト粒の粗大化を安定して防止できるので、シャフト、ギヤ等の冷間鍛造で成形される浸炭硬化部品の素材として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕とオーステナイトの耐粗粒化温度との関係を示す図である。
【図２】ベイナイトの面積率と限界圧縮率の関係を示す図である。
【図３】〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕と限界圧縮率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」は「質量％」を意味する。
【００３１】
（Ａ）化学組成：
Ｃ：０．１０〜０．３０％
Ｃは、本発明の鋼材を素材とするシャフト、ギヤ等の浸炭硬化部品の生地の強度を確保するのに必要な元素であり、その含有量が０．１０％未満では添加効果に乏しい。一方、その含有量が０．３０％を超えると、前記浸炭硬化部品の生地の靱性が低下する。したがって、Ｃの含有量を０．１０〜０．３０％とした。Ｃの含有量は０．１２％以上、０．２５％以下とするのが望ましい。
【００３２】
Ｓｉ：０．５０％以下
Ｓｉは、脱酸作用を有する元素であるが、含有量が過剰になると加工性の低下をきたす。さらに、Ｓｉは、浸炭処理した部品の表面部に粒界酸化層を生成させて疲労強度の低下を招く。そのため、Ｓｉの含有量は０．５０％以下とした。望ましいＳｉの含有量は０．３５％以下である。
【００３３】
Ｍｎ：０．１５〜１．５％
Ｍｎは、焼入れ性を向上させる作用を有する。この効果を得るには、０．１５％以上のＭｎ含有量が必要である。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．５％を超えると、被削性が低下する。したがって、Ｍｎの含有量を０．１５〜１．５％とした。Ｍｎの含有量は０．３０％以上、１．２％以下とするのが望ましい。
【００３４】
Ｐ：０．０４％以下
Ｐは、靱性を低下させる不純物であり、その含有量が多くなると靱性の低下が著しくなるため、その含有量は０．０４％以下とした。Ｐの含有量は０．０３％以下とするのが望ましい。
【００３５】
Ｓ：０．００５〜０．０７％
Ｓは、被削性を向上させる作用を有する。この効果を得るには、０．００５％以上のＳ含有量が必要である。しかしながら、Ｓの含有量が０．０７％を超えると、冷間鍛造性および熱間加工性の低下をきたし、さらに、シャフト、ギヤなど浸炭硬化部品における表面硬化層の靱性が低下する。したがって、Ｓの含有量を０．００５〜０．０７％とした。Ｓの含有量は０．０１％以上、０．０５％以下とするのが望ましい。
【００３６】
Ｃｒ：１．５〜３．０％
Ｃｒは、本発明の鋼材を素材とするシャフト、ギヤ等の浸炭硬化部品の生地の焼入れ性を向上させる効果を有する。Ｃｒにはさらに、ベイナイト中のセメンタイトを安定化させる効果があるので、球状化焼鈍における球状化率が向上して、良好な冷間鍛造性を得ることもできる。上記の効果を得るためには、１．５％以上のＣｒを含有させる必要がある。しかしながら、Ｃｒの含有量が３．０％を超えると、被削性が劣化する。したがって、Ｃｒの含有量を１．５〜３．０％とした。Ｃｒの含有量は１．６％以上、２．５％以下とするのが望ましい。
【００３７】
Ａｌ：０．０１〜０．０５％
Ａｌは、脱酸作用を有する元素であり、脱酸剤として０．０１％以上の量を含有させる。しかしながら、Ａｌの含有量が過剰になって、０．０５％を超えると、疲労破壊の起点となる巨大なアルミナ介在物を生成し、疲労強度を低下させる場合がある。したがって、Ａｌの含有量を０．０１〜０．０５％とした。Ａｌの含有量は０．０２％以上、０．０４％以下とするのが望ましい。
【００３８】
Ｎ：０．００３５〜０．０１０％
Ｎは、Ｃとともに、ＮｂおよびＴｉと結合して炭窒化物を形成し、オーステナイト領域での結晶粒粗大化を抑制する作用がある。この効果を得るために、Ｎの含有量を０．００３５％以上とする。しかしながら、Ｎの含有量が過剰になって、０．０１０％を超えると、冷間鍛造性の低下をきたすだけではなく、Ｂと結合してＢＮを形成するので、後述するＢの焼入れ性向上効果が不十分になってしまう。そのため、Ｎの含有量を０．００３５〜０．０１０％とした。Ｎの含有量は０．００４０％以上、０．００９０％以下とするのが望ましい。
【００３９】
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％  
Ｔｉは、Ｎと結合してＴｉＮを形成し、Ｂの焼入れ性を確保する作用を有する。Ｔｉはさらに、ＣおよびＮとともに炭窒化物を形成し、その粒界ピン止め作用によってオーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する。しかしながら、Ｔｉの含有量が０．００５％未満では、オーステナイト粒の粗大化抑制効果が乏しく、一方、０．１０％を超えると、冷間鍛造性の低下を招く。そのため、Ｔｉの含有量を０．００５〜０．１０％とした。Ｔｉの含有量は０．０２０％以上、０．０７５％以下とするのが望ましい。
【００４０】
Ｎｂ：０．０２〜０．０７％
Ｎｂは、ＣおよびＮとともに炭窒化物を形成し、その粒界ピン止め作用によってオーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有する。しかしながら、Ｎｂの含有量が０．０２％未満では、オーステナイト粒の粗大化抑制効果が乏しく、一方、０．０７％を超えると、冷間鍛造性の低下を招く。そのため、Ｎｂの含有量を０．０２〜０．０７％とした。Ｎｂの含有量は０．０２５％以上、０．０６％以下とするのが望ましい。
【００４１】
Ｎｂについては、含有量だけではなく、「Ｎｂ固溶量」が後述する『１．１≦〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕≦３．０』の式を満たす必要がある。
【００４２】
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
Ｂは、焼入れ性を向上させる作用を有する。しかしながら、Ｂの含有量が０．０００５％未満では十分な焼入れ性向上効果が得られない。一方、０．００５０％を超えるＢを含有させてもその効果が飽和するので、コストが嵩むだけである。したがって、Ｂの含有量は、０．０００５〜０．００５０％とした。Ｂの含有量は０．００１０％以上、０．００３５％以下とするのが望ましい。
【００４３】
本発明の肌焼用熱間加工鋼材の化学組成の一つは、上記元素のほか、残部がＦｅおよび不純物からなるものである。
【００４４】
本発明の肌焼用熱間加工鋼材の化学組成の別の一つは、Ｆｅの一部に代えて、ＭｏおよびＶのうちの１種以上を含有するものである。
【００４５】
ＭｏおよびＶは、いずれも、焼入れ性を高める作用を有するので、必要に応じて、これらの元素を含有させてもよい。以下、上記のＭｏおよびＶについて説明する。
【００４６】
Ｍｏ：０．５０％以下
Ｍｏは、焼入れ性を高める作用を有する。さらにＭｏには、本発明の鋼材を素材とするシャフト、ギヤ等の浸炭硬化部品の生地の硬さを高める作用もある。したがって、上記の効果を得るために、Ｍｏを含有させてもよい。しかしながら、Ｍｏの含有量が過剰になって、０．５０％を超えると、冷間鍛造性が低下する。したがって、含有させる場合のＭｏの量を０．５０％以下とした。含有させる場合のＭｏの量は０．４０％以下であることが望ましい。
【００４７】
一方、前記したＭｏの効果を確実に得るためには、含有させる場合のＭｏの量は、０．０５％以上であることが望ましい。
【００４８】
Ｖ：０．２０％以下
Ｖは、焼入れ性を高める作用を有する。さらにＶには、焼戻し軟化抵抗を高める作用もある。したがって、上記の効果を得るために、Ｖを含有させてもよい。しかしながら、Ｖの含有量が過剰になって、０．２０％を超えると、冷間鍛造性が低下する。したがって、含有させる場合のＶの量を０．２０％以下とした。含有させる場合のＶの量は０．１０％以下であることが望ましい。
【００４９】
一方、前記したＶの効果を確実に得るためには、含有させる場合のＶの量は、０．００５％以上であることが望ましい。
【００５０】
上記のＭｏおよびＶは、そのうちのいずれか１種のみ、または、２種の複合で含有させることができる。ＭｏとＶの合計含有量は０．７０％以下であってもよいが、０．５０％以下とすることが好ましい。
【００５１】
（Ｂ）金属組織：
本発明の肌焼用熱間加工鋼材は、（Ａ）項で述べた化学組成を有し、しかもその金属組織は、ベイナイトの面積率が７５〜９０％でなければならない。すなわち、球状化焼鈍後に優れた冷間鍛造性を確保するために、金属組織におけるベイナイトの面積率は７５〜９０％でなければならない。なお、ベイナイト以外の相は、フェライトおよび／またはパーライトである。
【００５２】
（Ｃ）Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率：
（Ａ）項で述べた化学組成を有し、しかも、ベイナイトの面積率が７５〜９０％の金属組織であっても、「Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率」が１．１未満の場合には、オーステナイト粒の粗大化発生抑制効果が小さく、浸炭時にオーステナイト粒が粗大化してしまう。一方、「Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率」が３．０を超えると、冷間鍛造性が低くなってしまう。したがって、「Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率」は１．１以上、３．０以下とする必要がある。
【００５３】
Ｎｂの固溶量が０．０１５％未満の場合は、球状化焼鈍時に微細析出するＮｂＣ（残渣分析では捕えきれない程微細なＮｂＣのオストワルド成長分も含む）の量が少なく、浸炭時のオーステナイト粒粗大化を抑制する効果が小さくなる。そのため、Ｎｂ固溶量を０．０１５％以上とすることが望ましい。
【００５４】
以上述べた「固溶Ｎｂ量」、「ベイナイトの面積率」および「Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率」は、（Ａ）項で述べた化学組成を有する鋼を溶製して、連続鋳造法あるいは鋼塊法によって鋳片あるいはインゴットを得、これらに、例えば、次の〈１〉〜〈４〉の工程を施すことによって得ることができる。
【００５５】
〈１〉１２５０〜１３５０℃で３〜１２時間の均熱処理を施す。
【００５６】
〈２〉均熱処理した鋳片またはインゴットを、仕上げ圧延温度を１０００〜９００℃として分塊圧延し、室温まで冷却する。
【００５７】
〈３〉分塊圧延材を、１２００〜１３５０℃の温度域で２０〜９０分加熱した後、仕上げ圧延温度を９５０〜８００℃として熱間圧延する。
【００５８】
〈４〉熱間圧延仕上げ温度から０．５〜３℃／秒の冷却速度で室温まで冷却する。
【００５９】
上記〈１〉の工程における１２５０〜１３５０℃で３〜１２時間の均熱処理によって、ＮｂＣの析出物を母材に固溶することができ、さらに、〈３〉の熱間圧延圧延工程において、１２００〜１３５０℃に２０〜９０分加熱することによって、〈２〉の分塊圧延後の冷却で析出したＮｂＣを再固溶させ、熱間圧延終了後０．５〜３℃／秒の冷却速度で室温まで冷却することによってＮｂＣの析出を抑えることができる。 
上記の各処理における温度および冷却速度は、いずれも表面を基準とする温度および冷却速度を指す。
【００６０】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００６１】
表１に示す化学組成を有する鋼ａ〜ｈを５０ｋｇ真空溶解炉によって溶解し、インゴットを作製した。
【００６２】
上記の鋼のうち鋼ａ〜ｆは、個々の成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある鋼である。一方、鋼ｇおよび鋼ｈは、化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼である。
【００６３】
【表１】
0005397308.tif 000002
【００６４】
このようにして得たインゴットを、１３００℃に加熱して１０時間保持した後、仕上げ温度が９５０℃となるように熱間鍛造し、熱間鍛造終了後は、大気中で放冷して、直径７０ｍｍの丸棒とした。
【００６５】
次いで、上記の直径７０ｍｍの丸棒を長さ方向に分割し、各分割材をそれぞれ、表２に示す温度で３０分加熱した後、表２に示す仕上げ温度で熱間鍛造し、直径３０ｍｍの丸棒を作製した。熱間鍛造終了は、表２に示す冷却速度で室温まで冷却した。
【００６６】
このようにして得た直径３０ｍｍの各丸棒の一部を用いて試験片を切り出し、金属組織およびＮｂ固溶量の調査を行った。
【００６７】
金属組織調査は、次のようにして実施した。つまり、丸棒の長手方向に垂直な断面を切り出した後、当該断面が被検面になるように樹脂に埋め込んで鏡面研磨し、ナイタールで腐食した試験片のＲ／２部（「Ｒ］は丸棒の半径を表す。）について、光学顕微鏡を用いて、倍率４００倍で、１視野の大きさを３００００μｍ2としてランダムに各４視野の写真を撮影し、金属組織における相を同定し、また、上記の各視野について画像解析を行って、ベイナイトの面積率を求め、４視野の値を算術平均することによってベイナイトの面積率を求めた。
【００６８】
Ｎｂ固溶量の調査は、丸棒のＲ／２部から１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの試験片を切出し、前述した〔１〕〜〔４〕の手順からなる抽出残渣法によって、目開き０．２μｍメッシュのフィルターで捕集した残渣中のＮｂ量を測定して「鋼材中で析出物を形成しているＮｂの量」を求め、「鋼材中に含まれているＮｂの量」から上記「鋼材中で析出物を形成しているＮｂの量」を差し引くことによって算出した。
【００６９】
一方、直径３０ｍｍの各丸棒の残りについては、これらに、７６０℃で３時間保持し、その後６６０℃までの温度域を１５℃／時の冷却速度で徐冷した後、大気中で放冷する条件で球状化焼鈍を施して、ビッカース硬さ（以下、「ＨＶ硬さ」という。）を測定するとともに、球状化焼鈍後の冷間鍛造を模擬した試験を行って冷間鍛造性を調査した。
【００７０】
さらに、球状化焼鈍後の冷間鍛造の後に行う浸炭を模擬した試験を実施して、オーステナイト粒の粗大化特性を調査した。
【００７１】
ＨＶ硬さ測定は、丸棒の長手方向に垂直な断面を切り出した後、当該断面が被検面になるように樹脂に埋め込んで鏡面研磨した後、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９）における「ビッカース硬さ試験−試験方法」に準拠して、試験片のＲ／２部８点について、試験力を９．８０７Ｎとして実施し、上記８点の値を算術平均して求めた。
【００７２】
冷間鍛造性は、「変形能」について、次に示す方法で調査した。
【００７３】
すなわち、上記の球状化焼鈍を行った各丸棒の中心部から、直径１４ｍｍで高さが２１ｍｍの円柱状試験片を切り出し、上記の各円柱状試験片の側面に、深さ０．８ｍｍ、先端Ｒ０．１５ｍｍのＶノッチを縦方向に形成して、据え込み試験を行い、割れが発生する限界圧縮率（％）によって変形能を評価した。
【００７４】
冷間鍛造後に浸炭する際のオーステナイト粒の粗大化発生特性は、次に示す方法で調査した。
【００７５】
すなわち、上述の球状化焼鈍を施した各丸棒の中心部から、直径１４ｍｍで高さが２１ｍｍの円柱状試験片を切り出し、先ず、冷間鍛造を模擬するために、高さ方向で７５％の圧縮加工を行った。
【００７６】
次いで、浸炭を模擬するために、上記の高さ方向に７５％の圧縮加工を施した試験片を、９２０〜１０１０℃の各温度に加熱して３時間保持した後、水冷によって室温まで冷却した。
【００７７】
上記のようにして得た各試験片のＲ／２部を含む縦断面を切り出した後、その切断面を鏡面研磨し、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液で腐食して、光学顕微鏡を用いて倍率２００倍で、全切断面を視野観察して、最大のオーステナイト結晶粒度番号を調査した。
【００７８】
上記の光学顕微鏡観察によって、粒度番号で４番以下の粗大なオーステナイト粒が存在しない最高加熱温度を「耐粗粒化温度」として評価した。
【００７９】
上記の各調査結果を、表２に併せて示す。また、図１に、〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕とオーステナイトの耐粗粒化温度との関係を、図２に、ベイナイトの面積率と限界圧縮率の関係を、さらに、図３に、〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕と限界圧縮率の関係を示す。
【００８０】
【表２】
0005397308.tif 000003
【００８１】
表２および図１〜３から、本発明で規定する条件を満たす試験番号１、５、７、１０、１２および１４の「本発明例」の場合は、球状化焼鈍後の変形能が高いので冷間鍛造性に優れ、さらに、冷間鍛造後に行う浸炭時の「耐粗粒化温度」が９８０℃以上であって、十分なオーステナイト粒粗大化抑止効果が得られていることが明らかである。
【００８２】
これに対して、個々の成分元素の含有量が本発明で規定する範囲内にある鋼ａ〜ｆを用いた場合でも、ベイナイトの面積率と〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕のうちの少なくともいずれかが本発明で規定する条件から外れた比較例の試験番号２〜４、６、８、９、１１、１３および１５の「比較例」の場合には、球状化焼鈍後の冷間鍛造性および冷間鍛造後に浸炭する際のオーステナイト粒の耐粗粒化特性のうちのいずれか一方または双方が劣っている。
【００８３】
化学組成が本発明で規定する範囲から外れた鋼ｇおよびｈを用いた試験番号１６〜２０の「比較例」の場合には、ベイナイトの面積率と〔Ｎｂ固溶量×ベイナイトの面積率〕も外れているため、「耐粗粒化温度」が９２０〜９４０℃であって、オーステナイト粒粗大化抑止効果に劣ることに加えて、球状化焼鈍後の変形能が低く、冷間鍛造性にも劣っている。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の肌焼用熱間加工鋼材は、冷間鍛造性に優れ、かつ、冷間鍛造後の浸炭の際にオーステナイト粒の粗大化を安定して防止できるので、シャフト、ギヤ等の冷間鍛造で成形される浸炭硬化部品の素材として好適に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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