(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空浸炭用ジグ鋳鋼材において、該鋼材の化学成分組成が質量パーセントで、
Ｃ：０．１５〜０．６０％、
Ｍｎ：２．００％以下、
Ｃｒ：１５〜２９％、
Ｎｉ：１０〜４０％、
Ｓｉ：１．８％以下で、更に
Ｎｂ：０．３〜１．５％、Ｔｉ：０．０４〜０．５％、Ｗ：０．５〜１．１２％の範囲で、尚且つＮｂかつＴｉかつＷの総量が１．８〜２．８％であるか、またはＮｂ：０．３〜１．５％、Ｔｉ：０．０４〜０．５％、Ｍｏ：０．２〜１．５％の範囲で、尚且つＮｂかつＴｉかつＭｏの総量が１．８〜２．８％であり、
残部がＦｅおよび不可避の不純物からなることを特徴とする真空浸炭用ジグ。
【請求項２】
前記ＮｂかつＴｉかつＷ、またはＮｂかつＴｉかつＭｏの総量が、２．４〜２．８質量％である請求項１に記載の真空浸炭用ジグ。
【請求項３】
前記Ｓｉが、１．０質量％以上であり、前記Ｍｎが、０．５質量％以上である請求項１または２に記載の真空浸炭用ジグ。
【請求項４】
鋼材の化学成分組成が質量パーセントで、
Ｃ：０．１５〜０．６０％、
Ｍｎ：２．００％以下、
Ｃｒ：１５〜２９％、
Ｎｉ：１０〜４０％、
Ｓｉ：１．８％以下で、更に
Ｎｂ：０．３〜１．５％、Ｔｉ：０．０４〜０．５％、Ｗ：０．５〜１．１２％の範囲で、尚且つＮｂかつＴｉかつＷの総量が１．８〜２．８％であるか、またはＮｂ：０．３〜１．５％、Ｔｉ：０．０４〜０．５％、Ｍｏ：０．２〜１．５％の範囲で、尚且つＮｂかつＴｉかつＭｏの総量が１．８〜２．８％であり、
残部がＦｅおよび不可避の不純物からなることを特徴とする耐真空浸炭性耐熱鋳鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の鋼材に真空浸炭熱処理を施す場合に用いられる真空浸炭熱処理用耐熱鋳鋼ジグ（単に真空浸炭用ジグともいう。）および同様な使用環境下で用いることのできる耐真空浸炭性及び耐熱性を有する鋳鋼（単に耐真空浸炭性耐熱鋳鋼ともいう。）に関する。より詳しくは、真空浸炭熱処理において１０００℃以上の温度水準でアセチレンなどの炭化水素によるガス浸炭雰囲気（真空・減圧状態でかつ強還元性或いは超還元性）で使用する熱処理用ジグ及び同様な使用環境下で用いることのできる耐真空浸炭性耐熱鋳鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の耐浸炭性耐熱鋳鋼は総て、“有酸素中での使用”を前提として開発されている。その耐浸炭基本機構は、鋳鋼の表面に生じるクロム酸化層、及びその下に生じるシリコン酸化層（セカンドバリヤー）により炭素浸入を阻止することにあった。提案されている従来の耐熱鋳鋼はこの酸化皮膜層を安定化するために、種々のレアアース（Ｚｒ、Ｙなど）を添加したり、アルミニウムを添加してＡｌ２Ｏ３の効果を期待したりしたものであった（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００２−１６７６５４号公報
【特許文献２】特公平２−３２３４６号公報
【特許文献３】特開平７−２３３４４６号公報
【特許文献４】特公昭６０−１７８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、提案されている従来の耐浸炭性耐熱鋳鋼は、真空浸炭熱処理において１０００℃以上の温度水準でアセチレンなどの炭化水素によるガス浸炭雰囲気で使用する鋳鋼熱処理ジグ材料として利用するには、以下の問題があり、実用上利用困難であった。
【０００４】
第１に、真空浸炭熱処理における雰囲気は、強還元性或いは超還元性ともいうべき雰囲気であり、鋳鋼の表面に酸化物は生成し難い。したがって、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｙなどの添加という構成になっていたため、その効果はほとんど無い。
【０００５】
第２に、セカンドバリアーの効果を期待するあまり、Ｓｉの添加を必要以上に増やし、γマトリックス中のカーバイド（炭化物）の周辺にＳｉの偏析を生じ、この周辺の融点が低下し１０００℃以上の温度域ではクリープラプチャー強度が低下する、という事態が生じる。また、真空浸炭雰囲気に於いてはＳｉの添加は耐浸炭性には何ら寄与しない。何となればＳｉＯ２のセカンドバリアー層が出現しないからである。
【０００６】
上記問題点１、２を回避する為、欧州高級車メーカーは、例えばインコネル７１３Ｃ等Ｎｉ含有量が５０質量％以上の高ニッケル合金を使用している。Ｎｉ内部の炭素拡散速度は緩慢であるから耐浸炭性には有利である。また、Ａｌを大量が含有させて得たγプライム（Ｎｉ３Ａｌ相の炭化物）による高温強度も高い。しかし、Ｎｉ含有量が７５質量％と大量の為、Ｎｉ価格の高い国内では実用性に乏しい。また、１０００℃以上の温度領域になると、γプライムが再固溶して分解しクリープラプチャー強度（以下、クリープ破断強度ともいう。）が極端に低くなる等の欠点があるという構成になっている為、実用化には問題点がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、真空浸炭熱処理において１０００℃以上の温度水準でアセチレン等の炭化水素によるガス浸炭雰囲気で使用することのできる安価で実用性のある真空浸炭用ジグ及び同様な環境下で用いることのできる耐真空浸炭性耐熱鋳鋼を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する為の本発明は、真空浸炭用ジク鋳鋼材の化学成分組成（質量％）がＣ：０．１５〜０．６０、Ｍｎ：２．００以下、Ｃｒ：１５〜２９、Ｎｉ：１０〜４０、Ｓｉ：１．８以下、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）：１．８〜２．８である真空浸炭用ジグである。化学成分組成の残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。
【０００９】
なお、上記真空浸炭用ジグ鋳鋼材の各成分量の単位は、いずれも質量パーセント（質量％）であるため、単位表記を省略している。またＮｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）は、Ｎｂかつ、Ｔｉかつ、Ｗおよび／またはＭｏを略記したものである。以下、同様に略記して表すこともある。また、上記化学成分組成は、いずれも化学記号で表示している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼材の化学成分組成については高価なＮｉ量を極力抑えた上で、さらにＳｉ量を１．８質量％以下に制限し、尚且つＮｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）を適量添加することで、高耐浸炭性及び高耐熱性を有し安価で実用性のある真空浸炭用ジグを提供することができる。
【００１１】
詳しくは、本発明によれば、真空浸炭熱処理において１０００℃以上の温度水準でアセチレン等の炭化水素によるガス浸炭雰囲気で使用しても、浸炭され難く（浸炭深さが制限され）、高温強度（高いクリープ破断強度）を長期間に安定的に保持できる。そのため、真空浸炭用ジグの耐用期間（寿命）を大幅に延ばすことができる。併せて、同様に優れた耐浸炭性及び耐熱性を備えた安価で実用性のある耐真空浸炭性耐熱鋳鋼を提供することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜Ｉ＞本発明に係る真空浸炭用ジグについて
本発明に係る真空浸炭用ジグは、該真空浸炭用ジグ鋳鋼材の化学成分組成（質量％）がＣ：０．１５〜０．６０、Ｍｎ：２．００以下、Ｃｒ：１５〜２９、Ｎｉ：１０〜４０、Ｓｉ：１．８以下、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）：１．８〜２．８であることを特徴とする。なお上記真空浸炭用ジグ鋳鋼材の化学成分組成の残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。本発明の真空浸炭用ジグを形成（構成）する鋳鋼材は、Ｆｅと以下に説明するいくつかの添加成分とから構成される鋼材であるが、これら以外の成分（元素）の存在・混入を否定するものではない。したがって、上述した耐真空浸炭性や耐熱性や実用性等の性能・品質・コスト等に影響を与えない限りにおいて、種々の金属・非金属、例えば、Ｃｕ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｎ、Ｈ、Ｏ等を微量成分として含有していてもよい。例えば、種々の鋼材にＰ、Ｓ等の不可避の不純物（不可避的不純物とも称されている）が微量ながら含まれ得ることは当該分野における周知事項である。
【００１３】
本発明では、真空浸炭用ジグ鋳鋼材の化学成分組成を上記範囲とすることで、優れた耐真空浸炭性及び耐熱性を発現することができ（詳しくは、後述する実施例の表１の真空下での浸炭深さ及びクリープ破断強度参照）、ジグの耐用期間を大幅に延ばすことができる。加えて、安価で実用性を持たせることもできる。また、鋼材の化学成分組成（特に各成分量の単位）については、特に断らない限り、％は、質量パーセント（質量％）を言うものとする。
【００１４】
以下、本発明の真空浸炭用ジグ鋳鋼材の各化学成分ごとに、上記に規定する含有量に限定することによる作用効果につき説明する。
【００１５】
（１）Ｓｉ含有量：１．８％以下について
本発明の真空浸炭用ジグ鋳鋼材においては、溶湯の湯流れを良好にして鋳造性を確保する為、Ｓｉを最低限添加量に抑えて、耐浸炭のために添加した元素の粒界の高温強度を確保し、クリープラプチャー強度を高くしたものである。
【００１６】
Ｓｉの添加を必要以上に増やすと、具体的には１．８％を超えると、γマトリックス中のカーバイドの周辺にＳｉの偏析を生じ、この周辺の融点が低下し１０００℃以上の温度域ではクリープラプチャー強度が低下する。かかる観点から好ましくは１．６％以下が望ましい。一方、Ｓｉの下限量については特に制限されるものではない。ただし、鋳造に際して、湯流れを良好にし鋳造性を良好にすることができるなど、真空浸炭用ジグ鋳鋼材の生産性（製造性）を高めることができる観点から、実操業上はＳｉを１．０％以上含有することが望ましい。従って、Ｓｉ量は、１．８％以下、好ましくは１．０％以上、１．８％以下、より望ましくは１．０％以上、１．６％以下である。
【００１７】
（２）Ｃ含有量：０．１５〜０．６０％について
Ｃは、基地であるＦｅに固溶するほか、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ等と炭化物を形成し得る主要成分であり、鋼の高温強度、例えば後述する実施例に示すようなクリープ破壊強度を向上させ得る成分である。而して、Ｃは、０．１５％未満ではＮｂ又はＮｂ、Ｔｉによる炭化物形成に消費されて熱間強度の低下とフェライト相の増加による高温長期間使用中の脆化が著しい。一方、０．６０％を超えると使用中のＣｒの二次炭化物の析出が著しく、熱衝撃割れに敏感になるので０．１５〜０．６０％に限定したものである。フェライト面積率、二次炭化物の析出量を考慮すると、より望ましくは０．２０〜０．５０％である。
【００１８】
（３）Ｍｎ含有量：２．００％以下について
Ｍｎは鋳造性を高め、脱酸剤として有効であるが、耐酸化性、高温強度を低下させるために２．００％以下に限定したものである。Ｍｎの下限量については、特に制限されるものではない。ただし、溶湯の湯流れを良好にして鋳造性を確保して真空浸炭用ジグ鋳鋼材の生産性（製造性）を高め、尚且つ脱酸剤として有効に寄与することができる観点から、０．５％以上が望ましい。したがって、Ｍｎ含有量は、２．００％以下、より望ましくは０．５％以上２．００％以下である。
【００１９】
（４）Ｃｒ含有量：１５〜２９％について
Ｃｒは、基地に固溶するほか、Ｃと結合して炭化物を形成する主要成分である。而して、その炭化物が結晶粒界に析出して粒界を強化することにより、鋼の高温強度が向上する。よって、Ｃｒ含有量が１５％未満では高温強度が不足し、２９％を超えると靭性の低下が著しくなるので、１５〜２９％に限定したものである。高温強度とオーステナィトの安定性、炭化物の析出、成長の抑制から、より望ましくは２０〜２８％の範囲である。
【００２０】
（５）Ｎｉ含有量：１０〜４０％について
Ｎｉは１０％未満では組織が不安定となりフェライトの晶出面積が大きくなり、組織の安定化・靭性の維持には多い程有効である。しかしながら、４０％を超えても、経済上のデメリット（国内での実用性に乏しい点）を解消し得る程の更なる効果はなく４０％を限度とし、１０〜４０％に限定したものである。経済性（実用性）の面から、より望ましくは１０〜３５％の範囲である。
【００２１】
また、本発明では、更に主要な添加重金属として、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）の総量を１．８％以上、２．８％以下の範囲に制限してなることを特徴とするものである。すなわち、１．８％≦（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｗ＋Ｍｏ）≦２．８％、または１．８％≦（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｗ）≦２．８％、または１．８％≦（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｍｏ）≦２．８％である。
【００２２】
Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）の更なる添加により、γ粒界に炭化物が多く析出し、炭素の進入を防ぐため、耐浸炭性が向上する。よって、これらの効果を有効に発現させるためには、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）の総量は、１．８％以上が必要となる。一方、上記Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）の総量が２．８％を超えると、γマトリックス中の固溶炭素量が枯渇して、マトリックスに微細炭化物の析出が無くなる。これは、クリープラプチャー強度を減じて、実用性が無くなる。上記した効果が顕著に得られることから、上記Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）の総量は、２．４％以上、２．８％以下がより望ましい。即ち、かかる好適な範囲とすることで、γ粒界に炭化物が多く析出し、炭素の進入を防ぐため、耐浸炭性を顕著に高めることができる。更に、γマトリックス中の固溶炭素量が枯渇することなくマトリックスに微細炭化物を効果的に析出し、クリープラプチャー強度を高めることもできる。
【００２３】
また、ＷとＭｏについては、両方を添加してもよいし、いずれか一方を添加させるだけでもよい。これは、後述するように、Ｗは、Ｍｏと同様にＣｒとの間で炭化物を形成してクリープ破断強度（高温引張強度）の向上に寄与し、また、耐浸炭性を高めることにも寄与し得るためである。加えて、ＷとＭｏは時の経済事情によってメタル価格が乱高下しやすい。本発明では、安価な方を適時選択することができることから、購入決定に柔軟性が出てより実用性が高くなる点でも優れている。
【００２４】
また、本発明では、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）の総量に加えて、更にこれら主要な添加金属の各成分の含有量についても、下記の通り限定するのが望ましい。
【００２５】
（ａ）Ｎｂ含有量：０．３〜２．８％について
Ｎｂはクリープ破断強度、耐浸炭性を高める。０．３％未満ではその効果が不足するが、多量に添加すると、生成するＮｂＣ炭化物の粗大化、および合金中のＣ量の減少に起因して、高温強度が低下するので、２．８％を限度としたものである。生成するＮｂＣ炭化物の粗大化及び高温強度の低下の抑制から望ましくは１．５％以下とするのがよい。
【００２６】
（ｂ）Ｔｉ含有量：０．０４〜０．５％について
Ｔｉは炭化物等を形成して高温強度、耐熱衝撃性等、耐浸炭性を高める。このために０．０４％以上を必要とするが、多量の添加はＴｉＣ（チタンカーバイド）析出物の粗大化を招き、かえって強度低下をみるので、０．５％を上限としたものである。特に０．２％を超えると大気溶解鋳造の場合、鋳込時に溶湯中のＴｉが鋳型表面と反応を起こしＴｉ酸化物を生じ、表面欠陥となる場合がある。従って、大気溶解鋳造の場合には、０．１５％以下とするのがよい。
【００２７】
（ｃ）Ｗ含有量：０．５〜２．８％について
Ｗはマトリックスに固溶すると共に、Ｃｒ−Ｗ系炭化物を形成してクリープ破断強度（高温引張強度）の向上に寄与する。また、耐浸炭性を高める。Ｗが０．５％に満たないと、その効果が不足する。一方、多量に含むと合金の延靱性の低下を招くので、２．８％を上限とし、好ましくは、２．０％以下である。
【００２８】
（ｄ）Ｍｏ含有量：０．２〜２．８％について
Ｍｏは、オーステナイト基地の固溶強化と、Ｃｒ−Ｍｏ系炭化物の形成による粒界強化の作用によりクリープ破断強度（高温引張強度）を高める。また、耐浸炭性を高める。その効果を確保するために、少なくとも０．２％を要するが、多量の添加は合金の延靱性を損なうので、２．８％を上限とし、好ましくは、１．５％以下である。
【００２９】
［本発明の真空浸炭用ジグ鋳鋼材及び本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼材の化学成分組成の判定基準］
本発明の真空浸炭用ジグ鋳鋼材及び本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼材の化学成分組成は、ジグ形成（鋳造）時から浸炭処理に繰り返し使用するにつれ、その炭素含有率が経時的に変化していく。そのため、上述した真空浸炭用ジグ鋳鋼材及び本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼材の化学成分組成は、あくまでジグ形成（鋳造）時あるいはジグ形成時と実質的に同じ鋳造ままの炭素比率を維持している部位の化学成分組成をいうものとする。言い換えれば、浸炭処理に繰り返し使用して炭素含有率がジグ形成（鋳造）時とは異なってしまった部位を除く趣旨である。ジグ形成時と実質的に同じ鋳造ままの炭素比率を維持している部位としては、例えば、度重なる真空浸炭処理によっても鋳造ままの炭素比率が実質的に変動しないジグ壁面の深層部分が該当し得る。
【００３０】
［本発明の真空浸炭用ジグの製造方法］
本発明の真空浸炭用ジグは、耐真空浸炭性耐熱鋳鋼材の原料を下の実施例に説明するような鋳造（鋳鋼生産）技術を用いて製造してもよいし、耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の鋼材を切削加工（切断・溶接など）による組立技術などを用いて製造してもよい。あるいはこれらを組み合わせてもよいなど、特に制限されるものではなく、従来公知のジグ製造技術を適用し得るものである。鋳造技術を用いた大量生産方法としては、例えば、「高圧高速自動造型機による砂型鋳造法」、「ロストワックス法」、「シェルモールド法」など模型に金型を使用した製造法がよい。
【００３１】
［本発明の真空浸炭用ジグの適用範囲］
本発明の真空浸炭用ジグは、種々の鋼材に真空浸炭処理を施す場合に用いられるジグであればよく、例えば、歯車やデファレンシャルギア等の被処理材を真空浸炭炉内で保持するための形状複雑なスケルトンタイプ・フィクスチャーやトレイなどが挙げられる。
【００３２】
［本発明の真空浸炭用ジグの使用環境］
本発明の真空浸炭用ジグは、真空浸炭熱処理において、長期間安定して使用できるものである。真空浸炭熱処理としては、特に制限されるものではないが、１０００℃以上の温度水準、典型的には１０００〜１１００℃（例えば、ターゲット温度１０５０℃）で、アセチレン等の炭化水素によるガス浸炭雰囲気（真空・減圧状態でかつ強還元性或いは超還元性）で行われるものが挙げられる。ただし、本発明は、これらに何ら制限されるものではなく、各種の改良・改善が施された真空浸炭熱処理法に幅広く適用可能なばかりではなく、後述するようなプラズマ浸炭処理法などにも十分に適用可能である。
【００３３】
＜ＩＩ＞本発明に係る耐真空浸炭性耐熱鋳鋼について
本発明に係る耐真空浸炭性耐熱鋳鋼は、化学成分組成（質量％）が、Ｃ：０．１５〜０．６０、Ｍｎ：２．００以下、Ｃｒ：１５〜２９、Ｎｉ：１０〜４０、Ｓｉ：１．８以下、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）：１．８〜２．８であることを特徴とする。なお上記耐真空浸炭性耐熱鋳鋼材の化学成分組成の残部はＦｅおよび不可避の不純物からなるものである。耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の化学成分組成を上記範囲とすることで、上記真空浸炭用ジグで説明したと同様の使用環境下で優れた耐真空浸炭性及び耐熱性を発現することができる（詳しくは、後述する実施例の表１の真空下での浸炭深さ及びクリープ破断強度参照）。
【００３４】
［本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の各合金化学成分含有量］
本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の各合金化学成分の含有量の説明に関しては、上記した本発明の真空浸炭用ジグ鋳鋼材の各合金化学成分の含有量の説明と同様である為、ここでは重複説明を避けるため省略する。
【００３５】
［本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の利用用途（応用範囲）］
本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼は、真空浸炭用ジグ鋳鋼材として有効に利用することができるほか、同様の環境下（１０００℃以上の温度水準でアセチレンなどの炭化水素によるガス浸炭雰囲気）で使用されている各種用途に利用することができる。例えば、上記真空浸炭熱処理に用いられる真空浸炭炉の内張り材や該真空浸炭熱処理に供せられる製品のワーク材などに有効に活用できる。さらに、これよりも比較的温度条件が低いプラズマ浸炭に用いられるプラズマ浸炭用ジグ、プラズマ浸炭炉の内張り材や該プラズマ浸炭処理に供せられる製品のワーク材などにも有効に利用できる。ただし、本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の利用用途は、これらに何ら制限されるものではなく、当該耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の持つ優れた耐真空浸炭性ないし耐熱性を有効に利用できる技術分野で幅広く活用できることはいうまでもない。
【００３６】
［本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼の製造履歴］
本発明の耐真空浸炭性耐熱鋳鋼は、各種造型プロセスの砂型、シェルモールド、ロストワックス等で鋳造した鋳鋼製品が挙げられるが、特に製造プロセスに制限されるものではない。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００３８】
実施例１〜２及び比較例１〜４
（実験方法）
先ず、実施例１〜２及び比較例１〜４のそれぞれについて、表１に示す合金化学成分組成となるように所定の原料を配合し、高周波誘導加熱炉にてかかる配合物を加熱・溶解した。次いで、かかる溶融物を所定の鋳型に注入することによって、各合金化学成分組成のＪＩＳ  Ｇ  ０３０７Ａ号試験材（いわゆるＹブロック）を鋳造した。
【００３９】
次に、実施例１〜２及び比較例１〜４のそれぞれについて、上記作製したＹブロックから所定の形状の鋼材（試験片）を切り出して、耐浸炭性を調べた。すなわち、各合金化学成分組成のＹブロックからそれぞれ円柱状鋼材（径２０ｍｍ、長さ６０ｍｍ）を切り出した。その鋼材を所定の真空浸炭炉に入れて、炉内温度を１０５０℃（即ち、鋼材が１０５０℃になる）に設定し、浸炭用ガス（アセチレンガス）を所定の流量（ｍ３／ｓ）で供給しながら、炉内圧力を９００Ｐａになるように調整して３００分、真空浸炭熱処理を行った。かかる処理を終了した後、各鋼材の表面を約０．２０ｍｍ間隔で切粉を採取した。そして採取した切粉のＣ量を分析し、表面から深さ方向のＣ量プロファイルを作成し、Ｃ量が鋳放しまま（鋳造まま；ａｓ  ｃａｓｔ）材と同量％となる位置を浸炭深さとした。而して、浸炭深さの測定結果を表１に示す。
【００４０】
次に、実施例１〜２及び比較例１〜４のそれぞれについて、上記作製したＹブロックから所定の形状の鋼材（試験片）を切り出し、クリープ破断試験による高温強度の評価を行った。すなわち、各合金化学成分組成のＹブロックからそれぞれ円柱状（平行部直径６ｍｍ、ゲージ部長さ２５ｍｍ）の鋼材を切り出した。そして得られた各鋼材に１０５０℃の大気雰囲気中にて、０．４〜３．０Ｋｇ／ｍｍ２の間で９水準の引張応力を付加し、クリープ破断時間（破断寿命）を測定した。得られた結果から求めた１００００時間の破断強度を表１に示す。
【００４１】
【表１】
0005399000.tif 000002
【００４２】
注）上記表１中の合金化学成分（質量％）は、鋳造して得られた試験材（鋳鋼材）の化学成分組成を表すものであり、残部は、表中には記載していないが、いずれの実施例及び比較例についても、Ｆｅおよび不可避の不純物からなるものである。
【００４３】
（考察）
上記実験結果（表１参照）に基づく、実施例１〜２及び比較例１〜４それぞれの考察を以下に示す。
【００４４】
実施例１
本実施例の合金化学成分組成は、Ｓｉ＝１．３４％（１．０％以上１．６％の範囲）、Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｗ＝２．５７％（１．８％以上、２．８％以下の範囲）であり、真空浸炭性、クリープ破断強度（高温強度、耐熱性）とも良好であることが確認できた。
【００４５】
実施例２
本実施例の合金化学成分組成は、Ｓｉ＝１．３８％（１．０％以上１．６％の範囲）、Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｍｏ＝２．６２％（１．８％以上、２．８％以下の範囲）であり、耐真空浸炭性、クリープ破断強度（高温強度、耐熱性）とも良好であることが確認できた。
【００４６】
比較例１
本比較例の合金化学成分組成は、Ｓｉ＝２．１％＞１．６％のためにＳｉが偏析し、この周辺の融点が低下するため、クリープ破断強度（高温強度、耐熱性）が悪化することが確認できた。また、耐真空浸炭性についても実施例１、２に比して３割程度低くなることが確認できた。
【００４７】
比較例２
本比較例の合金化学成分組成は、Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｍｏ＝３．０２％＞２．８％のために、γ粒界炭化物が析出することにより耐真空浸炭性は向上するが、γマトリックス中の固溶炭素量が枯渇によりクリープ破断強度（高温強度、耐熱性）が悪化することが確認できた。
【００４８】
比較例３
本比較例の鋼材には開発ベース材（ＳＣＨ２４＝従来鋼と同様の合金化学成分組成）を作製したものである。その合金化学成分組成は、Ｎｂ＋Ｔｉ＋（Ｗ／Ｍｏ）＝０％＜１８％のために、浸炭深さが８００μｍとなり耐真空浸炭性が大幅に低下し、またクリープ破断強度（高温強度、耐熱性）も実施例１、２に比して低く十分でないことが確認できた。
【００４９】
比較例４
本比較例の鋼材にはＳＣＨ２４改良材と同様の合金化学成分組成としたものである。その合金化学成分組成は、Ｎｂ＋Ｔｉ＝０％のままであるが、Ｗ＝１．５％添加により、比較例３に比して若干耐真空浸炭性・クリープ破断強度向上する。しかしながら、浸炭深さは５２０μｍもあり、実施例１、２に比して、耐真空浸炭性が大幅に低く十分でないことが確認できた。また、クリープ破断強度（高温強度、耐熱性）も実施例１、２に比して１割程度低いことも確認できた。