(57)【要約】【課題】高温加熱時の耐粗粒化特性に優れた鋼材の提供。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４５％、Ｓｉ：０．０００１〜０．４％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．００１〜０．１０％、Ｃｒ：０．５％を超えて２．５％以下、Ｏ：０．００１〜０．００５％、Ｎ：０．０２５％以下、insol.Ａｌ：０．０００１〜０．００５０％、sol.Ａｌ：０．０００１〜０．００１０％、insol.Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、sol.Ｍｇ：０．０００１〜０．０００５％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる鋼材。さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂ、Ｍｏ、ＮｂおよびＴｉのうちの１種以上を含有させてもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．０００１〜０．４％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００１〜０．１０％、
Ｃｒ：０．５％を超えて２．５％以下
Ｏ：０．００１〜０．００５％、
Ｎ：０．０２５％以下、
insol.Ａｌ：０．０００１〜０．００５０％、
sol.Ａｌ：０．０００１〜０．００１０％、
insol.Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
sol.Ｍｇ：０．０００１〜０．０００５％
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる鋼材。
【請求項２】
Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物およびＭｎ硫化物を含有する、粒径が０．６μｍ未満の複合介在物が、鋼材中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在することを特徴とする、請求項１記載の鋼材。
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｕ：０．４％以下、
Ｎｉ：１．５％以下、
Ｂ：０．００５％以下および
Ｍｏ：０．５％以下
のうちの１種以上を含有する、請求項１または２に記載の鋼材。
【請求項４】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｎｂ：０．１％以下および
Ｔｉ：０．１％以下
のうちの１種以上を含有する、請求項１から３のいずれかに記載の鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温加熱時の耐粗粒化特性に優れた鋼材、特に機械構造用の棒鋼または線材に関する。本発明の鋼材は、特に１１００℃以上で熱間鍛造および／または浸炭加熱がなされる部品用素材として好適である。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械用の転動部品、軸受部品、歯車、クランクシャフトなどの鋼製部品は、次の工程（i）〜（iv）により製造されることが多い。
【０００３】
工程（i）：機械構造用鋼からなる圧延棒鋼または線材を準備する。機械構造用鋼は、例えばＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０およびＳＮＣＭ４２０などである。
【０００４】
工程（ii）：工程（i）で得た圧延棒鋼又は線材を、熱間鍛造によって粗成形する。この熱間鍛造では、一般に１１００℃以上に加熱された後に鍛造される。
【０００５】
工程（iii）：工程（ii）で得た粗成形品を直接に、または、必要に応じて焼準を行ってから、切削加工を施す。
【０００６】
工程（iv）：必要に応じて、工程（iii）で得た切削加工品に、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等の表面硬化処理を施す。この場合、一般に９００〜１０００℃で長時間浸炭した後、油冷される。なお、表面硬化処理後、必要に応じて、さらに焼戻しを施す。
【０００７】
工程（ii）の熱間鍛造では、通常１１００〜１３００℃に加熱されるため、オーステナイト粒が粗大化し、熱間鍛造後の組織も粗大化する。このため、熱間鍛造のままの非調質鋼として使用する場合、靭性や延性を劣化させるという問題がある。
【０００８】
また、浸炭処理は通常９００〜１０００℃で２〜５時間の加熱条件で行われるが、省エネルギーの観点から、浸炭時間の短縮が重要な課題である。浸炭時間の短縮には、浸炭温度の高温化が有効である。現在、高周波加熱により１１００℃以上での浸炭処理が可能であるが、この場合、オーステナイト粒が顕著に粗大化する。浸炭部品において、オーステナイト粒の粗大化は、熱処理ひずみが生じる原因となったり、部品としての疲労強度の低下の原因となったりするため、生産性の低下および部品として用いた場合の騒音や振動の問題を生じ易い。
【０００９】
このようなオーステナイト粒の粗大化を抑制するために、機械構造用鋼では、AlNやTiCなどの炭窒化物を微細に析出させてそのピンニング効果を利用するということがなされてきた。
【００１０】
例えば、特許文献１ではNbCを、特許文献２ではAlNを、特許文献３ではTiCを、そして、特許文献４と５ではAlNとNb(C,N)を利用して粗大化を抑制することが開示されている。
【００１１】
また、酸化物をピン止め粒子として利用する方法も検討されている。たとえば、特許文献６では、Ｍｇ系酸化物(ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＭｇＯ等)の単体や複合介在物を用いて、結晶粒の粗大化を抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平2-147148号公報
【特許文献２】特開2001-234284号公報
【特許文献３】特開2003-34843号公報
【特許文献４】特開平2004-204263号公報
【特許文献５】特開平11-50191号公報
【特許文献６】特開2001-288531号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１〜５に開示された、AlNやTiCなどの炭窒化物を用いる方法では、その固溶温度が低く1100℃以上の高温に保持した場合には固溶したりあるいは炭窒化物がオストワルド成長したりして、粗大化することになる。その結果、ピン止め効果を失い、オーステナイトの粗大化や異常粒成長を引き起こす。そのため、1100℃以上での高温浸炭時では、微細なオーステナイト粒を保持できない。
【００１４】
また、特許文献６に開示された、Ｍｇ系酸化物(ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＭｇＯ等)の単体や複合介在物を用いる方法であっても、１１００℃以上での高温浸炭時は結晶粒の粗大化の抑制は不十分であった。
【００１５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、熱間鍛造や浸炭時に、１１００℃以上の高温で加熱した場合であっても、オーステナイト粒の粗大化を安定して抑制できる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】
【００１６】
本発明者等は、上記の課題を解決するために種々の検討と実験を行った。その結果、次の(a)〜(c)に示す知見を得た。
【００１７】
(a) Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物およびＭｎ硫化物を含む複合介在物は、１２００℃以上の高温でも熱的安定性が高い。ここで、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物とは、スピネル構造のマンガンスピネルＭｎＡｌ２Ｏ４のＭｎの一部をＭｇで置換した酸化物をいう。そして、Ｍｎ硫化物とは、Ｍｎをatom％で４０％以上含む硫化物をいう。鋼中に前記複合介在物が分散していると、例えば１２００℃の高温での浸炭処理で鋼材温度が上昇しても、複合介在物が消失しないため、旧オーステナイト粒界の移動をピンニングする力は低下しない。したがって、この複合介在物によるピン止め効果を利用すれば、高温加熱においても、微細なオーステナイト結晶粒を確保することができる。
【００１８】
(b) 上記複合介在物を鋼中に十分に分散・生成させるためには、鋼中のＳ、Ｓｉ、Ｏ（酸素）の各含有量の制御に加えて、鋼中の酸不溶性Ａｌ（以下、「insol.Ａｌ」と略記する。）、酸可溶性Ａｌ（以下、「sol.Ａｌ」と略記する。）、酸不溶性Ｍｇ（以下、「insol.Ｍｇ」と略記する。）および酸可溶性Ｍｇ（以下、「sol.Ｍｇ」と略記する。）の各含有量を適正範囲に制御すればよい。
【００１９】
(c) 上記複合介在物を、微細かつ多量に分散生成させることによって、高温加熱における高いピン止め効果をより安定して得ることができる。特に、粒径０．６μｍ未満の複合介在物を鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在させるのが好ましい。この場合、複合介在物は、粒径０．６μｍ未満のものが鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在していればよく、この複合介在物の粒径が０．６μｍ以上のものが存在しても構わない。
【００２０】
本発明は、このような知見に基づいて完成したものであり、その要旨は、下記の(1)〜(4)の高温加熱時の耐粗粒化特性に優れた鋼材にある。
【００２１】
(1) 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．４５％、
Ｓｉ：０．０００１〜０．４％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．００１〜０．１０％、
Ｃｒ：０．５％を超えて２．５％以下
Ｏ：０．００１〜０．００５％、
Ｎ：０．０２５％以下、
insol.Ａｌ：０．０００１〜０．００５０％、
sol.Ａｌ：０．０００１〜０．００１０％、
insol.Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
sol.Ｍｇ：０．０００１〜０．０００５％
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる鋼材。
【００２２】
(2) Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物およびＭｎ硫化物を含有する、粒径が０．６μｍ未満の複合介在物が、鋼材中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在することを特徴とする、上記(1)の鋼材。
【００２３】
(3) Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｃｕ：０．４％以下、
Ｎｉ：１．５％以下、
Ｂ：０．００５％以下および
Ｍｏ：０．５％以下
のうちの１種以上を含有する、上記(1)または(2)の鋼材。
【００２４】
(4) Ｆｅの一部に代えて、質量％で、
Ｎｂ：０．１％以下および
Ｔｉ：０．１％以下
のうちの１種以上を含有する、上記(1)〜(3)のいずれかの鋼材。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、熱間鍛造時や浸炭時等に、１１００℃以上の高温で加熱した場合であっても、オーステナイト粒の粗大化を安定して抑制できる鋼材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
１．本発明に係る鋼材の化学組成について
以下、本発明に係る鋼材の化学組成について説明する。なお、含有量に関する「％」は、質量％を意味する。
【００２７】
Ｃ：０．０５〜０．４５％
Ｃは、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、または窒化したときの鋼製部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。その含有量が０．０５％未満ではその効果が不十分である。一方、Ｃの含有量が０．４５％を超えると、棒鋼、線材や鍛造後の強度が高くなりすぎるため、被削性が大きく低下する。したがって、Ｃの含有量を０．０５〜０．４５％とした。Ｃ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、好ましい上限は０．３０％である。
【００２８】
Ｓｉ：０．０００１〜０．４％
Ｓｉは、鋼の脱酸のために必要な元素である。その含有量が０．０００１％未満では、その効果が不十分である。一方、Ｓｉは、フェライト強化型元素であり、Ｓｉが０．４％を超えて含有されれば、熱間鍛造後の強度が過剰に高くなり、その結果、熱間鍛造後の鋼の被削性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は、０．０００１〜０．４％とする。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、そして、好ましい上限は０．３％である。
【００２９】
Ｍｎ：０．５〜２．０％
Ｍｎは、焼入れ性を高める効果が大きく、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、あるいは窒化したときの鋼製部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。その含有量が０．５％未満では前記の効果が不十分である。一方、Ｍｎの含有量が２．０％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、熱間鍛造後の強度が過剰に高くなり、その結果、熱間鍛造後の鋼の被削性が大きく低下する。したがって、Ｍｎの含有量は０．５〜２．０％とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．６％であり、そして、好ましい上限は０．９％である。
【００３０】
Ｐ：０．０２５％以下
Ｐは、粒界偏析して粒界を脆化させやすい元素であり、過剰に含まれると、疲労強度が低下する。したがって、Ｐの含有量を０．０２５％以下とした。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。
【００３１】
Ｓ：０．００１〜０．１０％
Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳをはじめとするＭｎ硫化物を形成する重要な元素である。複合酸化物上にＭｎ硫化物を析出させるためには、Ｓ含有量を０．００１%以上とする。一方、Ｓの含有量が多くなると、粗大なＭｎ硫化物を生成しやすくなり、疲労強度を低下させる傾向があり、特に０．１０％を超えると、疲労強度の低下が顕著になる。したがって、Ｓの含有量は０．００１〜０．１０％とする。Ｓ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、そして、好ましい上限は０．０８％である。
【００３２】
Ｃｒ：０．５％を超えて２．５％以下
Ｃｒは、焼入れ性を高める効果が大きく、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ、あるいは窒化したときの鋼製部品の芯部強度を確保するために必須の元素である。その含有量が０．５％以下ではその効果が不十分である。一方、Ｃｒの含有量が２．５％を超えると、その効果が飽和するだけでなく、棒鋼、線材や鍛造後の強度が高くなりすぎるため、被削性が大きく低下する。したがって、Ｃｒの含有量は０．５％を超えて２．５％以下とする。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．７％であり、より好ましい下限は１．３％である。そして、Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．９％である。
【００３３】
Ｏ：０．００１〜０．００５％
Ｏ（酸素）は、ピンニング粒子である、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物およびＭｎ硫化物を含有する複合介在物の個数を制御する上で重要な元素である。Ｏ含有量が０．００１％未満の場合、前記複合介在物の存在密度が不足し、オーステナイト粒粗大化抑制効果が不十分となる。一方、Ｏ含有量が０．００５％を超えると、鋼の清浄性が低下して鋼製部品の機械的性質が劣化する。したがって、Ｏの含有量は０．００１〜０．００５％とする。Ｏの好ましい下限は０．００２％であり、そして、好ましい上限は０．００４％である。
【００３４】
Ｎ：０．０２５％以下
Ｎは含有させなくてもよい。しかし、ＡｌまたはＮｂと結合してＡｌＮまたはＮｂＮを形成し、オーステナイト粒の粗大化抑制に有効であるため、必要に応じて含有させることができる。一方、Ｎの含有量が０．０２５％を超えると、製鋼工程において鋼を安定して量産することが難しくなる。したがって、Ｎの含有量を０．０２５％以下とした。好ましい上限は０．０２０％である。なお、上述の効果を得るためには、Ｎの含有量を０．００４％以上とするのが好ましく、０．００８％以上とするのがより好ましい。
【００３５】
insol.Ａｌ：０．０００１〜０．００５０％、
sol.Ａｌ：０．０００１〜０．００１０％
Ａｌは、代表的な脱酸元素であるとともに、本発明においてはオーステナイト粒の粗大化を抑制するためのＡｌ系酸化物を供給する重要な元素である。鋼中のＡｌは、マトリックスに固溶したＡｌ（固溶Ａｌ）やＡｌ窒化物として存在する酸可溶性の「ｓｏｌ．Ａｌ」と、主にＡｌ２Ｏ３等の酸化物として存在する酸不溶性の「ｉｎｓｏｌ．Ａｌ」とに区分される。
【００３６】
insol.Ａｌ含有量が多いことは、ピンニング粒子である上記複合介在物が微細かつ多量に分散形成されていることを示し、これにより高温加熱における高いピン止め効果を発現する。そのためには、insol.Ａｌを０．０００１％以上含有させる必要がある。ただし、insol.Ａｌの含有量が０．００５０％を超えると、上記複合介在物の個数が多く形成されすぎて、この過剰の微細な複合介在物が凝集して粗大な複合介在物を形成しやすくなる。粗大な複合介在物が多く形成されると、耐粗粒化特性が低下する恐れがある。したがって、insol.Ａｌの含有量は０．０００１〜０．００５０％とする。特に、粒径０．６μｍ未満の上記複合介在物を鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在させるためには、insol.Ａｌの含有量を０．０００５〜０．００１３％とするのが好ましい。
【００３７】
sol.Ａｌは鋼の脱酸効果を有する。ただし、sol.Ａｌの含有量が０．０００１％未満では十分な脱酸効果が得られない。一方、sol.Ａｌの含有量が０．００１０％を超えると、上記複合介在物が粗大化してしまう。したがって、sol.Ａｌの含有量は０．０００１〜０．００１０％とする。特に、粒径０．６μｍ未満の上記複合介在物を鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在させるために、sol.Ａｌの含有量の好ましい下限は０．０００２％である。
【００３８】
insol.Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
sol.Ｍｇ：０．０００１〜０．０００５％
Ｍｇは、脱酸の効果を有する元素である。鋼中のＭｇは、マトリックスに固溶したＭｇ（固溶Ｍｇ）として存在する酸可溶性のsol.Ｍｇと、ＭｇＯ等の介在物として存在する酸不溶性のinsol.Ｍｇとに区分される。
【００３９】
insol. Ｍｇ含有量が多いことは、ピンニング粒子である上記複合介在物が微細かつ多量に分散形成されていることを意味し、これにより高温加熱における高いピン止め効果を発現する。そのためには、insol.Ｍｇを０．０００１％以上含有させる必要がある。ただし、insol.Ｍｇの含有量が０．００５０％を超えると、上記複合介在物の個数が多く形成されすぎて、この過剰の微細な複合介在物が凝集して粗大な複合介在物を形成しやすくなる。粗大な複合介在物が多く形成されると、耐粗粒化特性が低下する恐れがある。したがって、insol.Ｍｇの含有量は０．０００１〜０．００５０％とする。特に、粒径０．６μｍ未満の上記複合介在物を鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在させるためには、insol.Ｍｇの含有量を０．０００５〜０．００５０％とするのが好ましい。
【００４０】
上記の微細な複合介在物を十分に分散させるのに必要なinsol.Ｍｇを確保するためには、sol. Ｍｇの含有量が０．０００１％以上必要である。sol.Ｍｇの含有量が０．０００１％未満では十分な脱酸効果が得られない。一方、sol.Ｍｇの含有量が０．０００５％を超えると、上記複合介在物が粗大化してしまう。したがって、sol.Ｍｇの含有量は０．０００１〜０．０００５％とする。特に、粒径０．６μｍ未満の上記複合介在物を鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上存在させるためには、sol.Ｍｇの含有量を０．０００１〜０．０００４％とするのが好ましい。
【００４１】
本発明に係る鋼材は、上記の元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に鉱石やスクラップ等のような原料をはじめとして製造工程の種々の要因によって混入する成分を意味する。
【００４２】
本発明に係る鋼材には、必要に応じて、次の第１群および第２群のうちの少なくとも１群の中から選んだ１種または２種以上の元素を含有させることができる。
(1) 第１群：Ｃｕ、Ｎｉ、ＢおよびＭｏのうちの１種または２種以上、
(2) 第２群：ＮｂおよびＴｉのうちの１種または２種。
【００４３】
(1) 第１群：Ｃｕ、Ｎｉ、ＢおよびＭｏのうちの１種または２種以上
第１群の元素であるＣｕ、Ｎｉ、ＢおよびＭｏは、強度または靱性を向上させる作用を有するので、必要に応じて、これらの元素のうちの１種または２種以上を含有させることができる。以下、第１群の元素について詳しく説明する。
【００４４】
Ｃｕ：０．４％以下
Ｃｕ、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｃｕの含有量が０．４％を超えると、熱間延性を低下させるので、熱間加工性の低下が顕著となる。したがって、含有させる場合のＣｕ含有量を０．４％以下とした。含有させる場合のＣｕの含有量は０．３％以下であることが好ましい。なお、Ｃｕによる効果を得たい場合には、Ｃｕを０．１％以上含有させることが好ましい。
【００４５】
Ｎｉ：１．５％以下
Ｎｉは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｉの含有量が１．５％を超えると、焼入れ性の向上による疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、棒鋼、線材や鍛造後の強度が高くなりすぎるため、被削性が大きく低下する。したがって、含有させる場合のＮｉの含有量は１．５％以下とした。含有させる場合のＮｉの含有量は０．８％以下であることが好ましい。なお、Ｎｉによる効果を得たい場合には、Ｎｉを０．１％以上含有させることが好ましい。
【００４６】
Ｂ：０．００５％以下
Ｂは、焼入れ性を高める効果があり、より疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂの含有量が０．００５％を超えると、焼入れ性の向上による疲労強度を高める効果が飽和するだけでなく、粗大なＢＮの生成によって疲労強度が低下する。したがって、含有させる場合のＢの含有量を０．００５％以下とした。含有させる場合のＢの含有量は０．００３％以下であることが好ましい。なお、Ｂによる効果を得たい場合には、Ｂを０．００１％以上含有させることが好ましい。
【００４７】
Ｍｏ：０．５％以下
Ｍｏは、焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を高める効果が大きく、より曲げ疲労強度や面疲労強度を高めるために有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。一方、Ｍｏの含有量が０．５％を超えると、棒鋼、線材や鍛造後の強度が高くなりすぎるため、被削性の低下が顕著になる。したがって、Ｍｏの含有量を０．５％以下とした。なお、Ｍｏによる効果を得たい場合には、Ｍｏを０．０２％以上含有させることが好ましい。
【００４８】
(2) 第２群：ＮｂおよびＴｉのうちの１種または２種
第２群の元素であるＮｂおよびＴｉは、ピン止め効果により旧オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有するので、必要に応じて、含有させることができる。以下、詳しく説明する。
【００４９】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂは、ＣおよびＮと結合して、ＮｂＣ、ＮｂＮおよびＮｂ（Ｃ，Ｎ）を形成しやすく、前述した複合介在物によるオーステナイト粒粗大化抑制効果を補完するのに有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｎｂの含有量が０．１％を超えると、オーステナイト粒粗大化抑制効果がむしろ低下する。したがって、含有させる場合のＮｂの含有量を０．１％以下とした。含有させる場合のＮｂ含有量の好ましい上限は０．０５％である。なお、Ｎｂによる効果を得たい場合には、Ｎｂの含有量を０．０１％以上とするのが好ましい。
【００５０】
Ｔｉ：０．１％以下
Ｔｉは、Ｎと結合して、ＴｉＮを形成しやすく、前述した複合介在物によるオースナイト粒粗大化抑制効果を補完するのに有効な元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、この含有量が０．１％を超えると、所望のＭｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物の生成に必要なＯ量の低減を招く。したがって、含有させる場合のＴｉ含有量は、０．１％とする。なお、Ｔｉによる効果を得たい場合には、Ｔｉの含有量を０．０１％以上とするのが好ましい。
【００５１】
２．本発明に係る複合介在物について
１２００℃以上の高温でも熱的に安定である、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物およびＭｎ硫化物を含む複合介在物を鋼中に分散させると、例えば１２００℃の浸炭処理により鋼材温度が高温となっても、この複合介在物は消失しない。ここで、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物とは、スピネル構造のマンガンスピネルＭｎＡｌ２Ｏ４のＭｎの一部をＭｇで置換した酸化物をいう。そして、Ｍｎ硫化物とは、Ｍｎをatm％で４０％以上含む硫化物をいう。このような複合介在物が存在すると、旧オーステナイト粒界の移動をピンニングするので、耐粗粒化特性の向上に有効である。
【００５２】
本発明の組成を有する鋼材は、上記複合介在物を十分に有するため、熱間鍛造や浸炭時等で、１１００℃以上の高温で加熱した場合であっても、オーステナイト粒の粗大化を安定して抑制できる。
【００５３】
好ましくは、粒径０．６μｍ未満の前記複合介在物が、鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上の存在密度で存在する鋼材である。ここで、粒径はいわゆる円相当粒径であり、複合介在物を円に換算した場合の円の粒径をいう。粒径が０．６μｍ未満の複合介在物は、旧オーステナイト粒界の移動をピンニングする効果が高い。粒径０．６μｍ未満の複合介在物の鋼中の存在密度が１×１０６個／ｍｍ３以上とすることにより、高温処理時に安定してより高いピンニング効果を得ることができる。
【００５４】
この場合、ピンニングの効果をより高めるためには、粒径が０．０１μｍ以上かつ０．６μｍ未満の前記複合介在物が、鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上の密度で存在するのがより好ましい。なお、複合介在物の数が多いほどピンニング効果は大きくなるので、存在密度の上限は格別に規定するものではないが、鋼中に存在するＭｇ、Ｍｎ、ＡｌおよびＳの含有量から計算すると、粒径０．６μｍ未満の複合介在物の存在密度は１×１０８個／ｍｍ３が上限となる。ここで、複合介在物は、粒径０．６μｍ未満のものが鋼中に１×１０６個／ｍｍ３以上で存在していればよく、この複合介在物の粒径が０．６μｍ以上のものが存在しても構わない。ただし、粒径が大きな複合介在物が過剰に存在すると、０．６μｍ未満の複合介在物を１×１０６個／ｍｍ３以上確保し難くなる。前記０．６μｍ未満の複合介在物の存在密度は、より好ましくは１×１０７個／ｍｍ３以上である。
【実施例】
【００５５】
表１に示す化学成分を有する鋼を転炉にて成分調整した後、連続鋳造を行って、４００ｍｍ×３００ｍｍ角の鋳片を得て、８００℃まで冷却した。表中の鋼１〜２７はいずれも、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼である。鋼２８〜４４は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。次に、鋳片を１２８０℃に加熱後、分塊圧延にて１８０ｍｍ×１８０ｍｍ角の鋼片を作製し、室温まで冷却した。さらに、鋼片を１２００℃に加熱した後、仕上げ圧延温度が９５０〜１０５０℃の条件で熱間圧延を行い、直径３５ｍｍの棒鋼を得た。得られた直径３５ｍｍの棒鋼から、機械加工により直径３０ｍｍ×高さ８０ｍｍの円柱状試験片を切り出した。
【００５６】
【表１】
2014047357.tif 000002
【００５７】
Ａｌ及びＭｇの「sol．」と「insol.」の分別定量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法により、以下の通り測定することができる。まず、試料を王水で酸分解し、その溶液をろ紙でろ過する。このとき、溶液に溶けているものを「sol.」とする。また、前記ろ過後のろ紙を白金るつぼに入れ、ろ紙を焼いて灰化させした後、白金るつぼに残ったものを、ピロ硫酸カリウム（二硫酸カリウム）に溶融し、生成した融成物を希塩酸で溶解したものを「insol.」とする。このようにして得た溶液について、ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて測定することにより、sol.Ａｌ、insol.Ａｌ、sol.Ｍｇ、およびinsol.Ｍｇの値を求める。
【００５８】
上記の各円柱状試験片から、それぞれ電解抽出により母材を０．５ｇ溶かし、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物とＭｎ硫化物とを含む複合介在物の粒子がフィルター上に乗った試料を作製した。この試料において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い倍率１００００倍で、２５０μｍ２の面積について観察し、前記複合介在物のサイズと個数をカウントし、粒径０．６μｍ未満の前記複合介在物の存在密度を求めた。そして、前記電解抽出時に試験片の溶けた量から、ＳＥＭ観察で求めた前記存在密度を試験片での体積当たりの存在密度に換算し直した。なお、Ｍｇ−Ｍｎ−Ａｌ系複合酸化物とＭｎ硫化物とを含む複合介在物の同定は、ＳＥＭに付属するエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）による組成分析により行った。求められた各試験片中での粒径０．６μｍ未満の前記複合介在物の存在密度が１×１０６個／ｍｍ３以上の場合に「◎」印を、１×１０３個／ｍｍ３以上かつ１×１０６個／ｍｍ３未満の場合に「○」印を、１×１０３個／ｍｍ３未満の場合に「×」印を、表２に付した。
【００５９】
【表２】
2014047357.tif 000003
【００６０】
上記の各円柱状試験片について、それぞれ、１１００℃で３０分と、１２００℃で３０分の２通りの加熱を施し、冷却後の試験片について、オーステナイト粒の粗大化発生状況を以下のとおり調査した。各試験片を高さ方向に２等分した切断面を厚さ１ｍｍ除去した後、その面を鏡面研磨し、界面活性剤を添加したピクリン酸飽和水溶液で腐食した後、光学顕微鏡を用いて倍率１００倍でランダムに各１０視野観察して、オーステナイト粒の異常粒成長の有無および粗大化発生の状況を調査した。上記調査における各視野の大きさは２．０ｍｍ×１．５ｍｍとした。
【００６１】
オーステナイト結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１に準じて、切断法による評価により行った。ランダムに１０視野観察した範囲内において３以上異なった粒度番号の視野が２０％以上存在する場合に、「混粒」と判断し、「異常粒成長」が生じたとみなすこととした。また、１０視野の平均の結晶粒度番号が２．０未満の場合に、「結晶粒粗大化」が生じたと判断した。
【００６２】
表２に、上記の異常粒成長および結晶粒粗大化のどちらも生じなかった場合で、平均の結晶粒度番号が２．５以上のものを「◎」、２．０以上２．５未満のものを「○」、また、異常粒成長および結晶粒粗大化のいずれかが生じた場合を「×」として、調査結果を示した。
【００６３】
表２のとおり、本発明に係る化学組成の範囲内にある本発明例（No.１〜２７）では、加熱温度が１１００℃および１２００℃のいずれの場合であっても、結晶粒粗大化および異常粒成長のいずれも生じなかった。
【００６４】
これに対して、本発明に係る化学組成の範囲外にある比較例（No.２８〜４４）では、加熱温度が１１００℃の場合であっても、加熱処理後に異常粒成長および結晶粒粗大化の少なくとも一方が生じ、耐粗粒化特性が劣ることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、熱間鍛造や浸炭時に、１１００℃以上の高温で加熱した場合であっても、オーステナイト粒の粗大化を安定して抑制できる鋼材を提供することができる。このため、本発明に係る鋼材は、自動車や産業機械用の転動部品、軸受部品、歯車、クランクシャフトなどの鋼製部品の素材として好適に用いることができる。