(57)【要約】      （修正有）【課題】耐摩耗性及び曲げ疲労強度に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリー及びこのためのプーリー用鋼の提供。【解決手段】ベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーのためのプーリー用鋼は、必須添加元素として、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｍｎ：１．００〜２．００％、Ｃｒ：０．４０〜０．９０％を含み、任意添加元素として、質量％で、Ｓｉ≦０．２５％、Ｃｕ≦０．３０％、Ｎｉ≦０．３０％、Ｍｏ≦０．２０％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０５０％を含み得て、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦４．３を満たす。プーリーは、これを機械加工し浸炭窒化処理して浸炭窒化層を与えられるが、これに含まれる元素Ｍの質量％を［Ｍ］ｃとすると、０．７３≦［Ｃ］ｃ＋［Ｎ］ｃ×（０．８４−０．３０×［Ｃｒ］）≦０．９６を満たす。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
必須添加元素として、質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．２５％、
Ｍｎ：１．００〜２．００％、
Ｃｒ：０．４０〜０．９０％を含み、
任意添加元素として、質量％で、
Ｓｉ≦０．２５％、
Ｃｕ≦０．３０％、
Ｎｉ≦０．３０％、
Ｍｏ≦０．２０％、
Ｐ≦０．０３０％、
Ｓ≦０．０５０％を含み得て、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、
１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦４．３
を満たす鋼を機械加工し浸炭窒化処理して浸炭窒化層を与えられたベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーであって、
前記浸炭窒化層中に含まれる元素Ｍの質量％を［Ｍ］ｃとすると、
０．７３≦［Ｃ］ｃ＋［Ｎ］ｃ×（０．８４−０．３０×［Ｃｒ］）≦０．９６
を満たすことを特徴とするベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリー。
【請求項２】
前記浸炭窒化層の最大硬さが６５０Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１記載のベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリー。
【請求項３】
ベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーのためのプーリー用鋼であって、
必須添加元素として、質量％で、
Ｃ：０．１５〜０．２５％、
Ｍｎ：１．００〜２．００％、
Ｃｒ：０．４０〜０．９０％を含み、
任意添加元素として、質量％で、
Ｓｉ≦０．２５％、
Ｃｕ≦０．３０％、
Ｎｉ≦０．３０％、
Ｍｏ≦０．２０％、
Ｐ≦０．０３０％、
Ｓ≦０．０５０％を含み得て、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、
元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、
１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦４．３
を満たすことを特徴とするベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーのためのプーリー用鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の駆動系に組み込まれるベルト式の無段階変速機（Continuously Variable Transmission: ＣＶＴ）に使用されるプーリー及びこのためのプーリー用鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力側及び出力側の一対のプーリーの間にスチールベルトを巻回し、動力を伝達するベルト式のＣＶＴが知られている。プーリーの溝幅を調整することでスチールベルトの回転半径を変化させ、変速比を無段階に制御できる。かかるプーリーは、潤滑オイル内でスチールベルトを滑らないようにその側方から強く挟持しつつ回転するため、該ベルトとの摺動に対する耐摩耗性と、曲げなどの繰り返し応力に対する耐疲労強度とを兼ね備えることが必要とされる。そこでプーリー用鋼としては、一般的に、機械構造用合金であるＪＩＳ  Ｇ４０５３に規定されるクロム鋼又はクロムモリブデン鋼の標準的な成分組成をベースに、各元素の成分を調整した鋼が用いられ、これを機械加工後、浸炭処理などの表面処理を施してプーリーに加工される。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２では、ＪＩＳ  Ｇ４０５３鋼の成分組成に対し、Ｓｉを０．３５〜１．０質量％の範囲で高めて焼戻し軟化抵抗性を向上させ、且つ、Ｍｎ及びＭｏの上限をそれぞれ１．５質量％以下及び０．８質量％以下に拡げて焼入れ性を確保したプーリー用鋼を開示している。かかる鋼によれば、プーリーの摺動面における耐摩耗性をさらに向上させ得ると述べている。
【０００４】
さらに、特許文献２では、プーリーの摺動面から２０μｍ以上の深さ部分に残留オーステナイト層を与えることで、スチールベルトからの繰返し応力によってこの残留オーステナイトの加工誘起変態が生じ、亀裂の進展を抑制する新たなマルテンサイト（フレッシュマルテンサイト）を生成させ得ることを開示している。残留オーステナイトからマルテンサイトが継続的に発生することで、ベルトとの摺動発熱を起因とした焼き戻しによる軟化を抑制できることについても述べている。
【０００５】
また、特許文献３では、表面粗さを制御することでプーリーの摺動面における油膜保持を介して耐摩耗性を向上させ得ることを開示するとともに、ＪＩＳ  Ｇ４０５３鋼の成分組成に対して、Ｓｉ及びＭｏの量を調整することを開示している。詳細には、Ｓｉを０．３５〜１．０質量％の範囲で高めることで、焼戻し軟化抵抗性を向上させ、スチールベルトとプーリーの摺動面との摺動によって温度が上昇しても硬さの低下を防止できること、Ｍｏの上限を０．８質量％以下に拡げることでＳｉによる浸炭異常層の形成を抑制し、焼入れ性を高めて強度及び靭性を高め得ることについて述べている。
【０００６】
さらに、特許文献４では、Ｍｎを１〜１０質量％だけ含有させることでプーリ表面（プーリ用鋼材表面）の窒化層又は浸炭窒化層の摩擦係数を高め、耐摩耗性を向上させ得ることを開示している。更に、Ｍｎよりも炭化物や窒化物を生成し易いＣｒを１〜２０質量％だけ選択的に含有させることで、摩擦係数をより高め、耐摩耗性をより向上させ得ることについても述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６８６０８号公報
【特許文献２】特開２００９−６８６０９号公報
【特許文献３】特開２００７−２６２４７０号公報
【特許文献４】特開２００８−５７６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、自動車の燃費向上の要求に伴って、ベルト式ＣＶＴ用プーリーの軽量化や小型化が検討され、プーリーの設計荷重が増加する傾向にある。そこで、耐摩耗性に加えて、曲げ疲労強度のさらなる向上が求められている。
【０００９】
一方、ＪＩＳ  Ｇ４０５３に規定されるクロム鋼又はクロムモリブデン鋼を用いたプーリーでは、耐摩耗性を向上させるために浸炭処理に代えて浸炭窒化処理を施すと、曲げ疲労強度が低下するとされている。
【００１０】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、耐摩耗性及び曲げ疲労強度に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリー及びこのためのプーリー用鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーは、必須添加元素として、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｍｎ：１．００〜２．００％、Ｃｒ：０．４０〜０．９０％を含み、任意添加元素として、質量％で、Ｓｉ≦０．２５％、Ｃｕ≦０．３０％、Ｎｉ≦０．３０％、Ｍｏ≦０．２０％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０５０％を含み得て、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦４．３を満たす鋼を機械加工し浸炭窒化処理して浸炭窒化層を与えられたベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーであって、前記浸炭窒化層中に含まれる元素Ｍの質量％を［Ｍ］ｃとすると、０．７３≦［Ｃ］ｃ＋［Ｎ］ｃ×（０．８４−０．３０×［Ｃｒ］）≦０．９６を満たすことを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、浸炭窒化処理を施して耐摩耗性を高めつつも、粒界酸化を抑制し曲げ疲労強度についても高められているので、耐摩耗性及び曲げ疲労強度の双方に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーを与えるのである。
【００１３】
上記した発明において、前記浸炭窒化層の最大硬さが６５０Ｈｖ以上であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、より耐摩耗性及び曲げ疲労強度の双方に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーを与えるのである。
【００１４】
また、本発明によるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーのためのプーリー用鋼は、必須添加元素として、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｍｎ：１．００〜２．００％、Ｃｒ：０．４０〜０．９０％を含み、任意添加元素として、質量％で、Ｓｉ≦０．２５％、Ｃｕ≦０．３０％、Ｎｉ≦０．３０％、Ｍｏ≦０．２０％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０５０％を含み得て、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦４．３を満たすことを特徴としてもよい。
【００１５】
かかる発明によれば、これを機械加工し浸炭窒化処理して浸炭窒化層を与えることで、耐摩耗性及び曲げ疲労強度の双方に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーを与え得るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】評価試験に用いたプーリーの外観を示す図である。
【図２】実施例及び比較例の成分組成及び表面処理をまとめた図である。
【図３】本発明による製造方法のフロー図である。
【図４】疲労試験の方法を示す断面図である。
【図５】実施例及び比較例の試験結果をまとめた図である。
【図６】粒界酸化パラメータに対する疲労限応力比を示すグラフである。
【図７】残留γ量に対する摩耗比を示すグラフである。
【図８】残留γパラメータに対する残留γ量を示すグラフである。
【図９】残留γパラメータに対する摩耗比を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、耐摩耗性及び曲げ疲労強度を高めるべく、ＪＩＳ  Ｇ４０５３に規定されるクロム鋼又はクロムモリブデン鋼をベースに、この成分組成に変更を加えた鋼からなるプーリーについて評価を重ねた。その結果、プーリー用鋼のＳｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量が浸炭窒化処理による浸炭窒化層中の粒界酸化に影響し曲げ疲労強度を大きく変化させること、浸炭窒化層のＣ、Ｎ及びＣｒの含有量が該浸炭窒化層中の残留γ（残留オーステナイト）量に影響し耐摩耗性を大きく変化させることを見出した。以下にこの評価試験の結果などを示す。
【００１８】
まず、評価試験に用いたプーリーの製造方法について説明する。図１に示すように、評価試験に用いたプーリーは、実際のベルト式ＣＶＴ１０に組み込まれ得るプーリー１を模したものである。ここで、ベルト式ＣＶＴ１０では、入力側のプーリー１及び出力側プーリー４にスチールベルト３を巻回し動力を伝達している。
【００１９】
評価試験用のプーリー１は、図２に示すような実施例１乃至１０及び比較例１乃至８の成分組成の鋼塊から、図３に示すような各工程の処理を施して作製された。すなわち、所定の成分組成の鋼塊を熱間鍛造し、プーリーの粗成形体に加工する（Ｓ１）。次に、９１０℃の炉内で１．５時間加熱保持し、これを空冷して焼準する（Ｓ２）。さらに、プーリーの形状に機械加工し（Ｓ３）、浸炭窒化後、これを焼入・焼戻し処理する浸炭窒化処理を施す（Ｓ４）。ここで、比較例１及び２では、浸炭窒化処理ではなく、浸炭後、これを焼入・焼戻し処理する浸炭処理を施している。最後に、仕上加工として砥石による研磨を行って（Ｓ５）、プーリー１を得ている。
【００２０】
次に、上記した製造方法で作製された評価試験用のプーリー１について評価試験をしたが、各評価試験の方法について、図４及び図５を用いて説明する。
【００２１】
耐摩耗性試験では、図１に示すようなベルト式ＣＶＴ１０の入力側に評価試験用のプーリー１を実際に組み込んでその耐摩耗性を評価した。ベルト式ＣＶＴ１０の運転条件は、変速比を２．３６７（Ｌｏｗ）に固定、回転数を４５００ｒ．ｐ．ｍ．、入力トルクを１４５Ｎ・ｍ、油温を１００℃として２４時間連続運転した。運転後、プーリー１のスチールベルト３との接触部における摩耗量を測定した。図５において、測定結果は、従来のベルト式ＣＶＴのプーリー用鋼の１つであるＪＩＳ  Ｇ４０５３  ＳＣＭ４２０に浸炭処理して得られるプーリー１、すなわち、比較例１のプーリー１における摩耗量を１としたときの比（摩耗比）で表わしている。なお、本発明としての摩耗比の目標値は０．５０以下とした。
【００２２】
曲げ疲労試験では、図４に示すようなプーリー曲げ疲労試験機２０に評価試験用のプーリー１を与えて耐曲げ疲労を評価した。詳細には、フランジ２３から上方へ向けて伸びるインナーロッド２４にプーリー１の中央孔を貫通させ、プーリー１をフランジ２３上に載置し、インナーロッド２４のプーリー１からの突出端部にロックナット２５を締結させる。これにより、プーリー１をフランジ２３に上部から押し付け固定できる。また、フランジ２３は、ピストン２１に接続された荷重伝達座２２の上部に固定する。さらに、プーリー１のスチールベルト３（図１参照）との接触面２の周縁部２ａに当接するよう、プーリー受け２６をその上部から当接させる。プーリー受け２６には図示しないロードセルに荷重を伝達するコネクティングロッド２７が接続される。ピストン２１によりプーリー１を上方へ持ち上げると、プーリー受け２６からプーリー１の周縁部２ａに荷重が加えられ、接触面２側のＲ部５に曲げ荷重が与えられるのである。
【００２３】
上記したプーリー曲げ疲労試験機２０における測定は、ピストン２１を２０Ｈｚの周波数で応力比０．０５となるように荷重を変動させ、繰り返し数１×１０７において破断しない応力を疲労限応力として行った。図５において、測定結果は、耐摩耗性試験と同様に、比較例１のプーリー１における疲労限応力を１としたときの比（疲労限応力比）で表わしている。なお、本発明としての疲労限応力比の目標値は１．００以上とした。
【００２４】
硬さ試験では、耐摩耗性試験後の評価試験用のプーリー１についてビッカース硬さを評価した。硬さの測定部は、プーリー１のスチールベルト３との接触面２における半径方向略中央部断面である。すなわち、図４を参照すると、採取位置６から表層を含むように硬さ試験片を切り出して、該断面の接触面２の近傍、表面より０．０５ｍｍの深さの位置をビッカース硬さ試験機で測定した。なお、ビッカース硬さ試験では、荷重を３００ｇ、５点を測定した結果の平均値を採用した。なお、本発明としての硬さの目標値は６５０Ｈｖ以上とした。
【００２５】
更に、浸炭窒化層又は浸炭層に含まれるＣ及びＮの含有量及び残留γ量を測定している。Ｃ及びＮの含有量は、上記した硬さ試験片の断面をＥＰＭＡ（Electron Probe Microanalyser）により測定した。また、残留γ量は、同様に硬さ試験片の断面において、Ｘ線回折装置でピーク強度比を測定した。
【００２６】
上記した実施例１乃至１０及び比較例１乃至８の評価試験用のプーリー１における各試験結果を図５にまとめた。なお、「浸炭窒化層Ｃ含有量」及び「浸炭窒化層Ｎ含有量」の各欄では、比較例１及び２については浸炭窒化ではなく浸炭を行っているため正確には「浸炭層」であるが便宜的にそのまま各欄に記載した。
【００２７】
実施例１乃至１０は、従来材であるＳＣＭ４２０材を用いて浸炭処理を施した比較例１に対して、ＳｉとＣｒの含有量を減じて、Ｍｎの含有量を増加させた鋼を浸炭窒化処理している。かかる実施例では、浸炭窒化層の硬さは６５１〜７０２Ｈｖ、摩耗比は０．１９〜０．４８、疲労限応力比は１．０８〜１．３５となり、いずれも上記した本発明の目標値（以下、単に「目標値」と表記する。）を満たした。すなわち、実施例１乃至１０に示す成分組成の鋼に浸炭窒化処理を施して得たプーリーによれば、浸炭処理を施した従来材によるプーリーに比較して、同等以上の曲げ疲労強度と、倍以上の耐摩耗性とを有する。すなわち、耐摩耗性及び曲げ疲労強度に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーを与え得るのである。
【００２８】
比較例１に対し、Ｍｏを添加していない比較例２では、浸炭層の硬さは６９７Ｈｖと目標値を満たすものの、摩耗比は１．２７、疲労限応力比は０．９２と比較例１よりも劣っている。
【００２９】
比較例１に対し、Ｃｒの含有量を減じ、Ｍｎの含有量を増加させた比較例３では、浸炭窒化層の硬さは７１１Ｈｖと目標値を満たすものの、疲労限応力比は０．８８と比較例１よりも劣り、摩耗比は０．６６となり目標値を満たさなかった。
【００３０】
比較例１に対し、Ｓｉの含有量を減じ、ＭｎとＣｒの含有量を増加させた比較例４では、浸炭窒化層の硬さは６７６Ｈｖと目標値を満たすものの、疲労限応力比は０．８５と比較例１よりも劣り、摩耗比は０．６９と目標値を満たしていない。比較例４では、結晶粒界に粗大なＣｒＮが析出し、曲げ疲労強度が低下するとともに、靭性の低下によって耐摩耗性が低下したと考えられる。
【００３１】
比較例１に対し、Ｓｉの含有量を減じ、Ｃｒの含有量を増加させた比較例５では、浸炭窒化層の硬さは６５９Ｈｖと目標値を満たすものの、疲労限応力比は０．９１と比較例１よりも劣り、摩耗比は０．６１と目標値を満たしていない。比較例５では、比較例４と同様に、結晶粒界に粗大なＣｒＮが析出し、曲げ疲労強度が低下するとともに、靭性の低下によって耐摩耗性が低下したと考えられる。
【００３２】
比較例１に対し、Ｓｉ及びＣｒの含有量を減じ、Ｍｎの含有量を実施例１乃至１０と同程度に増加させ、さらにＰを含む比較例６では、硬さは６５１Ｈｖと目標値を満たすものの、疲労限応力比は０．８１と比較例１よりも劣り、摩耗比は０．８０と目標値を満たしていない。比較例６では、Ｐにより結晶粒界が脆化し、耐摩耗性が低下するとともに曲げ疲労強度も低下したと考えられる。
【００３３】
比較例１に対し、Ｓｉ及びＣｒの含有量を減じ、Ｍｎの含有量を実施例１乃至１０と同程度に増加させ、さらにＳを含む比較例７では、硬さは６８３Ｈｖと目標値を満たすものの、疲労限応力比は０．７７と比較例１よりも劣り、摩耗比は０．９２と目標値を満たしていない。比較例７では、ＳによりＭｎＳ介在物などを生成し応力集中源を増加させ、耐摩耗性が低下するとともに曲げ疲労強度も低下したと考えられる。
【００３４】
比較例１に対し、Ｓｉ及びＣｒの含有量を減じ、Ｍｎの含有量を増加させた比較例８では、硬さは６１１Ｈｖ、疲労限応力比は０．９３といずれも比較例１よりも劣り、摩耗比は０．５２と目標値を満たしていない。比較例８では、多量の残留γが残留し、硬さが低下し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下したと考えられる。
【００３５】
更に、実施例１乃至１０及び比較例１乃至８における摩耗比と曲げ疲労強度の傾向について、図６乃至図９を用いて説明する。
【００３６】
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒなどを含む鋼において浸炭窒化処理で曲げ疲労強度が低下する原因の１つとして、結晶粒界の酸化（粒界酸化）が考えられる。浸炭窒化処理において雰囲気中の酸素が結晶粒界を経由して鋼内部へと浸入し、結晶粒界近傍のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒと反応し酸化物を生成する。一方、結晶粒界の近傍ではＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒが局所的に欠乏する。故に、焼入れ性の低下、及び、マルテンサイトの生成を阻害し、不完全焼入れ層が生じて、曲げ疲労強度が低下するのである。
【００３７】
そこで、実施例１乃至１０を含むいくつかの鋼について、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの含有量に対する疲労限応力比について回帰計算を行って、粒界酸化パラメータＮｇｏを求めた。すなわち、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると粒界酸化パラメータＮｇｏは、
Ｎｇｏ＝１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］
である。図６に示すように、粒界酸化パラメータＮｇｏが４．３以下の範囲内ならば、疲労限応力比は目標値である１．００を上回る。つまり、粒界酸化パラメータＮｇｏを４．３以下の範囲内となるように鋼に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの成分を調整することで、疲労限応力比を目標値である１．００以上の範囲内に制御し得る。すなわち、以下の式１を満たす場合である。
Ｎｇｏ＝１０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦４．３    （式１）
【００３８】
なお、比較例４乃至８では、粒界酸化パラメータＮｇｏが式１を満たす４．３以下であるものの、疲労限応力比は１．００を下回っている。これは、上記したように、粗大なＣｒＮの結晶粒界への析出、ＰやＳの影響、過剰な残留γ量など、粒界酸化とは異なる因子により曲げ疲労強度を低下させたためと考えられる。
【００３９】
また、ベルト式ＣＶＴのプーリーの摩耗では、スチールベルトとの接触による衝撃荷重も考慮される。衝撃荷重による微小亀裂は微小剥離を生じさせ、接触面の摩耗に発展するのである。これに対して微小亀裂を抑制、すなわち、破壊靱性を高めることで、接触面の摩耗を抑制し得るとも考えられる。破壊靱性を高めるには、破壊靱性の高い残留γの量を増加させることが考えられる。ここで、図７に示すように、実施例１乃至１０では、浸炭窒化層の残留γ量が２５％以上、４０％以下の範囲内にあり、摩耗比は０．５０以下と低く、耐摩耗性に優れる。他方、比較例８のように残留γ量が多すぎると、耐摩耗性が低下するが、これは硬さの低い残留γにより硬さを低下させてしまうためと考えられる。
【００４０】
なお、比較例４乃至７では、浸炭窒化層の残留γ量が２５％以上、４０％以下の範囲内にあるものの、摩耗比は目標値を満たしていなかった。これは、上記したように、結晶粒界に析出した粗大なＣｒＮや、不純物であるＰやＳといった残留γ以外の因子により、耐摩耗性が低下したためと考えられる。
【００４１】
ところで、本願発明者は、浸炭窒化層の残留γ量が浸炭窒化層に含まれるＣ、Ｎ及びＣｒの含有量に影響を受けることを見出した。そこで、実施例１乃至１０を含むいくつかの鋼において、浸炭窒化層に含まれるＣ、Ｎの含有量及び母材としての鋼に含まれるＣｒの含有量と、残留γ量とについて回帰計算を行って、残留γパラメータＮｒａを求めた。すなわち、プーリーに含まれる元素Ｍの質量％を［Ｍ］とし、浸炭窒化層中に含まれる元素Ｍの質量％を［Ｍ］ｃとすると、残留γパラメータＮｒａは、
Ｎｒａ＝［Ｃ］ｃ＋［Ｎ］ｃ×（０．８４−０．３０×［Ｃｒ］）
と表わすことができる。図８に示すように、残留γパラメータＮｒａを上記した実施例１乃至１０、比較例１乃至８に当てはめると、残留γ量を精度良く予測し得ることが判る。
【００４２】
図８に示すように、残留γパラメータＮｒａを０．７３以上、０．９６以下の範囲内とすると、残留γ量を２５％以上、４０％以下の範囲内に制御し得る。上記したように、残留γ量を２５％以上、４０％以下の範囲内とすることで、摩耗比を０．５０以下と低くし得る。つまり、図９に示すように、残留γパラメータＮｒａを０．７３以上、０．９６以下の範囲内に制限して、摩耗比を０．５０以下の範囲内に制御し得る。すなわち、以下の式２を満たす場合である。
０．７３≦［Ｃ］ｃ＋［Ｎ］ｃ×（０．８４−０．３０×［Ｃｒ］）≦０．９６  （式２）
【００４３】
以上、述べてきたように、従来材に対して、Ｓｉ及びＣｒの含有量を減じつつＭｎの含有量を増加させて、浸炭窒化処理を施すことで、耐摩耗性を高め得る。さらに、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量を（式１）を満たすように調整し、浸炭窒化処理における粒界酸化を抑制し、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる曲げ疲労強度を確保できる。すなわち、上記した実施例では、浸炭処理を施した従来材に対して、浸炭窒化処理を施して耐摩耗性を高めても、一般には低下しやすい曲げ疲労強度を（式１）を満たすことで従来材と同等以上に保つことができるのである。つまり、耐摩耗性及び曲げ疲労強度に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーを与え得るプーリー鋼を提供できる。
【００４４】
また、プーリー用鋼のＣｒの含有量と、浸炭窒化層のＣ及びＮの含有量とを（式２）を満たすように調整し、浸炭窒化層における残留γ量を調整して、高い耐摩耗性を得られるのである。すなわち、耐摩耗性及び曲げ疲労強度に優れるベルト式ＣＶＴ用浸炭窒化プーリーを提供できる。さらに、浸炭窒化層における硬さを６５０Ｈｖ以上とすることで、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる耐摩耗性を確保し得る。
【００４５】
これらの結果に基づいて、上記した実施例１乃至１０に示す成分組成の鋼によって得られるベルト式ＣＶＴ用プーリーとしての特性を損なわない範囲において、その各々の組成成分の範囲を以下のような指針で定めた。まず、必須添加元素であるＣ、Ｍｎ、及び、Ｃｒについて説明する。
【００４６】
Ｃは、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる機械的強度を確保するために必須の添加元素である。Ｃの添加量が少なすぎると、機械的強度を確保できず、特に、浸炭処理後には素材心部（内部）で機械的強度が確保できない。一方、Ｃの添加量が多すぎると、熱間鍛造性や機械加工性が低下してしまう。そこで、Ｃの含有量は、質量％で、０．１５〜０．２５％の範囲内である。
【００４７】
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高め、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる機械的強度の確保に必要である。Ｍｎの添加量が少なすぎると、焼入れが不足し、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる耐摩耗性と疲労強度を確保できない。一方、Ｍｎの添加量が多すぎると、浸炭窒化処理時に粒界酸化が進行し、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる疲労強度が確保できない。そこで、Ｍｎの含有量は、質量％で、１．００〜２．００％の範囲内である。
【００４８】
Ｃｒは、Ｍｎと同様に鋼の焼入れ性を高め、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる機械的強度の確保に必要である。Ｃｒの添加量が少なすぎると、焼入れが不足し、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる耐摩耗性と疲労強度を確保できない。一方、Ｃｒの添加量が多すぎると、浸炭窒化処理時に粒界酸化が進行するだけでなく、粒界に粗大なＣｒＮを生成させて、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる疲労強度が確保できない。そこで、Ｃｒの含有量は、質量％で、０．４０〜０．９０％以下の範囲内である。
【００４９】
次に、任意添加元素について説明する。任意添加元素については、上記した必須添加元素によるベルト式ＣＶＴ用プーリーとしての特性を損なわない範囲において、その上限値を定めた。
【００５０】
Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤であり、更に、鋼の焼入れ性を高める。しかし、Ｓｉの添加量が多すぎると、浸炭窒化処理時に粒界酸化を進行させてしまう。すなわち、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる疲労強度を確保できなくなる。そこで、Ｓｉの含有量は、質量％で、０．２５％以下の範囲内である。
【００５１】
Ｃｕは、鋼の焼入れ性を向上させる。しかし、過度に添加するとコストを増大させ得る。そこで、Ｃｕの含有量は、質量％で０．３０％以下の範囲内である。
【００５２】
Ｎｉは、鋼の焼入れ性を向上させベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる耐摩耗性の確保に有効である。しかし、過度に添加するとコストを増大させ得る。そこで、Ｎｉの含有量は、質量％で０．３０％以下の範囲内である。
【００５３】
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を向上させベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる耐摩耗性の確保に有効である。しかし、過度に添加するとコストを増大させ得る。そこで、Ｍｏの含有量は、質量％で０．２０％以下の範囲内である。
【００５４】
Ｐは、結晶粒界を脆化させて機械的強度を低下させ、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる疲労強度の低下を招く。しかし、一定の含有量以下であればこの機械的強度の低下は軽微でもある。また、含有量を極度に低減すると精錬プロセスが長くなってしまうことから、コストの増大原因ともなり得る。そこで、Ｐの含有量は、質量％で０．０３０％以下とした。
【００５５】
Ｓは、不可避的に鋼中に存在するが、Ｍｎと結合しＭｎＳ介在物を生成するので、過剰に含有すると応力集中の起点となる介在物を増加させて、ベルト式ＣＶＴ用プーリーとして必要とされる疲労強度の確保が困難となる。しかし、一定の含有量以下であれば、この疲労強度の低下は極めて軽微である。そこで、Ｓの含有量は質量％で０．０５０％以下とした。
【００５６】
ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではない。ベルト式ＣＶＴ用プーリーに限らず、例えば、ギヤ部品などの耐摩耗性と曲げ疲労強度とを必要とする浸炭窒化部品に適用できる。このように、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例を見出すことができるだろう。
【符号の説明】
【００５７】
１  プーリー
２  接触面
３  スチールベルト
４  出力側プーリー
１０  ベルト式ＣＶＴ
２０  プーリー曲げ疲労試験機
【図１】
2014177668.tif 000002
【図２】
2014177668.tif 000003
【図３】
2014177668.tif 000004
【図５】
2014177668.tif 000005
【図６】
2014177668.tif 000006
【図７】
2014177668.tif 000007
【図８】
2014177668.tif 000008
【図９】
2014177668.tif 000009
【図４】
2014177668.tif 000010