(57)【要約】【課題】  自動車、建設車両、産業機械などの構成部品に用いられる、歯面疲労強度に優れた肌焼鋼とそれを使用した歯車を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：１．０〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｓ：０．００５〜０．０５％、Ｃｒ：１．０〜２．６％、Ｍｏ：０．８〜４．０％、Ｖ：０．１〜０．３％、Ａｌ：０．００１〜０．２％、Ｎ：０．００３〜０．０３％を含有し、Ｐ：０．０３％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物からなり、３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上である歯面疲労強度に優れた肌焼鋼と該肌焼鋼からなり歯車表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４度以上である歯車。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１〜０．３％、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．０５％、
Ｃｒ：１．０〜２．６％、
Ｍｏ：０．８〜４．０％、
Ｖ：０．１〜０．３％、
Ａｌ：０．００１〜０．２％、
Ｎ：０．００３〜０．０３％
を含有し、
Ｐ：０．０３％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物からなり、
３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上であることを特徴とする歯面疲労強度に優れた肌焼鋼。
【請求項２】
更に質量％で、
Ｎｂ：０．２％以下、
Ｔｉ：０．２％以下
の内の１種または２種を含む請求項１記載の歯面疲労強度に優れた肌焼鋼。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：０．１〜０．３％、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．０５％、
Ｃｒ：１．０〜２．６％、
Ｍｏ：０．８〜４．０％、
Ｖ：０．１〜０．３％、
Ａｌ：０．００１〜０．２％、
Ｎ：０．００３〜０．０３％
を含有し、
Ｐ：０．０３％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物であり、３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上である鋼からなり、歯車形状に成型加工して浸炭処理あるいは浸炭浸窒処理を施した際に、歯車表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４度以上であることを特徴とする歯面疲労強度に優れた歯車。ここでのＸ線回折半価幅とは微小部Ｘ線残留応力測定装置（Ｃｒ管球）を用いてα−Ｆｅの（２１１）面を６０秒間かけて測定したピークの半価幅をいう。
【請求項４】
前記鋼が、更に、質量％で、
Ｎｂ：０．２％以下、
Ｔｉ：０．２％以下
の内の１種または２種を含む請求項３記載の歯面疲労強度に優れた歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、建設車両、産業機械などの構成部品に用いられる、歯面疲労強度に優れた肌焼鋼とそれを使用した歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の変速機等には、主にＪＩＳ ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０等の肌焼鋼を素材として用い、歯車形状に成型後、浸炭焼入れ焼戻し等による表面硬化処理を施した歯車が使用されている。このような歯車においては、自動車の高出力化および燃費向上等のため、軽量化及び歯車の高強度化が強く求められている。従来、歯車の強度を高めるために歯車の歯元曲げ疲労強度を向上させる技術の開発がなされてきたが、近年においては、ハードショットピーニングの実用化に伴い、歯車の高強度化の重点が、歯車の歯元曲げ疲労強度から歯面疲労強度に移行しつつある。
【０００３】
ところで、歯面疲労強度の改善には、焼戻軟化抵抗を向上させることが有効であるとされており、従来、焼戻軟化抵抗を向上させる手段としては、歯車の材料である鋼の成分を改良した技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献１には、Ｓｉを１％以下、Ｃｒを１．５〜５．０％添加した鋼が開示されている。また、特許文献２には、Ｓｉを０．４０〜１．５０％、Ｍｎを０．３０〜２．００％、Ｃｒを０．５０〜３．００％添加した鋼が開示されている。さらに、特許文献３には、Ｓｉを０．７〜１．５％、Ｃｒを０．１〜３．０％、Ｍｏを０．０５〜１．５％添加した鋼が開示されている。
【０００４】
上述のように、焼戻軟化抵抗を向上させる鋼の成分としてＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の元素が有効であることが知られているが、より焼戻軟化抵抗を向上させることにより歯面疲労強度に優れた肌焼鋼およびその歯車が求められているのが現状である。
【特許文献１】特開平７−２４２９９４号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９３３７号公報
【特許文献３】特開２００３−２３１９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の状況に鑑み、本発明の目的は、より効果的に焼戻軟化抵抗を向上させることにより歯面疲労強度に優れた肌焼鋼とそれを使用した歯車を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述のとおり、鋼にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等を増量添加することにより焼戻軟化抵抗を向上させることができることは知られているところであるが、本発明者らはさらに焼戻軟化抵抗を向上させるために、下記事項が少なくとも必要であることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
(1) Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ以外にＶも焼戻軟化抵抗を向上させる効果を有すること。  
(2) 上記５元素（Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、及びＶ）の各々の焼戻軟化抵抗の向上効果を加味した５元素の総量が式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）で１００以上であること。  
(3) 上記５元素の炭化物の析出強化による焼戻軟化抵抗向上では不十分であり、上記５つの添加元素のマルテンサイト組織中の固溶強化により、焼戻軟化抵抗をより効果的に向上させることができること。  
(4) 焼戻軟化抵抗を向上させるためには、浸炭焼入れ等における焼入れ処理を高温で行い、前記処理を行った歯車の表面から５０μｍまでの深さがＸ線回折半価幅で６．４度以上有すること。
【０００８】
本発明の要旨は以下のとおりである。  
1) 質量％で、
Ｃ：０．１〜０．３％、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．０５％、
Ｃｒ：１．０〜２．６％、
Ｍｏ：０．８〜４．０％、
Ｖ：０．１〜０．３％、
Ａｌ：０．００１〜０．２％、
Ｎ：０．００３〜０．０３％
を含有し、
Ｐ：０．０３％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物からなり、
３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上であることを特徴とする歯面疲労強度に優れた肌焼鋼。
【０００９】
2) 更に質量％で、
Ｎｂ：０．２％以下、
Ｔｉ：０．２％以下
の内の１種または２種を含む1)に記載の歯面疲労強度に優れた肌焼鋼。
【００１０】
3) 質量％で、
Ｃ：０．１〜０．３％、
Ｓｉ：１．０〜２．０％、
Ｍｎ：０．３〜２．０％、
Ｓ：０．００５〜０．０５％、
Ｃｒ：１．０〜２．６％、
Ｍｏ：０．８〜４．０％、
Ｖ：０．１〜０．３％、
Ａｌ：０．００１〜０．２％、
Ｎ：０．００３〜０．０３％
を含有し、
Ｐ：０．０３％以下に制限し、残部が鉄と不可避的不純物であり、３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上である鋼からなり、歯車形状に成型加工して浸炭処理あるいは浸炭浸窒処理を施した際に、歯車表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４度以上であることを特徴とする歯面疲労強度に優れた歯車。ここでのＸ線回折半価幅とは微小部Ｘ線残留応力測定装置（Ｃｒ管球）を用いてα−Ｆｅの（２１１）面を６０秒間かけて測定したピークの半価幅をいう。
【００１１】
4) 前記鋼が、更に、質量％で、
Ｎｂ：０．２％以下、
Ｔｉ：０．２％以下
の内の１種または２種を含む3)に記載の歯面疲労強度に優れた歯車。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたごとく、より効果的に焼戻軟化抵抗を向上させることにより歯面疲労強度に優れた肌焼鋼とそれを使用した歯車を提供することができ、これらを用いることにより、自動車、建設車両、産業機械などの高出力化および燃費向上等に大きく寄与することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
従来、鋼にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の元素を増量添加することにより焼戻軟化抵抗が向上することは知られているが、本発明者らは、該元素を過剰に添加すると炭化物が多量に析出したり、炭化物の平均径の増大をもたらしたりして、焼戻軟化抵抗をかえって悪化させるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の添加元素を鋼中に極力固溶させることにより、効果的に歯車の歯面疲労強度を向上させることができるのではないかと考えた。
【００１４】
また、Ｖも同様に鋼に添加し、極力固溶させることにより、焼戻軟化抵抗を増大させることができると考えた。
【００１５】
そこで、本発明者らは、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖ等の元素を適量添加した鋼を素材として用いて歯車を製造し、続いて、該添加元素を固溶させるために、高温で浸炭焼入れ等の焼入れを行うことにより、焼戻軟化抵抗をさらに向上させることができるのではないかと考え、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｖ等の元素の添加量を変化させた各鋼を素材として用いて歯車の成型加工をそれぞれ行い、その後、歯車の表面を硬化させるために高温での浸炭焼入れ処理と焼戻し処理とを行うことによって各歯車を製造し、各歯車における歯面の疲労寿命を調べた。また、上述の添加元素のマルテンサイト組織中の固溶強化によって歯面の疲労寿命が改善されたかどうかを確認するために、歯車の表面から５０μｍ深さのＸ線回析半価幅をマルテンサイト組織中の固溶強化分の指標として、製造した各歯車の表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅を微小部Ｘ線残留応力測定装置により測定した。
【００１６】
その結果、以下の事項が明らかになった。まず、歯車の歯面疲労強度の向上を達成するには、単にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の添加量を増加させた鋼を用いるだけでは不十分であることが明らかになった。すなわち、焼戻軟化抵抗の向上には、従来のＳｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏに加えてＶの添加も有効であることや、これらの添加元素を炭化物として析出させるだけでは、歯車の歯面疲労強度の向上には不十分であり、該添加元素が鋼中に固溶されることによって効果的に歯車の歯面疲労強度向上につながることを明らかにした。このことから、金属学的には、該添加元素の析出強化を介しての焼戻軟化抵抗の増加では歯車の歯面疲労強度向上には不十分であり、該添加元素のマルテンサイト組織中の固溶強化を介しての焼戻軟化抵抗の増加分が、効果的に歯車の歯面疲労強度の向上に寄与するのではないかと考えられた。
【００１７】
また、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎ、及びＰを所定量含み、残部が鉄、不可避的不純物等からなる鋼においては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が、式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上であるものが、より効果的に焼戻軟化抵抗を向上させることができることが明らかになった。
【００１８】
さらに、このような鋼を素材として用い、歯車形状に成型加工した後、歯車の表面に対して真空浸炭処理、浸炭浸窒処理等の表面硬化処理を施した場合、歯車の表面から５０μｍ深さのＸ線回析半価幅が６．４度以上ある歯車は、焼戻軟化抵抗がさらに向上すること、すなわち、優れた歯面疲労強度を有することが明らかになった。
【００１９】
以上のことから、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌ、Ｎ、及びＰを所定量含み、残部が鉄、不可避的不純物等からなり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が、式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）が１００以上である鋼は、歯面疲労強度に優れた肌焼鋼として有用であるといえる。
【００２０】
また、上述の肌焼鋼を素材として用い、歯車形状に成型加工した後、歯車の表面に対して真空浸炭処理、浸炭浸窒処理等の表面硬化処理を施すことにより得られた歯車から、歯車の表面から５０μｍ深さのＸ線回析半価幅が６．４度以上ある歯車を選定することにより、歯面疲労強度に優れた歯車を得ることができることも示唆された。従って、このようにして得られた歯車は、該歯車の駆動面と被駆動面とが滑りを伴いながら高面圧で接触することにより発生する摩擦熱によって、歯面の表面近傍が３００℃程度まで上昇し、結果として生じる焼戻軟化に対しても抵抗性を有し、さらには、自動車、建設車両、産業機械などの高出力化および燃費向上等に大きく貢献できると考えられる。なお、本発明に係る、歯面疲労強度に優れた歯車は、上述のように得ることとしてもよいが、浸炭処理あるいは浸炭浸窒処理した後、さらにショットピーニング処理、サブゼロ処理、ＷＰＣ処理、ＷＪＰ処理等を施して得ることとしてもよい。これにより、歯車の表面における残留オーステナイトをマルテンサイトに変態せしめ、焼戻軟化抵抗を増大させることが可能となる。
【００２１】
次に、本発明の鋼（肌焼鋼）に含ませる各化学成分の質量％の範囲について説明する。
【００２２】
Ｃ：０．１〜０．３％
Ｃは鋼の強度を保持するのに必須の元素であり、その含有量が芯部の強度を決定し、有効硬化層深さにも影響する。そこで、本発明ではＣ量の下限を０．１％として芯部強度を確保している。しかし、その含有量が多すぎると靭性が低下するため０．３％を上限とした。
【００２３】
Ｓｉ：１．０〜２．０％
Ｓｉは焼戻軟化抵抗を向上させるのに有効な元素であり、１．０％の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＳｉ量の下限を１．０％とした。しかし、その含有量が２．０％を超えると浸炭性が劣化するため、２．０％を上限とした。
【００２４】
Ｍｎ：０．３〜２．０％
Ｍｎは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素である。更に鋼中に不可避的に混入する不純物元素であるＳを、ＭｎＳとして固定することによって無害化させる作用も有する。従って、Ｍｎ量としては０．３％以上必要であると考えられる。そこで、本発明ではＭｎ量の下限を０．３％とした。しかし、その含有量が２．０％を超えるとサブゼロ処理を実施しても防止できないほどに浸炭層の残留オーステナイトを増加安定させてしまい、焼戻軟化抵抗がかえって悪化するため２．０％を上限とした。
【００２５】
Ｓ：０．００５〜０．０５％
Ｓは不可避的に混入する不純物元素であるが、被削性の観点から０．００５％以上含有することが必要である。そこで、本発明ではＳ量の下限を０．００５％とした。しかしながら、その含有量が０．０５％を超えると鍛造性を阻害するため０．０５％を上限とした。
【００２６】
Ｃｒ：１．０〜２．６％
Ｃｒは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素であり、１．０％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明では、Ｃｒ量の下限を１．０％とした。しかし、その含有量が２．６％を超えると素材に存在するＣｒ炭化物が高温浸炭によっても完全に固溶できず、焼戻軟化抵抗がかえって悪化するため２．６％を上限とした。
【００２７】
Ｍｏ：０．８〜４．０％
Ｍｏは焼入性を向上させるのに有効な元素であり、また焼戻軟化抵抗を向上させるのにも有効な元素であり、０．８％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＭｏ量の下限を０．８％とした。しかし、その含有量が４．０％を超えると素材に存在するＭｏ炭化物が高温浸炭によっても完全に固溶できず、焼戻軟化抵抗がかえって悪化するため４．０％を上限とした。
【００２８】
Ｖ：０．１〜０．３％
Ｖは焼戻軟化抵抗を向上させるのに有効な元素であり、０．１％以上の添加により効果が得られる。そこで、本発明ではＶ量の下限を０．１％とした。しかし、その含有量が０．３％を超えると素材に存在するＶ炭化物が高温浸炭によっても完全に固溶できず、焼戻軟化抵抗がかえって悪化するため０．３％を上限とした。
【００２９】
Ａｌ：０．００１〜０．２％
ＡｌはＮと化合物を形成することによる結晶粒微細化の効果があるため０．００１％以上は必要であると考えられる。そこで、本発明ではＡｌ量の下限を０．００１％とした。しかしながら、０．２％を超えると切削性を著しく阻害するため０．２％を上限とした。
【００３０】
Ｎ：０．００３〜０．０３％
Ｎは不可避的に混入する元素であるが、ＡｌとＮと化合物を形成することによる結晶粒微細化の効果もあるため０．００３％以上は必要であると考えられる。そこで、本発明ではＮ量の下限を０．００３％とした。しかしながら、その含有量が０．０３％を超えると鍛造性を著しく阻害するため０．０３％を上限とした。
【００３１】
Ｐ：０．０３％以下に制限
Ｐは不可避的に混入する不純物元素であり、粒界に偏析して靭性を低下させるため０．０３％以下に制限する必要がある。そこで、本発明ではＰ量を０．０３％以下に制限した。
【００３２】
その他、本発明の鋼に更なる結晶粒の微細化や結晶粒の粗大化防止を目的として、上述の化学成分以外にＮｂ、Ｔｉ等をさらに添加することとしてもよい。この場合、これらの元素は熱間圧延、熱間鍛造、切削加工等の生産性を阻害しない下記の範囲で含有することが好ましい。
【００３３】
Ｎｂ：０．２％以下、Ｔｉ：０．２％以下の内の１種または２種
Ｎｂ、ＴｉはＮと化合物を形成することによる結晶粒微細化の効果があるので、Ｎｂ、Ｔｉのうち１種または２種を含有することが好ましい。しかしながら、各元素とも０．２％を超えて含有させても結晶粒微細化の効果は飽和して経済性を損ねるため０．２％を上限とした。
【００３４】
次に、本発明の鋼におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量について説明する。本発明においては、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量は、以下の式で１００以上含有することが必要条件となる。  
これは、上述のように、本発明者らが鋭意研究開発した結果、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が、下記の式で１００以上含有する場合に、歯面疲労強度に優れた歯車を得ることができることを知見したからである。なお、下式左辺でＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの各元素の係数がそれぞれ異なるのは、元素によって焼戻軟化抵抗の向上に寄与する程度が異なるからである。  
３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）≧１００
【００３５】
次に、本発明に係る歯車が、歯車表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅で６．４度以上有することを条件とした理由について説明する。
【００３６】
上式を満足しつつ歯車表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４度以上を確保することによって、歯面疲労強度に優れた歯車を実現するに至った。このことから、単に上式だけを満足した鋼を用いて歯車を形成し、一般的な９３０℃での浸炭焼入れ焼戻しを施しても、歯車の表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４度以上となるとは限らず、Ｘ線回折半価幅が６．４度以上となる表面硬化処理を選定することが肝心であると考えた。また、表面硬化処理前の段階ではＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖのいくぶんかは炭化物として存在しているが、Ｍｏ、Ｖ等の含有量が多くなるにつれて一般的な９３０℃における浸炭では該炭化物の固溶が不十分となり、Ｘ線回折半価幅が６．４度以上を確保できなくなる。したがって、望ましくは９５０℃以上、場合によっては１０００℃以上の浸炭温度で該炭化物を固溶させる必要があると考えられる。さらに、上記式左辺の値が大きくなるにつれて残留オーステナイト量が徐々に多くなる傾向があり、それに伴ってＸ線回折半価幅が小さくなる傾向がある。このため、上式の値が１３０以上となる場合においてはサブゼロ処理やショットピーニング処理をさらに施し、該残留オーステナイトをマルテンサイトに変態せしめ、Ｘ線半価幅を６．４度以上にさせる必要があると考えられる。
【００３７】
そこで、本発明では、歯車表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４度以上有することを条件とした。なお、上述のＸ線回折半価幅とは、微小部Ｘ線残留応力測定装置（Ｃｒ管球）を用いてα−Ｆｅの（２１１）面を６０秒間かけて測定したピークの半価幅を意味する。
【実施例】
【００３８】
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３９】
表1に示す化学組成を有する各熱間圧延鋼材に球状化焼鈍を施して被削性を確保した後、ピッチ円直径６５．８ｍｍ、モジュール１．５、歯数３５のドライブギアとドリブンギア（試験Ｎｏ．１〜１５）を製作した。
【表１】
2006183094.tif 000002
【００４０】
次に、ギアの有効硬化層深さが０．６ｍｍになる加工条件にて以下に述べる表面硬化処理を施した。試験Ｎｏ．１〜３、５、６、１１〜１５においては１０００℃での真空浸炭焼入れを行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．７においては１０００℃での真空浸炭焼入れを行い、液体窒素で６０分間サブゼロ処理を行ない、最後に２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．４においては９５０℃で１２０分間のガス浸炭処理と８６０℃で３０分間の浸炭浸窒処理とを順次行った後焼入を行い、その後２００℃で９０分間焼戻しを行った後、アークハイト１．０のショットピーニング処理を施した。試験Ｎｏ．８、９においては１０５０℃での真空浸炭焼入れを行なった後、液体窒素で６０分間サブゼロ処理を行ない、最後に２００℃で９０分間焼戻しを行った。試験Ｎｏ．１０においては１０５０℃で真空浸炭を行い、次に２００℃で９０分間焼戻しを行い、最後にアークハイト１．０のショットピーニング処理を施した。
【００４１】
その後、上述の処理を施した試験Ｎｏ．１〜１５について、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ等の添加元素の固溶強化による焼戻軟化抵抗の増加分を評価した。なお、焼戻軟化抵抗の評価は、通常、マイクロビッカース硬度計等を用いて微小な領域の硬さを測定することにより行われるが、この評価方法では析出による強化分と固溶による強化分との識別が不可能であるため、固溶による強化分のみを測定することができない。そこで、本実施例においては、マルテンサイト組織中の固溶強化による増加分が歯車の歯面疲労強度の向上に重要であるという知見に基づいて、マルテンサイト組織中の固溶強化による増加分の指標として、歯車のギア表面からの５０μｍ深さのＸ線回折半価幅を微小部Ｘ線残留応力測定装置により測定し、焼戻軟化抵抗の増加分を評価した。なお、試験Ｎｏ．１〜１５のギア表面から５０μｍ深さのＸ線回折半価幅は、微小部Ｘ線残留応力測定装置（Ｃｒ管球）を用いてα−Ｆｅの（２１１）面に対するピークの半価幅を６０秒間測定することにより求めた。
【００４２】
また、試験Ｎｏ．１〜１５の歯面の疲労寿命を調べるため、動力循環式歯車疲労試験機を用いて試験負荷200N・mにおける寿命（回）を調査した。なお、寿命は歯面ピッチングに伴う振動を検知することによって計測した。
【００４３】
以上の試験結果を表２に示す。
【表２】
2006183094.tif 000003
【００４４】
この結果から、本発明例の試験Ｎｏ．１〜１０は１００万回以上の寿命を有することから、優れた歯面疲労強度を有していることが明らかになった。これは、鋼に含まれる化学成分の質量％が所定の範囲内（Ｃは０．１〜０．３％の範囲内、Ｓｉは１．０〜２．０％の範囲内、Ｍｎは０．３〜２．０％の範囲内、Ｓは０．００５〜０．０５％の範囲内、Ｃｒは１．０〜２．６％の範囲内、Ｍｏは０．８〜４．０％の範囲内、Ｖは０．１〜０．３％の範囲内、Ａｌは０．００１〜０．２％の範囲内、Ｎは０．００３〜０．０３％の範囲内、及びＰは０．０３％以下）にあること、鋼におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）で１００以上であること、及び、歯車のギア表面からの５０μｍ深さのＸ線回折半価幅が６．４以上有することに起因するものであると考えられた。
【００４５】
これに対して比較例の試験Ｎｏ．１１、１２は鋼におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）で１００以上であるにもかかわらず、１００万回未満の寿命で不十分であった。これは、高Ｓｉ含有量による浸炭不良によりギア表面のＣ濃度が０．３〜０．４％と低くなり、このためＸ線回折半価幅が６．４度未満になったことに起因するものであると考えられた。
【００４６】
比較例の試験Ｎｏ．１３およびＮｏ．１４はＸ線回析半価幅が６．４以上であるにもかかわらず、１００万回未満の寿命で不十分であった。これは、鋼におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）で１００未満であるため、焼戻軟化抵抗の低下をもたらしたのではないかと考えられた。
【００４７】
比較例の試験Ｎｏ．１５は鋼におけるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの総量が式：３１Ｓｉ（％）＋１５Ｍｎ（％）＋２３Ｃｒ（％）＋２６Ｍｏ（％）＋１００Ｖ（％）で１００以上であるにもかかわらず、１００万回未満の寿命で不十分であった。試験後の調査の結果、比較例の試験Ｎｏ．１５においては、残留オーステナイトが多量に残存しているのが確認されたことから、試験Ｎｏ．１５は残留オーステナイトが多量に存在することにより、Ｘ線回折半価幅が６．４度未満となり、焼戻軟化抵抗の低下をもたらしたのではないかと考えられた。従って、本比較例においては、さらにサブゼロ処理やショットピーニング処理等の処理を施すことにより、該残留オーステナイトをマルテンサイトに変態せしめて残留オーステナイトを処理し、Ｘ線半価幅を６．４度以上にすることができると考えられた。