(57)【要約】【課題】本発明は、高精度な歯車の製造が可能な肌焼鋼を提供する。【解決手段】連続鋳造により製造し、鋳片の径方向断面内におけるＣとＭｎのミクロ偏析度を、夫々の元素の含有量を鋳片径方向断面上の複数の等分線上で所定の間隔で測定して求めた全ての測定点における最大値と最小値の差と、複数の等分線上の各々で隣接する測定点における含有量の差の両者で規定し、前記最大値と最小値の差が０．０３％以内、隣接する測定点の含有量の差が０．０２％以内、好ましくは成分組成を質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜２．５％、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｃｒ：０．０１〜２．５０％、Ｍｏ：０．０１〜０．７０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００４０〜０．０２５０％、必要に応じてＷ，Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂの一種または二種以上を添加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造により製造した肌焼鋼であって、鋳片の径方向断面内におけるＣとＭｎのミクロ偏析度が所定の範囲内にある鋳片から製造したことを特徴とする肌焼鋼。
【請求項２】
ＣとＭｎのミクロ偏析度を、当該肌焼鋼を素材とする歯車の歪が許容範囲内となるように規定したことを特徴とする請求項１記載の肌焼鋼。
【請求項３】
ＣとＭｎのミクロ偏析度を、夫々の元素の含有量を鋳片径方向断面上の複数の等分線上で所定の間隔で測定して求めた全ての測定点における最大値と最小値の差と、複数の等分線上の各々で隣接する測定点における含有量の差の両者で規定することを特徴とする請求項１または２記載の肌焼鋼。
【請求項４】
ＣとＭｎ含有量の夫々における前記最大値と最小値の差が、０．０３％以内、隣接する含有量の間の差が０．０２％以内であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の肌焼鋼。
【請求項５】
前記肌焼鋼の成分組成が、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜２．５％、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｃｒ：０．０１〜２．５０％、Ｍｏ：０．０１〜０．７０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００４０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の肌焼鋼。
【請求項６】
更に、Ｗ：０．０１〜０．７０％，Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．５０％、Ｚｒ：０．００５〜０．５０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１００％の一種または二種以上を添加することを特徴とする請求項５記載の肌焼鋼。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つに記載の肌焼鋼から製造される機械用歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車成形体を浸炭処理や浸炭窒化処理後に、焼入れした際に発生する歪を低減し、高精度な歯車の製造を可能とする肌焼鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、建設機械、産業機械などに用いられる歯車は、歯車用鋼材から歯車成形体を加工し、浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れ（以下、浸炭焼入れと総称する）して製造される。
【０００３】
鋼材が、浸炭焼入れされるとマルテンサイト生成の変態応力により鋼材に歪が発生するので、歯車では歯型の寸法精度が低下し、ギアノイズなどが発生するようになる。
【０００４】
そのため、浸炭焼入れ後の歯車半成品を、機械研削加工して浸炭層を部分的に除去する歯型修正処理を行ったり、成分組成の調整により低歪とした歯車用鋼材を用いることが提案されている。
【０００５】
低歪型歯車用鋼として、１．歯内部（非浸炭部）の組織を特定の組織とするもの（特許文献１、２）、２．浸炭中のオーステナイト粒を微細化するもの（特許文献３）、更に、３．素材の中心偏析度を特定の範囲内に規定するもの（特許文献４）等が提案されている。
【０００６】
特許文献１には、特定成分の鋼を素材とした歯車に浸炭処理後、歯内部（非浸炭部）をＡｒ1〜Ａｒ3変態点の温度範囲に所定時間保持し、所定の体積分率のマルテンサイトと高硬度のフェライト・パーライト組織とすることを特徴とする歪の小さい高強度歯車が記載されている。
【０００７】
特許文献２には、焼入れ性が低い成分組成の鋼を素材とし、浸炭焼入れをする際、焼入れ加熱時にオーステナイト組織中にフェライトを１０〜７０％混在させ、浸炭焼入れ後の組織をフェライト・マルテンサイト二相組織とすることを特徴とする低歪み型浸炭焼入れ歯車用鋼材が記載されている。
【０００８】
特許文献３には、オーステナイト域に加熱後の結晶粒の粗大化を抑制するため、特定の大きさのＭｇを含む酸化物、硫化物、酸化物と硫化物の複合体、およびこれらの１種または２種以上を含む介在物の１種または２種以上を合計で特定量を含有する機械構造用鋼が記載されている。
【０００９】
特許文献４には、鋳片状態におけるＣの中心偏析度を所定の範囲内とすることにより圧延材におけるＣの偏析を軽減し、表面硬化処理時の歪発生を抑制した特定成分組成の肌焼鋼が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−７０９２４号公報
【特許文献２】特開平９−１１１４０３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８８５３１号公報
【特許文献４】特開昭５８−５２４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
最近、地球環境の観点からＣＯ2ガス排出量の規制が強まり自動車の軽量化に大きな関心が寄せられている。自動車には駆動系に複数の歯車が使用されているが軽量化のため、歯車を小型化、高強度化すると歪が大きくなりやすく、寿命が低下し走行音が増大する。
【００１２】
特に走行音が大きいなトラック、バスでは用いられる歯車は大型で数も多く、寸法精度向上のための加工費が高価となるため、安価に高精度な歯車を製造する技術に対する要望は強い。
【００１３】
特許文献４に記載されているようにＣの中心偏析度が低い鋳片から歯車を製造した場合、寸法精度の低下が軽減されるものの、最近要求される歯車の寸法精度を満足することはできない。
【００１４】
本発明は、成分組成や、歯車成形後の熱処理条件によらず高精度な歯型形状が得られる肌焼鋼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】
【００１５】
本発明者等は、浸炭焼入れ処理後の歯車の寸法精度におよぼす成分組成、特に成分偏析との関係について、鋭意検討を行った。その結果、最近の歯車に要求される寸法精度を得るためには鋳片におけるＣの中心偏析度の規定では不十分で、鋳片の径方向断面内においてＣ，Ｍｎのミクロ的な偏析状態（以後、ミクロ偏析）を解消することが重要なことを見出した。
【００１６】
本発明は以上の知見を基に、更に検討を加えてなされたものであり、すなわち本発明は、
１  連続鋳造により製造した肌焼鋼であって、鋳片の径方向断面内におけるＣとＭｎのミクロ偏析度が所定の範囲内にある鋳片から製造したことを特徴とする肌焼鋼。
２  ＣとＭｎのミクロ偏析度を、当該肌焼鋼を素材とする歯車の歪が許容範囲内となるように規定したことを特徴とする１記載の肌焼鋼。
３  ＣとＭｎのミクロ偏析度を、夫々の元素の含有量を鋳片径方向断面上の複数の等分線上で所定の間隔で測定して求めた全ての測定点における最大値と最小値の差と、複数の等分線上の各々で隣接する測定点における含有量の間の差の両者で規定することを特徴とする１または２記載の肌焼鋼。
４  ＣとＭｎ含有量の夫々における前記最大値と最小値の差が、０．０３％以内、隣接する含有量の間の差が０．０２％以内であることを特徴とする１乃至３の何れか一つに記載の肌焼鋼。
５  前記肌焼鋼の成分組成が、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜２．５％、Ｍｎ：０．２０〜２．５０％、Ｃｒ：０．０１〜２．５０％、Ｍｏ：０．０１〜０．７０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００４０〜０．０２５０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする１乃至４の何れか一つに記載の肌焼鋼。
６  更に、Ｗ：０．０１〜０．７０％，Ｖ：０．０１〜１．０％、Ｔｉ：０．００５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．５０％、Ｚｒ：０．００５〜０．５０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１００％の一種または二種以上を添加することを特徴とする５記載の肌焼鋼。
７  １乃至６の何れか一つに記載の肌焼鋼から製造される機械用歯車。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、周知の、低歪肌焼鋼などの成分組成や歯車の熱処理条件を変えずに、高精度な歯車が製造可能で産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、肌焼鋼などの鋳片の径方向断面内におけるＣとＭｎのミクロ偏析度を特定の範囲内に規定し、歯車成形後の歪を抑制することを特徴とする。
【００１９】
Ｃ、Ｍｎのミクロ偏析度
本発明では、鋳片の径方向断面内におけるＣとＭｎの夫々についてのミクロ偏析度を、当該鋳片から製造される肌焼鋼を用いた歯車の歪量が許容範囲内となるように特定範囲内に規定する。本発明は鋳片の径方向断面の全域におけるＣとＭｎのミクロ偏析度が把握されれば良く特にその方法は規定しないが以下に述べる方法が好ましい。
【００２０】
図１は本発明におけるＣ、Ｍｎのミクロ偏析度を規定する方法の一例を説明する図で、径方向断面を９０°間隔で４等分する夫々の等分線上で、径方向に等間隔となる複数個所についてＣ、Ｍｎの含有量を測定する。
【００２１】
径方向断面におけるミクロ偏析度は、４本の等分線で得られた全ての測定値における最大値と最小値の差と、４本の等分線の各々での測定値の変動度：隣接する測定値の差の両者で定義する。但し、鋳片の中心部は、鋳片から歯車を製造する過程において、多くは軸芯部として削除されるので、測定対象としない。鋳片の径方向断面とは、鋳片の軸方向に直交する断面を意味する。
【００２２】
尚、本測定方法における等分線、等間隔および直交は、鋳片の径方向断面全域でのＣ、Ｍｎのミクロ偏析度が把握できる程度であれば良く、厳密であることを必要としない。
【００２３】
鋳片におけるＣ，Ｍｎのミクロ偏析は、連続鋳造工程における引抜速度、鋳造温度、注水比、およびモールド電磁攪拌の強度の調整で行うことが可能である。
【００２４】
肌焼鋼の成分組成としてはＳＣＭ８２２等の周知の成分組成が使用でき、低歪型浸炭焼入れ歯車用鋼材が望ましい。以下に特に望ましい成分組成の限定理由を説明する。
【００２５】
Ｃ
Ｃは浸炭焼入れによる歯車芯部の強度を保証する上で必要な元素であり、その作用を得るため、０．１０％以上とする。０．３５％を超えると靭性の劣化および被削性の低下を招くので、０．１０〜０．３５％とする。
【００２６】
Ｓｉ
Ｓｉは表面層の粒界酸化の防止や、焼戻し軟化抵抗を増大させ面疲労強度を向上させるのでそのような作用を得るため、０．０３％以上とする。２．５％を超えると強度および靭性が低下するので０．０３〜２．５％とする。
【００２７】
Ｍｎ
Ｍｎは焼入れ性を向上させ、歯車芯部の強度を保証する上で必要な元素であり、その作用を得るため、０．２０％以上とする。２．５％を超えると硬度が高くなり、被削性を低下させるので、０．２０〜２．５％とする。
【００２８】
Ｃｒ
ＣｒはＭｎと同様に焼入れ性を向上させ、歯車芯部の強度を保証する上で必要な元素であり、その作用を得るため、０．０１％以上とする。２．５％を超えると硬度が高くなり、被削性を低下させるので、０．０１〜２．５％とする。
【００２９】
Ｍｏ
ＭｏはＡｃ3点を高めてフェライト生成に有効な元素であり、焼入れ製、焼き戻し軟化抵抗、靭性および疲労強度を向上させるため、その作用を得るため０．０１％以上とする。
０．７０％を超えると作用が飽和し、製品コストが過大となるため、０．０１〜０．７０％とする。
【００３０】
Ｎｉ
Ｎｉは焼入れ性および靭性を高めるのに有効な元素であり、その作用を得るため０．０１％以上とする。２．０％を超えると硬度が高くなり、被削性を低下させるので、０．０１〜２．０％とする。
【００３１】
Ａｌ
ＡｌはＮと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒を微細化させることにより、焼入れ時の歪を小さくし、靭性および疲労特性を向上させるのに有効な元素である。しかしながら、Ａｌが２．０％を超えて多量になるとアルミナ系介在物が増加して靭性および疲労強度の低下を招くので０．００５〜０．１％とする。
【００３２】
Ｎ
NはＡｌと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒を微細化させるため０．００４０％以上とする。０．０２５０％を超えると溶鋼への添加は飽和し、経済的不利益が生じるため０．００４０〜０．０２５０％とする。
【００３３】
更に、面疲労強度を向上させるためＷ：０．０１〜０．７０％、Ｖ：０．０１〜１．０％の一種または二種、結晶粒を微細化し焼入れ時の歪を抑制するため、Ｔｉ：０．００５〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．５０％、Ｚｒ：０．００５〜０．５０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１００％の一種または二種以上を添加する。
【実施例】
【００３４】
実施例により本発明の効果を示す。供試鋼はＳＣＭ８２２H規格の５種類の成分組成で、４ストランドブルーム連続鋳造機においてストランド別に鋳造条件を変化させ、種々のミクロ偏析度の供試材を作成した。供試材をΦ１１０ｍｍの圧延棒鋼とした後、熱間鍛造、機械加工、浸炭焼入れによりデファレンシャル用歯車を製造した。
【００３５】
供試材のミクロ偏析度は上述した図１の方法により求め、デファレンシャル用歯車の歪はデファレンシャル用歯車の背面と水平面との距離ｄの最大値と最小値の差とした。図２にデファレンシャル用歯車の歪を求める方法を模式的に示す。
【００３６】
表１に供試材の化学成分を、表２にミクロ偏析度とデファレンシャル用歯車の歪を示す。歪が５０μm以下を良好な特性が得られる許容範囲内とした。
【００３７】
ミクロ偏析度の最大値と最小値の差がＣで０．０３％、Ｍｎで０．０３％以内、且つ隣接する測定値の差がＣで０．０２％、Ｍｎで０．０２％以内の場合、歪が許容範囲内となる高精度なデファレンシャル用歯車が得られた。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ミクロ偏析度を測定する方法を説明する図。
【図２】歯車の歪を測定する方法を模式的に説明する図。
【図１】
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【図２】
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