(57)【要約】      （修正有）【課題】母材とともに浸炭層の降伏強度をも高めた浸炭機械部品及びその製造方法の提供。【解決手段】所定の成分組成を有し主として焼き戻しマルテンサイト組織からなる鋼の表面に４００μｍ以上の厚さを有する浸炭硬化層を与えた機械部品である。浸炭硬化層の表面から１００μｍ深さ位置までの表層硬化層において、０．５５％以上の［Ｃ］を含み、６００ＨＶ以上の硬さを有し、成分組成で６６×［Ｓｉ］＋３５×［Ｃｒ］＋６０×［Ｍｏ］（但し、［Ｍ］は元素Ｍの質量％を表す。）を６０以上とするとともに整合Ｆｅ炭化物の断面面積率を３％以上としたことを特徴とする。また、製造は、真空浸炭工程、焼き入れ処理工程後、２２０〜４００℃にて焼き戻す焼き戻し工程を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：０．５０〜３．０％、
Ｍｎ：０．３０〜２．０％、
Ｃｕ：０．０１〜１．０％、
Ｎｉ：０．０１〜３．０％、
Ｃｒ：０．２０〜３．０％、
Ｍｏ：０．０１〜２．０％、
Ａｌ：０．２％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｎ：０．０５％以下、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し主として焼き戻しマルテンサイト組織からなる鋼の表面に４００μｍ以上の厚さを有する浸炭硬化層を与えた機械部品であって、
前記浸炭硬化層の前記表面から１００μｍ深さ位置までの表層硬化層において、０．５５％以上の［Ｃ］を含み、６００ＨＶ以上の硬さを有し、前記成分組成で６６×［Ｓｉ］＋３５×［Ｃｒ］＋６０×［Ｍｏ］（但し、［Ｍ］は元素Ｍの質量％を表す。）を６０以上とするとともに整合Ｆｅ炭化物の断面面積率を３％以上としたことを特徴とする浸炭機械部品。
【請求項２】
前記表層硬化層は、１μｍ以下のセメンタイトを断面面積率で３％以上含むことを特徴とする請求項１記載の浸炭機械部品。
【請求項３】
前記成分組成で［Ｓｉ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−［Ｃｒ］を０．５よりも大きくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の浸炭機械部品。
【請求項４】
前記成分組成において、Ｎｂ及び／又はＴｉを、Ｎｂ：〜０．２０％、Ｔｉ：〜０．２０％で含み得ることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つ記載の浸炭機械部品。
【請求項５】
前記成分組成において、Ｂ：〜０．０１％で含み得ることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載の浸炭機械部品。
【請求項６】
前記成分組成において、Ｐｂ、Ｂｉ、及び／又はＣａを、Ｐｂ：０．０１〜０．２０％、Ｂｉ：０．０１〜０．１０％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１００％で含み得ることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の浸炭機械部品。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の浸炭機械部品の製造方法であって、真空浸炭工程、焼き入れ処理工程後、２２０〜４００℃にて焼き戻す焼き戻し工程を含むことを特徴とする浸炭機械部品の製造方法。
【請求項８】
前記焼き入れ処理工程後、７５０〜９００℃に再加熱する再加熱工程と、二次焼き入れ工程とを含むことを特徴とする請求項７記載の浸炭機械部品の製造方法。
【請求項９】
前記再加熱工程は、真空浸炭を行う二次浸炭工程を含むことを特徴とする請求項８記載の浸炭機械部品の製造方法。
【請求項１０】
前記焼き入れ処理工程及び／又は前記二次焼き入れ工程では、サブゼロ処理工程を含むことを特徴とする請求項７乃至９のうちの１つに記載の浸炭機械部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼き戻しマルテンサイト組織からなる鋼の表面に浸炭硬化層を与えた浸炭機械部品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の表面に浸炭硬化層を与えた高強度部品がギア、シャフト、プーリー等の機械部品に用いられている。かかる浸炭機械部品の更なる高強度化に対して、ショットピーニングによる表面への圧縮残留応力の付与などとともに、真空浸炭法の採用、又、これに適した鋼の開発が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、真空浸炭法でエッジ部を含め均一な浸炭を与え得る鋼について、その鋼の合金成分のうち、Ｓｉ、Ｎｉ及びＣｕが浸炭時の炭化物生成を抑制すること、Ｃｒが炭化物を増大させること、Ｍｎ及びＭｏはあまり影響を与えないことについて述べている。その上で、成分組成として、質量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．３〜３．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｕ：０．０１〜１．００％、Ｎｉ：０．０１〜３．００％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、Ａｌ：０．２０％以下およびＮ：０．０５％以下を含有し、上記した浸炭時の炭化物生成を抑制観点から、［Ｓｉ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−［Ｃｒ］＞０．５（但し、［Ｍ］は元素Ｍの質量％を表す。以下同じ。）の条件を満たすとした鋼を開示している。
【０００４】
一般的に、浸炭用鋼としては、ＪＩＳ ＳＣｒ４２０鋼やＳＣＭ４２０鋼などが用いられ、機械部品形状に加工後、浸炭焼き入れし、焼き戻しを施して機械部品に供される。このとき、焼き戻しマルテンサイト組織中の残留γ量が多いと、機械部品としての強度が得られないことになる。
【０００５】
特許文献２では、浸炭用鋼としてはＣ量を非常に多く含む鋼を用いており、機械強度を高く出来る一方で、焼き戻しマルテンサイト組織中の残留γ量の増加による機械強度の低下も生じ得るため、焼き戻しの加熱温度を従来よりも高くして残留γ量を制御した浸炭機械部品及びその製造方法を開示している。ここでは、Ｃ量を多く含む鋼であるとともに、機械加工性を確保する観点で比較的合金成分を少なくし、特に、硬質な窒化物を形成し易いＳｉ量を下げ、つまり、成分組成として、質量％で、Ｃ：０．９５〜１．１％、Ｃｒ：１．４〜１．６、Ｓｉ：〜０．３％、Ｍｎ：〜０．５％、Ｓ：〜０．００８％を含む鋼の表層部に炭窒化層を与えている。浸炭焼き入れ後の焼き戻しは、一般的には、Ａ１点以下の温度である２００℃以下で行うことが多いところ、２４０℃以上のより高い温度で行うとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９１４８６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２３７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
機械部品の小型化を進める上で、浸炭機械部品の高強度化が求められ、母材とともに浸炭層の降伏強度をも高めることが必要となる。
【０００８】
本発明は、以上のような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、母材とともに浸炭層の降伏強度をも高めた浸炭機械部品及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による浸炭機械部品は、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．５０〜３．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．２０〜３．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．０５％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し主として焼き戻しマルテンサイト組織からなる鋼の表面に４００μｍ以上の厚さを有する浸炭硬化層を与えた機械部品であって、前記浸炭硬化層の前記表面から１００μｍ深さ位置までの表層硬化層において、０．５５％以上の［Ｃ］を含み、６００ＨＶ以上の硬さを有し、前記成分組成で６６×［Ｓｉ］＋３５×［Ｃｒ］＋６０×［Ｍｏ］（但し、［Ｍ］は元素Ｍの質量％を表す。）を６０以上とするとともに整合Ｆｅ炭化物の断面面積率を３％以上としたことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、Ｓｉを多く与えることにより、焼き戻し工程をより高温で行い得るようになり、残留γ量を減じるとともに、表層硬化層にε炭化物、χ炭化物といった整合炭化物を析出させ得て、表層降伏強度を高く出来るのである。
【００１１】
上記した発明において、前記表層硬化層は、１μｍ以下のセメンタイトを断面面積率で３％以上含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、面疲労強度をより高めることが出来るのである。
【００１２】
上記した発明において、前記成分組成で［Ｓｉ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−［Ｃｒ］を０．５よりも大きくしたことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、エッジ部を含む機械部品であっても、該エッジ部の網目状炭化物を抑制できて、疲労強度をより高めることができるのである。
【００１３】
上記した発明において、前記成分組成において、Ｎｂ及び／又はＴｉを、Ｎｂ：〜０．２０％、Ｔｉ：〜０．２０％で含み得ることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、異常粒成長を抑制できるので、浸炭をより高温で施工できるのである。
【００１４】
上記した発明において、Ｂ：〜０．０１％で含み得ることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、焼き入れ性を高めることができるので、大型の機械部品であっても疲労強度をより高めることができるのである。
【００１５】
上記した発明において、前記成分組成において、Ｐｂ、Ｂｉ、及び／又はＣａを、Ｐｂ：０．０１〜０．２０％、Ｂｉ：０．０１〜０．１０％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１００％で含み得ることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、被削性を高めることができるので、加工コストを減じ得るのである。
【００１６】
また、本発明による浸炭機械部品の製造方法は、上記した浸炭機械部品を製造する方法であって、真空浸炭工程、焼き入れ処理工程後、２２０〜４００℃にて焼き戻す焼き戻し工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
かかる発明によれば、Ｓｉを多く与え、かつ、焼き戻し工程を２２０〜４００℃のより高温で行うことにより、残留γ量を減じるとともに、ε炭化物、χ炭化物といった整合炭化物を多量に析出させ得て、表層降伏強度を高く出来るのである。
【００１８】
上記した発明において、前記焼き入れ処理工程後、７５０〜９００℃に再加熱する再加熱工程と、二次焼き入れ工程とを含むことを特徴としてもよい。また、前記再加熱工程は、真空浸炭を行う二次浸炭工程を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、旧γ粒をより微細にし得て、疲労強度をより高く出来るのである。
【００１９】
上記した発明において、前記焼き入れ処理工程及び／又は前記二次焼き入れ工程では、サブゼロ処理工程を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、残留γ量をより減じられるので、表層降伏強度をより高く出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】浸炭機械部品に用いた鋼の成分組成の一覧表である。
【図２】本発明による浸炭機械部品の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図３】本発明による浸炭機械部品の製造方法の他の例を示すフロー図である。
【図４】表層降伏強度の測定に用いた曲げ試験片の側面図である。
【図５】実施例及び比較例の鋼による製造条件及び試験結果の一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明による１つの実施例である浸炭機械部品の製造方法について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。
【００２２】
本実施例においては、図１の実施例１乃至３７に示すような一連の成分組成を有する鋼を用いる。かかる成分組成としては、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．５０〜３．０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％、Ｃｕ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．２０〜３．０％、Ｍｏ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．０５％以下とするものである。さらに、かかる成分組成は、元素Ｍの質量％を［Ｍ］として、以下の式１の値を６０以上とするようにされる。
式１：６６×［Ｓｉ］＋３５×［Ｃｒ］＋６０×［Ｍｏ］
【００２３】
この式１の値は、後述する焼き戻し後において表層にε炭化物やχ炭化物などのθ炭化物以外の整合Ｆｅ炭化物の析出を得られる指標となり、式１の値を大きくするほど得られる整合Ｆｅ炭化物の量も増加する傾向にある。そのため、Ｓｉ、Ｃｒ及びＭｏの含有量に基づく式１の値を６０以上と規定し、整合Ｆｅ炭化物を多く析出させるようにして、表層の硬さと降伏強度を高くするのである。また、このような整合Ｆｅ炭化物の析出を促すため、Ｓｉを多く含有させることで後述する焼き戻し工程をより高温で行い得るようにして、残留γ量を減じるようにしている。
【００２４】
図２を参照すると、上記のように成分組成を調整された鋼材が準備される（Ｓ１：鋼材準備工程）。ここでは、公知の浸炭機械部品と同様に、鋳込みによって得た鋼塊を鍛造し、熱間圧延や熱間鍛造等の熱間加工、焼準や焼鈍等の熱処理をしてから、切削加工や冷間鍛造等の冷間加工によって所定の形状とされた鋼材を得る。
【００２５】
次いで、かかる鋼材は最終的に表層の素地を硬化させるとともに整合Ｆｅ炭化物を析出させるために、まず、真空雰囲気中で浸炭処理される（Ｓ２：真空浸炭工程）。かかる真空浸炭工程Ｓ２では、例えば９００〜１１５０℃で加熱保持する。この加熱保持に引き続いて、焼入れ油、あるいはアルゴンガスや窒素などの不活性ガスによって鋼材を急冷して焼き入れする（Ｓ３：焼き入れ工程）。さらに、鋼材は、２２０〜４００℃の所定の温度に加熱保持後に空冷される焼き戻しがなされる（Ｓ４：焼き戻し工程）。
【００２６】
真空浸炭処理を含むこれら一連の熱処理では、鋼材に主として焼き戻しマルテンサイト組織を与えるようになされる。さらに、鋼材の表面に４００μｍ以上の厚さを有する浸炭硬化層を与えるようにされるとともに、浸炭硬化層の表面から１００μｍ深さ位置までの表層硬化層において、平均で、Ｃの含有量を０．５５質量％以上且つ２．００質量％以下の範囲内で含むようになされ、整合Ｆｅ炭化物の断面面積率を３％以上とされ、６００ＨＶ以上の硬さと１８００ＭＰａ以上の降伏強度を付与される。なお、表層硬化層におけるＣの平均含有量を０．５５質量％以上且つ２．００質量％以下とすると、最初の真空浸炭工程Ｓ２の加熱温度をγ相にＣを完全に固溶させ得る温度にできる。さらに、Ｃの平均含有量を０．９０質量％以上とした場合は、浸炭後の焼き入れ工程Ｓ３の後に、後述する再加熱工程Ｓ３ａ−１及び二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２（図３参照）を加えることが好ましく、これによって表層硬化層において１μｍ以下の微細なセメンタイトを多量に析出させることができ、面疲労強度をより高めることができる。
【００２７】
以上のような製造方法によれば、焼き戻し工程Ｓ４を上記したような高温で行い得て、残留γ量を減じるとともに、ε炭化物、χ炭化物といった整合Ｆｅ炭化物を表層に多く析出させることができる。これによって、上記したような浸炭硬化層を得ることができ、表層降伏強度を高く出来るのである。なお、浸炭硬化層の厚さを４００μｍ以上とすることで、浸炭機械部品の内部が表層より先に降伏してしまうような内部降伏を抑制することができる。
【００２８】
なお、得られた浸炭機械部品において、表層降伏強度と表層硬化層の平均硬さとが高い値でバランスされていることが好ましく、例えば、表層降伏強度（ＭＰａ）の数値と、表層硬化層の平均ビッカース硬さの数値の５倍との和が５０００以上となることが好ましい。
【００２９】
また、表層硬化層は、その断面において粒径を１μｍ以下とするセメンタイトを断面面積率で３％以上含むようにすることも好ましい。これによって、面疲労強度を向上させ得る。
【００３０】
さらに、上記した成分組成において、元素Ｍの質量％を［Ｍ］として、以下の式２の値が０．５を超えるようにすることも好ましい。
式２：［Ｓｉ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｕ］−［Ｃｒ］
この式２の値が大きいほどエッジ部での網目状炭化物の生成を抑制する傾向にある。つまり、これを０．５より大とすることで、エッジ部を含むような機械部品であっても、このエッジ部に網目状炭化物を生成させることを抑制でき、疲労強度を向上させ得る。
【００３１】
また、図３に示すように、焼き入れ工程Ｓ３の後に、上記した再加熱工程Ｓ３ａ−１及び二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２を加えてもよい。再加熱工程Ｓ３ａ−１では保持温度を７５０〜９００℃の範囲内とする。なお、この場合、真空浸炭工程Ｓ２での保持後の冷却工程では、焼き入れ工程Ｓ３の代わりに不活性ガスを用いた徐冷や放冷などとしてもよい。これによって、セメンタイトの量を正確に制御し得る。つまり、焼き入れ工程Ｓ３においては必ずしも「焼き入れ」をする必要はなく、他の冷却とすることもできる。
【００３２】
また、焼き入れ工程Ｓ３又は二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２と、焼き戻し工程Ｓ４と、の間において−１９６〜０℃の範囲内のサブゼロ処理工程Ｓ３ｂを行うこともできる。これにより、残留γ量をより減じて、表層の降伏強度をより高くし得る。
【００３３】
なお、成分組成としては、さらに、Ｎｂ及び／又はＴｉを、Ｎｂ：０．２０質量％以下、Ｔｉ：０．２０質量％以下で含んでもよい。これらの元素の含有により、熱処理中の異常粒成長を抑制できるので、浸炭をより高温で施工でき、さらに残留γ量を低減できる。
【００３４】
また、上記した成分組成には、Ｂ：０．０１質量％で含んでもよい。これによって、焼き入れ性を高めることができる。
【００３５】
また、上記した成分組成には、Ｐｂ、Ｂｉ、及び／又はＣａを、Ｐｂ：０．０１〜０．２０％、Ｂｉ：０．０１〜０．１０％、Ｃａ：０．０００３〜０．０１００％で含み得る。これらの元素の含有によって、被削性を高めることができる。
【００３６】
次に、上記した製造方法により制作した試験片による各種試験の結果について図１、図４及び図５を用いて説明する。
【００３７】
まず、図１の実施例１乃至３７、比較例１乃至１１に示すそれぞれの成分組成の鋼において、表層の降伏強度を測定するための曲げ試験片が製作された。なお、製造条件において、実施例３においてはサブゼロ処理工程Ｓ３ｂを行い、実施例８及び９では再加熱工程Ｓ３ａ−１及び二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２を行い、このうち実施例９では真空浸炭処理後の焼き入れ工程Ｓ３を窒素ガスによる１℃／ｓの冷却速度でのガス冷却としている。また、実施例１０では再加熱工程Ｓ３ａ−１及び二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２と、サブゼロ処理工程Ｓ３ｂとの両方を行っている。その他の実施例及び比較例では二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２又はサブゼロ処理工程Ｓ３ｂのいずれも行っていない。
【００３８】
図４に示すように、曲げ試験片１０は直径１７ｍｍ、長さ１００ｍｍの丸棒の長手方向中央の外周にＵ字溝１１を設けたものであり、８０ｍｍ間隔で設けられた支持部２１によって両端近傍を支持されるとともに、４０ｍｍ間隔でＵ字溝１１の両側の２点の荷重付加部２２において上側から荷重を付加されて、Ｕ字溝１１の下側を開く方向に応力が付加される。ここで、曲げ試験片１０の下側においてＵ字溝１１の底部に歪ゲージ２３が取り付けられており、Ｕ字溝１１の底部の歪を測定される。
【００３９】
曲げ試験片１０を用いた曲げ試験では、曲げ試験機によって付加された荷重と歪ゲージ２３によって測定された歪とによる応力−歪線図を作成し、弾性限を求めてこれを表層の降伏強度とした。
【００４０】
また、曲げ試験片１０は試験後に切断され、浸炭硬化層の表面から１００μｍ深さ位置までの表層硬化層において、Ｃの含有量、ビッカース硬さ、残留γ量、整合Ｆｅ炭化物の断面面積率、及び、粒径１μｍ以下のセメンタイトの断面面積率それぞれの平均値を測定した。また、浸炭硬化層の深さが測定され、エッジ部の網目状セメンタイトの有無が観察された。
【００４１】
なお、ビッカース硬さは表面から２５μｍ、５０μｍ、１００μｍのそれぞれの深さにおいて５点、合計で１５点計測して、その平均値とされた。また、セメンタイト及び整合Ｆｅ炭化物のそれぞれの断面面積率については、以下のようにして得た。まず、低加速電圧の走査型電子顕微鏡において、表面から１００μｍの深さの位置で０．１ｍｍ２の観察面積を設定して３００００倍で観察した。観察されたＦｅ炭化物についてのエネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析を行った。かかる炭化物のうち、ＥＤＸ分析値によってＣｒを含有しＳｉを含有しないものをセメンタイト、Ｃｒを含有せずＳｉを含有するものを整合Ｆｅ炭化物と定義して、それぞれの面積を算出し、観察面積に対する百分率で記録した。各試験結果を図５に示した。
【００４２】
図５に示す通り、実施例１乃至３７においてはいずれも整合Ｆｅ炭化物を多く析出させており、表層硬化層において６００ＨＶ以上ｎ平均硬さと１８００ＭＰａ以上の高い表面降伏強度を得ることができた。また、実施例３のサブゼロ処理Ｓ３ｂを行ったものについては、焼き戻し温度の同じ実施例１、２及び４に比べて残留γ量が少なくなっており、表層降伏強度が高くなっていた。また、表層硬化層のＣの含有量を多くして二次焼き入れ工程Ｓ３ａ−２を行った実施例８、９及び１０においては、粒径を１μｍ以下とするセメンタイトの断面面積率が高くなっている。これらの中において、更に実施例１０においてはサブゼロ処理Ｓ３ｂも行っており、残留γ量を少なくして表層降伏強度をより高くしている。
【００４３】
これに対し、比較例１〜３では、いずれも式１の値が目標値である６０を下回り、さらに整合Ｆｅ炭化物の析出量が少なく、特に比較例１及び２では、表層降伏強度が目標値である１８００ＭＰａに到達しなかった。比較例３では表層降伏強度は目標値を満たしたものの、表層硬化層の硬さの平均値が小さかった。
【００４４】
比較例４では焼き戻し温度が低く、その結果残留γ量が多くなって必要な表層降伏強度を得ることができなかった。また比較例５でも焼き戻し温度が低く、整合Ｆｅ炭化物の量が少なくなり、必要な表層降伏強度を得ることができなかった。これらとは逆に、比較例６では焼き戻し温度が高く、表層硬化層において必要な硬さを得ることができなかった。
【００４５】
また、比較例７では、表層硬化層におけるＣ量が少なく、表層硬化層において必要な硬さを得ることができなかった。
【００４６】
比較例８〜１１においては、個別の元素の含有量を実施例１〜３７と同等とする成分組成を有するが、式１の値が目標値である６０を下回った。その結果、整合Ｆｅ炭化物の析出量を少なくしてしまった。そして、焼き戻し温度を２５０℃とした比較例８及び９では、表層降伏強度において目標値である１８００ＭＰａを得られなかった。また、焼き戻し温度を３００℃とした比較例１０及び１１では、表層硬化層の硬さにおいて目標値である６００ＨＶを得られなかった。
【００４７】
ところで、上記した実施例による浸炭機械部品と同等の機械強度を与え得る鋼の組成範囲は以下のように定められる。
【００４８】
まずは、必須添加元素について説明する。
【００４９】
Ｃは、鋼の機械強度、特に疲労強度を確保するために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると、被削性を低下させてしまう。これらを考慮して、Ｃは、質量％で、０．１０〜０．３０％の範囲内である。
【００５０】
Ｓｉは、焼き戻し後の硬さ及び降伏強度を確保するため、さらにはエッジ部における浸炭時の網目状炭化物の形成を抑制するために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると、熱間加工性を低下させてしまう。これらを考慮して、Ｓｉは、質量％で、０．５０〜３．０％の範囲内である。
【００５１】
Ｍｎは、鋼の脱酸材として、また焼き入れ性の確保のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると、残留γ相の生成を助長して降伏強度の低下を招く。これらを考慮して、Ｍｎは、質量％で、０．３０〜２．０の範囲内である。
【００５２】
Ｃｕは、鋼の焼き入れ性の確保のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると材料コストを増大させてしまう。これらを考慮して、Ｃｕは、質量％で、０．０１〜１．０％の範囲内である。
【００５３】
Ｎｉは、鋼の焼き入れ性の確保のため、さらには疲労強度の向上のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると残留γ相の生成を助長して降伏強度の低下を招く。これらを考慮して、Ｎｉは、質量％で、０．０１〜３．０％の範囲内である。
【００５４】
Ｃｒは、鋼の焼き入れ性の確保のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると材料コストを増大させるとともにエッジ部における網目状炭化物の生成を助長してしまう。これらを考慮して、Ｃｒは、質量％で、０．２０〜３．０％の範囲内である。
【００５５】
Ｍｏは、鋼の焼き入れ性の確保のため、さらには疲労強度の向上のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると材料コストを増大させてしまう。これらを考慮して、Ｍｏは、質量％で、０．０１〜２．０％の範囲内である。
【００５６】
次に、任意添加元素について説明する。
【００５７】
Ａｌは、鋼の脱酸材として、また浸炭処理時の異常粒成長の抑制のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると加工性の低下を招く。これらを考慮して、Ａｌは、質量％で、０．２％以下の範囲内である。
【００５８】
Ｐは、鋼の靭性を低下させて疲労強度を低下させるため含有量を低減させることが好ましい。一方で、過度の精錬はコスト増につながる。これらを考慮して、Ｐは、質量％で、０．０３％以下の範囲内である。
【００５９】
Ｓは、鋼の靭性を低下させて疲労強度を低下させるため含有量を低減させることが好ましい。一方で、過度の精錬はコスト増につながる。これらを考慮して、Ｓは、質量％で、０．０３％以下の範囲内である。
【００６０】
Ｎは、浸炭時における鋼の異常粒成長の抑制のために有効な元素であり、任意に添加し得る。一方で、過剰に含有させると窒化物を形成することで疲労強度の低下を招く。これらを考慮して、Ｎは、質量％で、０．０５％以下の範囲内である。
【００６１】
Ｎｂ及びＴｉは、どちらも浸炭時における鋼の異常粒成長の抑制のために有効な元素であり、それぞれ任意に添加し得る。一方で、過剰に含有させると加工性の低下を招く。これらを考慮して、質量％で、Ｎｂは０．２０％以下の範囲内、Ｔｉは０．２０％以下の範囲内である。
【００６２】
Ｂは、焼き入れ性の向上のために有効な元素であり、任意に添加し得る。一方で、過剰に含有させると加工性の低下を招く。これらを考慮して、Ｂは、質量％で、０．０１％以下の範囲内である。
【００６３】
Ｐｂ、Ｂｉ及びＣａは、いずれも被削性を向上させるために有効な元素であり、それぞれ任意に添加し得る。一方で、過剰に含有させると熱間加工性の低下を招く。これらを考慮して、質量％で、Ｐｂは０．０１〜０．２０％の範囲内、Ｂｉは０．０１〜０．１０％の範囲内、Ｃａは０．０００３〜０．０１００％の範囲内である。
【００６４】
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。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】
【００６５】
１０  曲げ試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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