(57)【要約】【課題】高温で浸炭処理を行った場合であっても結晶粒の粗大化を十分に抑制することができる肌焼用鋼を提供する。【解決手段】Ｃ：０．１０質量％〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．０１質量％〜２．０質量％、Ｍｎ：０．１質量％〜２．０質量％、Ｐ：０質量％超、０．０３０質量％以下、Ｓ：０質量％超、０．０３０質量％以下、Ｃｕ：０質量％超、０．１質量％以下、Ｎｉ：０質量％超、０．１質量％以下、Ｃｒ：０．５質量％〜２．０質量％、Ａｌ：０．０３０質量％〜０．１００質量％、Ｎ：０．０１６０質量％〜０．０５００質量％、及びＴｉ：０．００２５質量％〜０．１０００質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、全鋼組織に対して、フェライト及びパーライトの合計の面積率が９５％以上であり、パーライトの面積率が５０％以下であり、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度が０．２５個／μｍ２以上である肌焼用鋼である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．１０質量％〜０．３０質量％、
Ｓｉ：０．０１質量％〜２．０質量％、
Ｍｎ：０．１質量％〜２．０質量％、
Ｐ  ：０質量％超、０．０３０質量％以下、
Ｓ  ：０質量％超、０．０３０質量％以下、
Ｃｕ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｎｉ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｃｒ：０．５質量％〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０３０質量％〜０．１００質量％、
Ｎ  ：０．０１６０質量％〜０．０５００質量％、及び
Ｔｉ：０．００２５質量％〜０．１０００質量％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
全鋼組織に対して、
フェライト及びパーライトの合計の面積率が９５％以上であり、
パーライトの面積率が５０％以下であり、
円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度が０．２５個／μｍ２以上である肌焼用鋼。
【請求項２】
Ｍｏ：０．０１質量％〜１．００質量％をさらに含有する請求項１に記載の肌焼用鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肌焼用鋼に関す。当該肌焼用鋼は、浸炭処理して用いられる部品、特に歯車、シャフト及びＣＶＴプーリー等の動力伝達部品に使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
シャフト及びギア等の浸炭処理若しくは浸炭窒化処理を施して製造される機械構造部品には、ＳＣｒ、ＳＣＭ及びＳＮＣＭ等の機械構造用鋼材、いわゆる肌焼鋼が従来から使用される。機械構造部品は、鍛造及び切削等の機械加工により肌焼鋼を所望の部品形状に成形した後、浸炭処理及び浸炭窒化処理等（以下、「浸炭処理」と呼ぶことがある）の表面硬化処理を施すことで製造されている。
【０００３】
浸炭処理を高温環境下で行うことにより、リードタイムを短縮することができ、ＣＯ２削減及びコスト削減を実現することができる。しかし、ＳＣｒ４２０Ｈ等のＪＩＳ鋼では、高温化の弊害として結晶粒が粗大化し、衝撃強度等が低下するという問題がある。そこで、このような問題に対処するために様々な技術が検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、所定の化学成分組成を有し、パーライトクラスターの面積率が２．０％以下であり、最大のパーライトクラスターの平均径Ｄと、パーライト粒の平均径ｄの比（Ｄ／ｄ）が５．５以下である肌焼鋼が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、所定の化学成分組成を有し、フェライト及びパーライト組織であり、Ｎ含有量及びＡｌ含有量が所定の関係式を満足し、パーライト１個当たりの面積及び１０００℃におけるＡｌＮの平衡析出量が所定の関係式を満足する浸炭部品用素材が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、所定の式で表される値が所定の範囲になるように制御された化学成分組成を有し、圧延方向と垂直な断面におけるミクロ組織において、マトリックスが、面積率で０〜１０％のベイナイトと、フェライトおよびパーライトとで構成され、さらに、面積１μｍ２中において、円相当直径が１０ｎｍ以上のＡｌＮのうちで、円相当直径が１０〜１００ｎｍのものが８５％以上９６％以下である熱間鍛造用鋼材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１２７４３４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９９７８４号公報
【特許文献３】特許第５８５８２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の技術を始めとした広範な検討がなされているにも関わらず、高温で浸炭処理を行った際に結晶粒の粗大化を十分に抑制できているとは言えないのが現状である。
【０００９】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、高温で浸炭処理を行った場合であっても結晶粒の粗大化を十分に抑制することができる肌焼用鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の態様１は、
Ｃ  ：０．１０質量％〜０．３０質量％、
Ｓｉ：０．０１質量％〜２．０質量％、
Ｍｎ：０．１質量％〜２．０質量％、
Ｐ  ：０質量％超、０．０３０質量％以下、
Ｓ  ：０質量％超、０．０３０質量％以下、
Ｃｕ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｎｉ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｃｒ：０．５質量％〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０３０質量％〜０．１００質量％、
Ｎ  ：０．０１６０質量％〜０．０５００質量％、及び
Ｔｉ：０．００２５質量％〜０．１０００質量％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
全鋼組織に対して、
フェライト及びパーライトの合計の面積率が９５％以上であり、
パーライトの面積率が５０％以下であり、
円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度が０．２５個／μｍ２以上である肌焼用鋼である。
【００１１】
本発明の態様２は、Ｍｏ：０．０１質量％〜１．００質量％をさらに含有する態様１に記載の肌焼用鋼である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、高温で浸炭処理を行った場合であっても、結晶粒の粗大化を十分に抑制することができる肌焼用鋼が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ピン止め粒子としてＴｉＣに加えてＡｌＮを利用し、且つ適切に鋼組織を制御することにより、例えば１０２０℃のような高温で浸炭処理を行った場合であっても、結晶粒の粗大化を十分に抑制できることを見出した。より具体的には、Ａｌ含有量及びＮ含有量を高め、Ｔｉを少量又は微量添加して、ＴｉＣを確保しつつ、所定のサイズのＡｌＮの数密度を適切に制御し、それに加えて、フェライト及びパーライトを主相としつつ、パーライトの面積率を適切に制御することにより、結晶粒の粗大化を十分に抑制できる。
以下に、本発明の実施形態に係る肌焼用鋼の詳細を説明する。
【００１４】
１．鋼組織
本発明の実施形態に係る肌焼用鋼は、
全鋼組織に対して、
フェライト及びパーライトの合計の面積率が９５％以上であり、
パーライトの面積率が５０％以下であり、
円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度が０．２５個／μｍ２以上である。
以下、各構成について詳述する。
【００１５】
（１）フェライト及びパーライトの合計の面積率：９５％以上
本発明の実施形態に係る肌焼用鋼は、全鋼組織に対してフェライト及びパーライトの合計の面積率が９５％以上である。以下、当該面積率を有する組織を「フェライト・パーライト組織」と呼ぶことがある。残部組織として、例えば、ベイナイト、マルテンサイト及び残留オーステナイト等が挙げられる。残部組織の面積率が５％より大きくなる、すなわち、フェライト及びパーライトの合計の面積率が９５％より小さくなると、初期のオーステナイト粒が不均一となるため結晶粒が粗大化する。
また、パーライト組織ではオーステナイト粒の核生成は界面からのみであるのに対して、ベイナイト組織では界面に加え、ベイナイト内部からもオーステナイト粒の核生成が起こる。そのため、例えば、フェライト、パーライト及びベイナイトからなる組織の場合、オーステナイト粒が粗大な部分（パーライトであった部分）と微細な部分（ベイナイトであった部分）が生じることがある。その結果、初期のオーステナイト粒が不均一となることがあるため、結晶粒の粗大化が進行しやすくなることがある。従って、初期のオーステナイトの均一性を考慮すると、残部組織の面積率は小さいことが好ましく、フェライト及びパーライトの合計の面積率は、好ましくは９８％以上であり、最も好ましくは１００％である。
（２）パーライトの面積率：５０％以下
フェライト・パーライト組織を有する鋼材では、浸炭処理の際、炭素が濃化しているパーライトからオーステナイトに変態していく。そのため、全鋼組織に対してパーライトの面積率が５０％より大きいと、変態の初期にオーステナイトが多く存在することになる。変態の初期からオーステナイトが多いと、残部のフェライトを含む組織が全てオーステナイトになった際、フェライトから変態したオーステナイト粒のサイズと変態の初期から存在していたオーステナイト粒のサイズとの差が大きくなって、一部に粗大な結晶粒が存在する混粒が生じると考えられる。混粒が生じると、粒成長の駆動力が大きくなり、結晶粒の粗大化を抑制することが困難になり、最大結晶粒度が小さくなると考えられる。従って、パーライトの面積率は５０％以下とする。パーライトの面積率は、好ましくは４９．５％以下、より好ましくは４９％以下である。
また、パーライトの面積率が小さくなると、パーライト間距離が離れることになり、また、パーライトの周囲にオーステナイト粒が存在しない（あるいは、極めて少ない）ため、変態の初期に生成するパーライト由来のオーステナイト粒が成長しやすくなると考えられる。そのため、パーライトの面積率が小さくなると、フェライト由来のオーステナイト粒とパーライト由来のオーステナイト粒とのサイズ差が大きくなることがあり、その結果、結晶粒の粗大化が進行しやすくなることがある。従って、パーライトの面積率は、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上である。
【００１６】
（３）円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度：０．２５個／μｍ２以上
ＡｌＮはピン止め粒子として作用し、浸炭処理で加熱保持した際に、オーステナイト成長の駆動力に対抗することができ、結晶粒の粗大化を抑制することができる。しかし、ＡｌＮが粗大過ぎると、ピン止め粒子として有効に機能しないため、円相当径が０．５μｍ以下のＡｌＮについて数密度を制御する。
円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度が０．２５個／μｍ２より小さいと、ピン止め力が不足し、結晶粒の粗大化を十分に抑制することができない。従って、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度は０．２５個／μｍ２以上とする。円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度は、好ましくは０．２７個／μｍ２以上、より好ましくは０．３０個／μｍ２以上である。なお、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度の上限は特に限定されず、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮが多い程、結晶粒の粗大化を抑制する効果が高くなる。
【００１７】
円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度は、例えば、次のようにして測定してよい。
肌焼用鋼から試験片を作製し、試験片の長手方向（肌焼用鋼の圧延方向）に平行な面を切り出し、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて１万倍の倍率（視野：１０６μｍ２）で当該面を観察し、当該面の中心部から長手方向に垂直な方向に左右各５視野の計１０視野のＳＥＭ像を撮影する。当該ＳＥＭ像について、住友金属テクノロジー社製の「粒子解析Ｖｅｒ．３．０」を用いて画像解析を行い、ＡｌＮの円相当径及び数密度を測定する。上記１０視野のＳＥＭ像について円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度を求め、１０視野の平均値を上記試験片の円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度とする。視野内の全ての析出物について、例えばＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）分析を行い、ＡｌＮであるか否か確認してよいが、Ａｌ量及びＮ量等を考慮し、析出物の大部分がＡｌＮであると考えられる場合には、測定を簡便にするため、視野内の析出物は全てＡｌＮであるとしてよい。
【００１８】
２．化学成分組成
本発明の実施形態に係る肌焼用鋼は、
Ｃ  ：０．１０質量％〜０．３０質量％、
Ｓｉ：０．０１質量％〜２．０質量％、
Ｍｎ：０．１質量％〜２．０質量％、
Ｐ  ：０質量％超、０．０３０質量％以下、
Ｓ  ：０質量％超、０．０３０質量％以下、
Ｃｕ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｎｉ：０質量％超、０．１質量％以下、
Ｃｒ：０．５質量％〜２．０質量％、
Ａｌ：０．０３０質量％〜０．１００質量％、
Ｎ  ：０．０１６０質量％〜０．０５００質量％、及び
Ｔｉ：０．００２５質量％〜０．１０００質量％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。
以下、各元素について詳述する。
【００１９】
（１）Ｃ：０．１０質量％〜０．３０質量％
Ｃは鋼材の硬さを確保するために有効な元素である。Ｃ含有量が少なく過ぎると、硬さが不足して浸炭部品としての静的強度が不足する。そのため、Ｃ含有量は０．１０質量％以上とする。一方、Ｃを過剰に添加すると、鍛造性が低下するため、Ｃ含有量は０．３０質量％以下とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．１１質量％以上、より好ましくは０．１２質量％以上であり、好ましくは０．２７質量％以下、より好ましくは０．２５質量％以下である。
【００２０】
（２）Ｓｉ：０．０１質量％〜２．０質量％
Ｓｉは焼戻し硬さを高めて機械構造部品の疲労特性を改善するのに有効であり、また、脱酸作用を有する元素である。このような作用を有効に発揮させるため、Ｓｉ含有量は０．０１質量％以上とする。但し、Ｓｉを過剰に添加すると、鋼材硬さが高くなって鍛造性が低下するため、Ｓｉ含有量は２．０質量％以下とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．０２質量％以上、より好ましくは０．０３質量％以上であり、好ましくは１．９質量％以下、より好ましくは１．８質量％以下である。
【００２１】
（３）Ｍｎ：０．１質量％〜２．０質量％
Ｍｎは浸炭処理時の焼入れ性を高めるのに必要な元素であり、また、脱酸材としても作用し、鋼中の酸化物系介在物量を低減して内部品質を高める作用を有する元素である。このような作用を有効に発揮するため、Ｍｎ含有量は０．１質量％以上とする。一方、Ｍｎを過剰に添加すると、鋼材硬さが高くなって鍛造性が低下するため、Ｍｎ含有量は２．０質量％以下とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．２質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上であり、好ましくは１．９質量％以下、より好ましくは１．８質量％以下である。
【００２２】
（４）Ｐ：０質量％超、０．０３０質量％以下
Ｐは不純物として不可避的に存在する元素であり、結晶粒界に偏析して機械構造部品の衝撃特性を低下させる。そのため、Ｐ含有量は０．０３０質量％以下とする。Ｐ含有量は、好ましくは０．０２５質量％以下、より好ましくは０．０２０質量％以下である。Ｐ含有量は少なければ少ない程好ましく、０質量％であることが最も好ましいが、純度を高める程製造コストが増加するため、製造コストを考慮すると、Ｐは０質量％超、例えば、０．００３質量％以上、あるいは０．００５質量％以上残存することがある。
【００２３】
（５）Ｓ：０質量％超、０．０３０質量％以下
Ｓは不純物として不可避的に存在する元素であり、結晶粒界に偏析して機械構造部品の衝撃特性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は０．０３０質量％以下とする。Ｓ含有量は、好ましくは０．０２５質量％以下、より好ましくは０．０２０質量％以下である。Ｓ含有量は少なければ少ない程好ましく、０質量％であることが最も好ましいが、純度を高める程製造コストが増加するため、製造コストを考慮すると、Ｓは０質量％超、例えば、０．００３質量％以上、あるいは０．００５質量％以上残存することがある。
【００２４】
（６）Ｃｕ：０質量％超、０．１質量％以下
Ｃｕは焼鈍後のパーライト面積率を高める効果があるため、パーライト面積率を適正に制御する観点から、Ｃｕ含有量は０．１質量％以下とする。一方、製造コストを抑えるため、Ｃｕは０質量％超添加する必要がある。Ｃｕ含有量は、好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上であり、好ましくは０．０９質量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下である。
【００２５】
（７）Ｎｉ：０質量％超、０．１質量％以下
Ｎｉは焼鈍後のパーライト面積率を高める効果があるため、Ｎｉ含有量は０．１質量％以下とする。一方、製造コストを抑えるため、Ｎｉは０質量％超添加する必要がある。Ｎｉ含有量は、好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上であり、好ましくは０．０９質量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下である。
【００２６】
（８）Ｃｒ：０．５質量％〜２．０質量％
Ｃｒは鋼材の焼入れ性を向上させる元素であり、安定した硬化層深さ及び芯部硬さを十分に確保する作用を有し、機械構造部品としての静的強度及び疲労強度を確保する上で有効である。このような効果を有効に発揮するため、Ｃｒ含有量は０．５質量％以上とする。一方、Ｃｒを過剰に添加すると、鋼材硬さが高くなって鍛造性が低下するため、Ｃｒ含有量は２．０質量％以下とする。Ｃｒ含有量は、好ましくは０．６質量％以上、より好ましくは０．７質量％以上であり、好ましくは１．９質量％以下、より好ましくは１．８質量％以下である。
【００２７】
（９）Ａｌ：０．０３０質量％〜０．１００質量％
ＡｌはＮと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒の粗大化を抑制するのに有効な元素である。このような効果を発揮するため、Ａｌ含有量は０．０３０質量％以上とする。一方、Ａｌを過剰に添加すると、鋼材硬さが高くなって鍛造性が低下するため、Ａｌ含有量は０．１００質量％以下とする。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０３２質量％以上、より好ましくは０．０３４質量％以上であり、好ましくは０．０９０質量％以下、より好ましくは０．０８０質量％以下である。
【００２８】
（１０）Ｎ：０．０１６０質量％〜０．０５００質量％
ＮはＡｌと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒の粗大化を抑制するのに有効な元素である。このような効果を発揮するため、Ｎ含有量は０．０１６０質量％以上とする。一方、Ｎが過剰であると、ＡｌＮが粗大化するため、円相当径が０．５μｍ以下のＡｌＮが減少する。その結果、結晶粒の成長を抑制する力が減少し、結晶粒が粗大化するため、Ｎ含有量は０．０５００質量％以下とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．０１６５質量％以上、より好ましくは０．０１７０質量％以上であり、好ましくは０．０４９０質量％以下、より好ましくは０．０４８０質量％以下である。
【００２９】
（１１）Ｔｉ：０．００２５質量％〜０．１０００質量％
ＴｉはＣと結合してＴｉＣを形成し、結晶粒の粗大化を抑制するのに有効な元素である。このような効果を発揮するため、Ｔｉ含有量は０．００２５質量％以上とする。一方、Ｔｉを過剰に添加すると、粗大なＴｉＮが生成し、部品加工時の切削性が低下するため、過剰な添加は好ましくはない。従って、Ｔｉ含有量は０．１０００質量％以下とする。Ｔｉ含有量は、好ましくは０．００２８質量％以上、より好ましくは０．００３０質量％以上であり、好ましくは０．０９００質量％以下、より好ましくは０．０８００質量％以下、更に好ましくは０．０４００質量％以下、より更に好ましくは０．０１００質量％以下、一層好ましくは０．００９０質量％以下、より一層好ましくは０．００８０質量％以下である。
【００３０】
（１２）残部
基本成分は上記のとおりであり、残部は、Ｆｅ及び不可避不純物である。不可避不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる微量元素（例えば、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｎなど）の混入が許容される。なお、例えば、Ｐ及びＳのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
【００３１】
さらに、本発明の実施形態に係る肌焼用鋼は、必要に応じて以下の任意元素を含有していてもよく、含有される成分に応じて肌焼用鋼の特性が更に改善される。
【００３２】
（１３）その他の元素
Ｍｏ：０．０１質量％〜１．００質量％
Ｍｏは浸炭処理における焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。このような効果をより有効に発揮させるため、Ｍｏ含有量は０．０１質量％以上であることが好ましい。一方、Ｍｏを過剰に添加すると、切削性及び鍛造性が劣化することがあるため、Ｍｏ含有量は１．００質量％以下であることが好ましい。Ｍｏ含有量は、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１０質量％以上であり、より好ましくは０．９５質量％以下、さらに好ましくは０．９０質量％以下である。
【００３３】
３．製造方法
本発明の実施形態に係る肌焼用鋼は、上述の化学成分組成を有する鋼を常法に従って溶製し、常法に従って鋳造して鋼片を作製し、当該鋼片に対して分塊圧延及び熱間圧延を施して圧延材を作製し、当該圧延材を部品の形状に粗成形した後に所定の条件で焼鈍処理を施すことにより製造することができる。
【００３４】
分塊圧延は１２００〜１３００℃で行ってよく、熱間圧延は９００〜１１００℃で行ってよい。
【００３５】
熱間圧延により得られる圧延材は棒鋼であってよく、棒鋼の直径は２０〜１００ｍｍであってよい。
【００３６】
焼鈍処理は当該圧延材を部品の形状に粗成形して得られた中間品に対して行う。粗成形する方法は特に限定されず、常法に従って切削、冷間鍛造又は熱間鍛造等により行ってよい。
以下、焼鈍処理工程の詳細を説明する。
【００３７】
焼鈍処理工程において、オーステナイトからフェライト・パーライト組織に変態させるため、１．０℃／秒以上の平均加熱速度で９００〜９５０℃まで加熱し、９００〜９５０℃で８５分以下第１の保持を行い、６００〜７００℃で２０〜５０分間第２の保持を行い、その後、室温まで冷却する。第１の保持により、全ての組織をオーステナイトに変態させ、次いで第２の保持を行うことにより、オーステナイトをフェライト組織に変態させることができる。当該変態時にはＣが拡散するため、変態するのに十分な時間を確保する必要がある。そのため、第２の保持の時間は２０分間以上である。一方、第２の保持の時間が長すぎるとＡｌＮが粗大化するため、第２の保持の時間は５０分間以下である。第２の保持の時間は、好ましくは２２分間以上、より好ましくは２５分間以上であり、好ましくは４７分間以下、より好ましくは４５分間以下である。
【００３８】
１．０℃／秒以上の平均加熱速度で９００〜９５０℃まで加熱することにより、０．１質量％以下に制御されたＣｕ及びＮｉを含有する鋼の組成と相まって、パーライトの面積率を５０％以下に制御することができる。
【００３９】
９００〜９５０℃で８５分間以下第１の保持を行うことにより、ＡｌＮの粗大化を防止し、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの個数密度を０．２５個／μｍ２以上に制御することができる。
ＡｌＮの粗大化をより抑制する観点から、第１の保持の温度は、好ましくは９４５℃以下、より好ましくは９４０℃以下である。
第１の保持の時間は、好ましくは１５分以上、より好ましくは３０分以上である。
【００４０】
以上のように、粗成形及び焼鈍処理を行って得られた中間品に浸炭処理を施すことにより浸炭部品を製造することができる。
【００４１】
本明細書において「浸炭処理」は、浸炭処理、浸炭窒化処理及び高濃度浸炭処理を含む。
【００４２】
浸炭処理の方法は特に限定されず、例えば、ガス浸炭及び真空浸炭等の公知の方法を採用できる。浸炭処理の条件は特に限定されず、公知の条件を適用できる。浸炭ガスとしては、例えば、ＲＸガス（変性ガス）及びプロパンガスの混合ガスを用いることができる。浸炭処理の温度に加熱する際の雰囲気は、浸炭雰囲気とすればよい。具体的には、カーボンポテンシャルＣＰを０．５〜１．０質量％とし、８５０〜９５０℃で、３０分間〜６時間保持してよい。高温で浸炭処理をする場合には、９５０〜１０２０℃で、３０分間〜４時間保持してよい。浸炭処理後は、常法に従って焼入れし、更に１００〜３００℃に加熱して３０分間〜３時間保持して焼戻しを行ってよい。
【００４３】
浸炭窒化処理の方法は特に限定されず、例えば、ガス浸炭窒化、真空浸炭窒化、高濃度浸炭窒化等の公知の方法を採用できる。浸炭窒化処理の条件は特に限定されず、公知の条件を適用できる。浸炭窒化処理の温度に加熱するときの雰囲気は、浸炭窒化雰囲気とすればよい。具体的には、カーボンポテンシャルＣＰが０．５〜１．０質量％で、ＮＨ３を体積分率で２〜１５％含むプロパンガス雰囲気で、８００〜９００℃で、３０分間〜６時間保持してよい。高温で浸炭窒化処理をする場合には、９００〜１０２０℃で、３０分間〜４時間保持してよい。浸炭窒化処理後は、常法に従って焼入れし、更に１００〜３００℃に加熱して３０分間〜３時間保持して焼戻しを行ってよい。
【００４４】
浸炭窒化処理は、浸炭処理してから浸炭窒化処理してもよい。例えば、浸炭処理として、カーボンポテンシャルＣＰを０．５〜１．０質量％とし、８５０〜９５０℃で、３０分間〜３時間保持してから、浸炭窒化処理として、カーボンポテンシャルＣＰを０．５〜１．０質量％とし、ＮＨ３を体積分率で２〜１５％含むプロパンガス雰囲気で、８００〜９００℃で、３０分間〜３時間保持してよい。高温で浸炭処理してから、高温で浸炭窒化処理する場合には、浸炭処理として、９００〜１０２０℃で、３０分間〜４時間保持してから、浸炭窒化処理として、９００〜１０２０℃で、３０分間〜２時間保持してよい。
【００４５】
高濃度浸炭処理の方法は特に限定されず、例えば、ガス浸炭、真空浸炭等の公知の方法を採用できる。高濃度浸炭処理の条件は特に限定されず、公知の条件を適用できる。浸炭ガスとしては、例えば、ＲＸガス（変性ガス）及びプロパンガスの混合ガスを用いることができる。高濃度浸炭処理の温度に加熱する際の雰囲気は、浸炭雰囲気とすればよい。具体的には、カーボンポテンシャルＣＰを１．０〜１．５質量％として８５０〜９５０℃で、３０分間〜６時間保持してよい。高温で高濃度浸炭処理をする場合には、９５０〜１０２０℃で、３０分間〜４時間保持してよい。高濃度浸炭処理後は、常法に従って焼入れし、更に１００〜３００℃に加熱して３０分間〜３時間保持して焼戻しを行ってよい。
【００４６】
浸炭処理、浸炭窒化処理及び高濃度浸炭処理は、それぞれ２回以上に分けて行ってもよい。
【００４７】
真空浸炭又は真空浸炭窒化する際の真空度は、例えば０．０１ＭＰａ程度以下であってよい。
【００４８】
浸炭処理後、浸炭窒化処理後、高濃度浸炭処理後は、必要に応じて常法に従って研磨、潤滑被膜処理又はショットピーニング処理等を行ってよい。
【００４９】
以上に説明した本発明の実施形態に係る肌焼用鋼の製造方法に接した当業者であれば、試行錯誤により、上述した製造方法と異なる製造方法により本発明に係る肌焼用鋼を得ることができる可能性がある。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述および後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５１】
１．サンプル作製
表１に記載の化学成分組成を有する鋼を転炉で溶製し、連鋳機にて鋼片を作製した。当該鋼片に対して、１２００〜１３００℃で分塊圧延、及び８５０〜１０５０℃で熱間圧延を施して、直径８０ｍｍの棒鋼を作製した。
得られた棒鋼から、直径：８ｍｍ及び高さ（長手方向）：１２ｍｍの円柱状のサンプルを、棒鋼のＤ／４部（棒鋼の表面から棒鋼の直径Ｄの１／４の位置）が上記直径の中心と一致するように切り出した。当該サンプルの長手方向は棒鋼の圧延方向と一致している。
得られたサンプルについて、加工フォーマスタ試験機を用いて１２００℃に加熱した後、長手方向に熱間鍛造を行い、表２に記載の条件で焼鈍処理を施して試験片を作製した。なお、第２の保持の時間は、全ての試験Ｎｏ．で３０分とした。
【００５２】
【表１】
2019183266.tif 000002
【００５３】
【表２】
2019183266.tif 000003
【００５４】
２．鋼組織の面積率の測定
上述のようにして得られた試験片について、試験片の直径を通り且つ長手方向に平行な面を切り出し、ピクラール液を用いて当該面をエッチングした後、光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で当該面を観察し、無作為に選択した１視野の顕微鏡像を撮影した。当該顕微鏡像について、住友金属テクノロジー社製の「粒子解析Ｖｅｒ．３．０」を用いて画像解析を行い、パーライトの面積を測定した。パーライト以外の残部の組織はフェライトであった。
【００５５】
３．円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度の測定
上述のようにして得られた試験片について、試験片の直径を通り且つ長手方向に平行な面を切り出し、ナイタール液（エタノールと３％硝酸との混合液）を用いて当該面をエッチングした後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて１万倍の倍率（視野：１０６μｍ２）で当該面を観察し、当該面の中心部から長手方向に垂直な方向に、無作為に選択した左右各５視野の計１０視野のＳＥＭ像を撮影した。当該ＳＥＭ像について、住友金属テクノロジー社製の「粒子解析Ｖｅｒ．３．０」を用いて画像解析を行い、ＡｌＮの円相当径及び数密度を測定した。上記１０視野のＳＥＭ像について円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度を求め、１０視野の平均値を上記試験片の円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度とした。視野内の析出物は全てＡｌＮであるとした。
【００５６】
４．最大結晶粒度の測定
上述のようにして得られた試験片について、ＩＨＩ社製の真空浸炭炉を用いて、真空雰囲気下で、１０２０℃で３時間保持し、次いで８５０℃で０．５時間保持して浸炭処理を施した。
【００５７】
上記のようにして浸炭処理を施した試験片について、試験片の直径を通り且つ長手方向に平行な面を切り出し、ナイタール液（エタノールと３％硝酸との混合液）を用いて当該面をエッチングした後、光学顕微鏡を用いて１０〜５０倍の倍率で当該面の全体を観察し、当該面に存在する全ての結晶粒のうち、最大径が最も大きい結晶粒（以下、「最大結晶粒」と呼ぶことがある）を特定した。光学顕微鏡を用いて１００倍の倍率で最大結晶粒を観察し、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１（２０１３）の附属書Ａの結晶粒度標準図と最大結晶粒とを比較し、最大結晶粒と最も近い粒度を有する（すなわち、最大結晶粒と近い大きさの粒が最も多い）結晶粒度標準図の粒度番号を最大結晶粒度とした。なお、浸炭処理による影響の大きい表層部（試験片の表面から０．３ｍｍの範囲）以外を観察対象とした。
最大結晶粒度が３．５以上のものを合格（○）と評価し、３．５未満のものを不合格（×）と評価した。
【００５８】
パーライトの面積率、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度及び最大結晶粒度の測定結果を表２に示す。なお、表２中、「析出物個数密度」は円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度を意味する。
【００５９】
５．まとめ
Ｎｏ．１〜３、６、８、１０及び１１はいずれも本発明の実施形態で規定する要件を満足する実施例であり、１０２０℃の高温で浸炭処理を行った場合であっても結晶粒の粗大化を十分に抑制することができた。
【００６０】
これに対して、Ｎｏ．４は、Ｎｉ量が多いため、パーライトの面積率が大きく、最大結晶粒度が小さくなり、結晶粒の粗大化を十分に抑制することができなかった。
【００６１】
これに対して、Ｎｏ．５は、Ｃｕ量が多いため、パーライトの面積率が大きく、最大結晶粒度が小さくなり、結晶粒の粗大化を十分に抑制することができなかった。
【００６２】
サンプルＮｏ．７は、Ｔｉ量が少ないため、ＴｉＣが不足し、最大結晶粒度が小さくなり、結晶粒の粗大化を十分に抑制することができなかった。
【００６３】
サンプルＮｏ．９は、焼鈍処理の第１の保持の時間が長いため、円相当径０．５μｍ以下のＡｌＮの数密度が小さく、最大結晶粒度が小さくなり、結晶粒の粗大化を十分に抑制することができなかった。