(57)【要約】      （修正有）【課題】高い疲労強度を有するとともに、被削性、特に、切削工具のチッピングを抑制出来て、安定して平滑な切削面を与え得る機械構造用鋼の提供。【解決手段】機械構造用鋼である。質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：０．０４〜０．１５％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．０１５〜０．０３０％、Ｃｕ：≦０．３０％、Ｎｉ：≦１．００％、Ｃｒ：１．０〜２．０％、Ｍｏ：≦１．００％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、及び、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含み、残部Ｆｅ及び不純物からなり、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、１０．０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦３．９０、５．４４×［Ｓｉ］＋３４．６×［Ｓ］≧１．０６、［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］≦１．００％を満たし、主としてフェライト・パーライト組織からなることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：０．０４〜０．１５％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．０１５〜０．０３０％、Ｃｕ：≦０．３０％、Ｎｉ：≦１．００％、Ｃｒ：１．０〜２．０％、Ｍｏ：≦１．００％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、及び、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含み、残部Ｆｅ及び不純物からなり、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、
１０．０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦３．９０
５．４４×［Ｓｉ］＋３４．６×［Ｓ］≧１．０６
［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］≦１．００
を満たし、主としてフェライト・パーライト組織からなることを特徴とする機械構造用鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてフェライト・パーライト組織からなる機械構造用鋼に関し、特に、加工性に優れるとともに疲労強度にも優れる機械構造用鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械構造用のＪＩＳ合金鋼として、クロム鋼のＳＣｒ４２０やクロムモリブデン鋼のＳＣＭ４２０などが知られている。これらの合金鋼は、一般的に、鍛造材を熱処理し切削加工のような機械加工を施した後に、必要に応じて疲労強度を高める目的で浸炭などの表面処理を与えて供される。ここで、切削加工における被削性を高めるには、ＭｎＳのような介在物を析出させることが有効とされているが、一方で、介在物による疲労強度の低下も指摘される。そこで、介在物の析出を抑制しつつ、被削性を高めることのできる機械構造用鋼も提案されている。
【０００３】
ところで、機械構造用鋼の被削性については、切削加工時の切り屑を細かく分断して切削工具と被切削物との間にこれを貯留させず、排出し易くして切削抵抗を低く抑え、平滑な切削面を与えることが重要とされる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、被削性のうち特に切り屑処理性に優れる機械構造用鋼を開示している。切り屑を分断し易くするためには、フェライト及び球状化セメンタイトからなる組織であって、該フェライトのうちで球状化セメンタイトを含まないフェライトを一定とすることが好ましいことを述べている。かかる鋼は、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：０．３０〜０．７０％、Ｍｎ：０．７〜１．３％、Ｓ：０．００２〜０．０１２％、Ｃｒ：１．２０〜１．７０％、Ａｌ：０．００５〜０．０３５％、及び、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％を含み、不純物としてのＰとＯの上限を規定し、Ｓの量を極力抑えつつＳｉの量を所定量以上与えると述べている。ここでＳｉについては、せん断強度特性における降伏比の上昇を抑制し、切り屑形成におけるせん断歪みを低い応力で発生させ、被切削物（機械構造用鋼）の硬さが同等、あるいは高くなる場合にあっても、切削抵抗を減少させ得ると述べている。
【０００５】
更に、被削性について、切削加工時の切り屑を細かく分断して安定して平滑な切削面を与えることと関連し、切削工具に突発的な欠け（チッピング）を生じさせてしまうと、被切削物の切削面の平滑性が急激に損なわれることになる。
【０００６】
例えば、特許文献２では、切削工具のチッピングは切削加工中における切削抵抗の主分力の変動幅を小さくすることで抑制し得て、これには被切削物（機械構造用鋼）がフェライト・パーライト組織を有し、その組織に占めるフェライトの割合を一定として、引張特性における降伏比（０．２％耐力／引張強さ）を小さくすることが有効であることを開示している。かかる鋼は、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：０．１５〜０．５０％、Ｍｎ：０．７０〜１．３０％、Ｓ：０．０１５％以下、Ｃｒ：１．２５〜１．８０、Ａｌ：０．００５〜０．０３５％、及び、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％を含み、ＳｉとＣｒを合わせた量及び不純物としてのＰとＯの上限を規定し、フェライト強化元素であるＳｉ量を増やす一方、熱処理条件を選択することで降伏比を低下させ得るとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１２６９５３号公報
【特許文献２】特開２０１１−８９１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、ＭｎＳのような介在物を析出させずに疲労強度の低下を抑制した機械構造用鋼において、成分組成のうちの主にＳｉやＣｒ量や組織を制御することで、被削性、特に、切削工具のチッピングを抑制出来る。一方で、この成分組成の制御において、疲労強度を低下させてしまうことが考慮された。
【０００９】
本発明は、上記した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、高い疲労強度を有するとともに、被削性、特に、切削工具のチッピングを抑制出来て、安定して平滑な切削面を与え得る機械構造用鋼の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による機械構造用鋼は、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．２５％、Ｓｉ：０．０４〜０．１５％、Ｍｎ：０．６〜１．０％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．０１５〜０．０３０％、Ｃｕ：≦０．３０％、Ｎｉ：≦１．００％、Ｃｒ：１．０〜２．０％、Ｍｏ：≦１．００％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、及び、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含み、残部Ｆｅ及び不純物からなり、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、１０．０×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋［Ｃｒ］≦３．９０、５．４４×［Ｓｉ］＋３４．６×［Ｓ］≧１．０６、［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］≦１．００を満たし、主としてフェライト・パーライト組織からなることを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、高い疲労強度を有するとともに、これを切削加工するために使用される切削工具のチッピングを抑制出来て、結果として、安定して平滑な切削面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例及び比較例の成分組成の図である。
【図２】（ａ）旋削試験片の斜視図及び（ｂ）疲労試験片の正面図である。
【図３】実施例及び比較例の試験結果を示す図である。
【図４】式１に対する疲労限応力比の関係を示す図である。
【図５】式２に対する逃げ面欠損寿命比の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明者は、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て、焼準後（焼きならし後）において主としてフェライト・パーライト組織からなる機械構造用鋼の評価を重ねた。その結果、（１）Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量が浸炭処理などの表面硬化熱処理された表層近傍の粒界酸化に影響を与え、曲げ疲労強度を大きく変化させること、（２）Ｓｉ及びＳの含有量がこれを切削加工するときに使用される切削工具の寿命、特にチッピング寿命に影響を与えることを見出した。以下にこの評価試験の結果などを示す。
【００１４】
機械構造用鋼の評価試験として、疲労強度を評価するための回転曲げ疲労試験と、これを切削加工するときに使用される切削工具のチッピング寿命から機械構造用鋼の被削性を評価するための旋削試験とを行った。まず、これらの試験に用いた試験片について説明する。
【００１５】
まず、図１の実施例１乃至８及び比較例１乃至１０に示すような成分組成を有する１５０ｋｇ鋼塊を真空誘導炉によって造塊し、熱間鍛造を行った後、焼準のために９１０℃にて１．５時間保持し空冷する熱処理を行った。これにより、主としてフェライト・パーライト組織からなる焼きならし鋼を得られる。ここでは、断面の面積率で１０％以下のベイナイト組織を含み得る。続いて、機械加工により、回転曲げ疲労試験に用いる疲労試験片と、旋削試験に用いる旋削試験片とを切り出す。図２（ａ）に示すように、旋削試験片２０はφ６０×２００Ｌの段付き丸棒であって、長さ１８６ｍｍの試験部２１と、その長手方向の一端側の径の小さなチャック部２２とからなる。また、図２（ｂ）に示すように、疲労試験片１０は平滑なφ８の平行部を有する小野式回転曲げ疲労試験片である。前述したように切り出された試験片に表面硬化熱処理として、表層近傍における炭素の含有量の目標値を０．８質量％となるように浸炭処理を施して疲労試験片１０を得る。
【００１６】
次に、回転曲げ疲労試験及び旋削試験の方法について説明する。
【００１７】
回転曲げ疲労試験では、小野式回転曲げ疲労試験機に疲労試験片１０を取り付け、室温、大気中にて回転数を３６００ｒｐｍとして完全両振り（応力比Ｒ＝−１）で繰り返し疲労を与えた。複数の疲労試験片１０からＳＮ曲線を求め、１０７回の繰り返し数で破断しない限界応力を測定し、これを疲労限応力とした。さらに、従来材であるＳＣＭ４２０相当材（ハーフＭｏ）を用いた比較例１の疲労限応力を１としたきの比で疲労限応力比を表す。なお、本発明としての疲労限応力比の基準値は、基準となる比較例１における疲労限応力比の１０５％以上、すなわち１．０５以上とした。
【００１８】
旋削試験では、まず、旋削試験片２０のチャック部２２を旋盤にチャッキングして、試験部２１をφ５８となるまで予加工する。かかる予加工においては、切削工具として予加工用バイトを用い、試験部２１の偏心を少なくするとともに、表面を所定の機械加工肌にする。続いて、切削工具を新品のチップ（試験用バイト）に取り替え、旋削試験加工を開始する。旋削試験加工では、切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み深さ１．０ｍｍとし、水溶性切削油剤を用いて試験部２１がφ２８となるまで加工を行う。試験用バイトのチップが後述する寿命と判定されるまでは、旋削試験片２０を交換しつつ、予加工及び旋削試験加工とを切削工具を予加工用バイト及び試験用バイトに都度交換しながら旋削加工を継続する。
【００１９】
試験用バイトのチップの寿命は、試験用バイトのチップの横逃げ面において、刃先から工具切れ刃に対して垂直方向に２５０μｍ幅の欠損を生じたときとする。このチップの逃げ面欠損寿命は、チップの寿命に達するまでの旋削試験加工に要した時間の合計とした。さらに、従来材であるＳＣＭ４２０相当材を用いた比較例１の寿命を１としたときの比で逃げ面欠損寿命比を表す。なお、本発明としての逃げ面欠損寿命比の基準値は、基準となる比較例１における逃げ面欠損寿命比以上、すなわち１．００以上とした。
【００２０】
次に、上記した実施例１乃至８及び比較例１乃至１０の機械構造用鋼における回転曲げ疲労試験及び旋削試験の結果を図３にまとめた。これらの試験結果について説明する。
【００２１】
実施例１乃至８は、従来材であるＳＣＭ４２０相当材を用いた比較例１に対して、Ｓｉの含有量を減じて、Ｓの含有量を増加させた焼きならし鋼である（図１参照）。かかる実施例では、疲労限応力比は１．０５〜１．１３となって上記した基準値を満たした。また、逃げ面欠損寿命比は１．０２〜１．６７となって、上記した基準値を満たした。すなわち、実施例１乃至８の機械構造用鋼によれば、従来材による機械構造用鋼に比較して高い疲労強度を有するとともに、これを切削加工するために使用される切削工具のチッピングを従来材と少なくとも同等以下に抑制出来て切削性にも優れる。
【００２２】
一方、比較例１に対し、Ｓｉの含有量を０．０５質量％まで減じた比較例２（図１参照）では、疲労限応力比は１．１０と基準値を満たしたものの、逃げ面欠損寿命比が０．１４と基準値を大幅に下回った。
【００２３】
比較例１に対し、Ｓｉ及びＳの含有量を減じた比較例３（図１参照）では、疲労限応力比は０．９９、逃げ面欠損寿命比は０．３７と、ともに基準値を満たさなかった。
【００２４】
比較例１に対し、Ｓｉの含有量を減じてＭｎの含有量を増加させた比較例４（図１参照）では、逃げ面欠損寿命比は１．０４と基準値を満たしたものの、疲労限応力比は０．９６と基準値を満たさなかった。
【００２５】
比較例１に対し、Ｓｉの含有量を減じてＣｒの含有量を増加させた比較例５（図１参照）では、疲労限応力比は０．９９と比較例１よりも低く基準値を満たさず、また、逃げ面欠損寿命比は０．３９と基準値を満たさなかった。
【００２６】
比較例１に対し、Ｐの含有量を増加させた比較例６、及び、Ｓの含有量を増加させた比較例７（図１参照）では、逃げ面欠損寿命比はそれぞれ１．１４及び１．４７と基準値を満たすものの、疲労限応力比はそれぞれ０．９８及び０．９１と比較例１よりも低く基準値を満たさなかった。
【００２７】
比較例１に対し、Ｃｒの含有量を増加させた比較例８（図１参照）では、逃げ面欠損寿命比は１．１８と基準値を満たすものの、疲労限応力比は１．００と比較例１と同等の値となり基準値を満たさなかった。
【００２８】
比較例１に対し、比較例２と同様にＳｉの含有量を０．０５質量％まで減じた比較例９（図１参照）では、疲労限応力比は１．１０と基準値を満たしたものの、逃げ面欠損寿命比が０．１０と基準値を大幅に下回った。
【００２９】
比較例１に対し、ｓ−Ａｌ及びＮの含有量を減じた比較例１０（図１参照）では、逃げ面欠損寿命比は１．４７と基準値を満たすものの、疲労限応力比は１．０１と比較例１よりは大きいものの基準値を満たさなかった。
【００３０】
更に、実施例１乃至８及び比較例１乃至１０の鋼における疲労限応力比と逃げ面欠損寿命比の傾向について、図４及び図５を用いて説明する。
【００３１】
酸素との結合力の強い元素、例えば、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒなどの元素を含む鋼において、浸炭処理で曲げ疲労強度が低下してしまう原因の１つとして、結晶粒界の酸化（粒界酸化）がある。浸炭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などと反応して酸化物を生成する。一方、結晶粒界の近傍では、合金中に固溶したこれらＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒなどが局所的に欠乏することになる。故に、焼入れ性が低下しマルテンサイトの生成が阻害され、不完全焼入れ層を起因として曲げ疲労強度が低下してしまうのである。
【００３２】
そこで、このような粒界酸化の進行に対する尺度としての粒界酸化パラメータＮｇｏについて、実施例１乃至８を含む一連の機械構造用鋼のＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの含有量と疲労限応力比とについて回帰計算を行って求めた。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。
【００３３】
図４に示すように、粒界酸化パラメータＮｇｏが３．９０以下の範囲内ならば、疲労限応力比は基準値を上回る。つまり、粒界酸化パラメータＮｇｏを３．９０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、疲労限応力比を基準値である１．０５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］≦３．９０    （式１）
【００３４】
なお、比較例６、比較例７及び比較例１０は、粒界酸化パラメータＮｇｏがそれぞれ３．８０、３．７５及び３．６０であって、式１を満たしている。しかしながら、疲労限応力比はそれぞれ０．９８、０．９１及び１．０１であり、基準値を下回っている。比較例６及び比較例７は、Ｐ又はＳの含有量が多く、介在物を多く生成し、結晶粒界の強度を低下させたためと考えられる。また、比較例１０は、ｓ−Ａｌ及びＮの含有量が少なく、結晶粒の微細化をもたらすＡｌＮの析出が少ないため結晶粒が粗くなったと考える。
【００３５】
また、上記したように、被削材を加工する切削工具の逃げ面の欠損による寿命は、被削材のＳｉ及びＳの含有量に影響を受ける。すなわち、Ｓｉは、切削加工中に切削工具の表面に酸化皮膜を形成させて、切削工具のチッピングを低減させ得る。かかる酸化皮膜については、潤滑性を向上させて切削抵抗を減少させるものと推測される。また、Ｓは、介在物としてＭｎＳを形成し、切り屑を細かく分断しやすくさせて、切削抵抗を減少させ得るのである。
【００３６】
そこで、このような切削工具の逃げ面の欠損寿命に対する尺度としての逃げ面欠損パラメータＮｖｂについて、実施例１乃至８を含む一連の機械構造用鋼のＳｉ、Ｓの含有量と逃げ面欠損寿命比とについて回帰計算を行って求めた。すなわち、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、逃げ面欠損パラメータＮｖｂは、
Ｎｖｂ＝５．４４×［Ｓｉ］＋３４．６×［Ｓ］−０．７１
である。
【００３７】
図５に示すように、逃げ面欠損パラメータＮｖｂが０．３５以上の範囲内ならば、逃げ面欠損寿命比は基準値を上回る。つまり、逃げ面欠損パラメータＮｖｂを０．３５以上の範囲内となるように鋼に含まれるＳｉ、Ｓの成分を調整することで、逃げ面欠損寿命比を基準値である１．００以上の範囲内に制御し得る。すなわち、以下の式２を満たす場合である。
Ｎｖｂ＝５．４４×［Ｓｉ］＋３４．６×［Ｓ］−０．７１≧０．３５    （式２）
つまり、
５．４４×［Ｓｉ］＋３４．６×［Ｓ］≧１．０６                    （式３）
を満たすことが必要である。
【００３８】
なお、逃げ面欠損寿命は旋削加工の条件によっても変化し、例えば、切削速度の比較的高い領域において従来材に比べて逃げ面欠損寿命が長くなる傾向も観察されている。
【００３９】
以上、述べてきたように、従来材に対して、Ｓｉの含有量を減じつつＳの含有量を増加させ、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、浸炭処理などの表面硬化熱処理における粒界酸化を抑制することで、従来材よりも高い曲げ疲労強度を確保できる。加えて、Ｓｉ及びＳの含有量を（式２）を満たすように調整することで、従来材と同等以上の逃げ面欠損寿命を得ることができる。つまり、高い疲労強度を有するとともに、これを切削加工するために使用される切削工具のチッピングを抑制出来て、安定して平滑な切削面を与え得る機械構造用鋼を提供できる。
【００４０】
これらの結果に基づいて、上記した実施例１乃至８に示す成分組成の鋼によって得られる機械構造用鋼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。
【００４１】
Ｃは、表面硬化熱処理後に機械構造用鋼として必要とされる機械的強度、特に心部の強度を確保するために必須の添加元素である。すなわち、Ｃの添加量が少なすぎると、心部強度を確保できない。一方、Ｃの添加量が多すぎると、熱間鍛造性や機械加工性といった製造性を低下させてしまう。そこで、Ｃの含有量は、質量％で、０．１５〜０．２５％の範囲内である。
【００４２】
Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤であり、更に、鋼の焼入れ性を高める。また、切削加工中には切削工具の表面に酸化皮膜を形成させ、切削工具の寿命を向上させ得る。しかし、Ｓｉの添加量が多すぎると、表面硬化熱処理時に粒界酸化を進行させ、機械構造用鋼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、０．０４〜０．１５％の範囲内である。
【００４３】
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高め、機械構造用鋼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、機械構造用鋼として必要とされる機械的強度を確保できない。一方、上記したように、Ｍｎの添加量が多すぎると、表面硬化熱処理時に粒界酸化が進行し、機械構造用鋼として必要とされる曲げ疲労強度が確保できない。そこで、Ｍｎの含有量は、質量％で、０．６〜１．０％の範囲内である。
【００４４】
Ｐは、結晶粒界を脆化させて機械的強度を低下させるとともに疲労強度を低下させ得る。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軽微でもある。また、含有量を極度に低減させると精錬プロセスが長くなってしまうことから、コストを増大させる原因ともなり得る。そこで、Ｐの含有量は、質量％で０．０３０％以下とした。
【００４５】
Ｓは、不可避的に鋼中に存在するが、Ｍｎと結合してＭｎＳ介在物を生成し、切り屑を細かく分断しやすくさせる。すなわち切り屑の破砕性を向上させ得る。Ｓの含有量が少なすぎると、切り屑の破砕性が低下し、加工性を低下させ得る。一方、Ｓの含有量が多すぎると、応力集中の起点となる介在物を増加させ、機械構造用鋼として必要とされる疲労強度の確保が困難となる。そこで、Ｓの含有量は質量％で０．０１５〜０．０３０％の範囲内である。
【００４６】
Ｃｕは、鋼の焼入れ性を向上させ得る。しかし、添加量に対する効果は徐々に飽和し、またコストの増大要因ともなり得る。そこで、Ｃｕの含有量は、質量％で０．３０％以下の範囲内である。
【００４７】
Ｎｉは、鋼の焼入れ性を向上させ、鋼の耐摩耗性を向上させ得る。しかし、添加量に対する効果は徐々に飽和し、またコストの増大要因ともなり得る。そこで、Ｎｉの含有量は、質量％で１．００％以下の範囲内である。
【００４８】
Ｍｏは、鋼の焼入れ性を向上させ、鋼の耐摩耗性を向上させ得る。しかし、添加量に対する効果は徐々に飽和し、またコストの増大要因ともなり得る。そこで、Ｍｏの含有量は、質量％で１．００％以下の範囲内である。
【００４９】
なお、Ｎｉ及びＭｏは、ほぼ等価に鋼の耐摩耗性を向上させ得るため、Ｎｉ及びＭｏの含有量の合計を質量％で１．００％以下の範囲内、すなわち、元素Ｍの質量％を［Ｍ］とすると、［Ｎｉ］＋［Ｍｏ］≦１．００とされる。
【００５０】
Ｃｒは、鋼の焼入れ性を向上させ、機械的強度を向上させ得る。つまり、Ｃｒの添加量が少なすぎると焼入れ性が不足し曲げ疲労強度を低下させ得る。一方、Ｃｒの添加量が多すぎると、上記したように、表面硬化熱処理時に粒界酸化が進行し、機械構造用鋼として必要とされる曲げ疲労強度が確保できない。そこで、Ｃｒの含有量は、質量％で、１．０〜２．０％の範囲内である。
【００５１】
ｓ−Ａｌは、溶鋼の脱酸作用を有する。また、Ｎと結合して結晶粒を微細化させるＡｌＮを形成し、機械構造用鋼として必要とされる曲げ疲労強度を向上させ得る。しかし、ｓ−Ａｌの含有量が多すぎると、介在物を増加させ、機械構造用鋼として必要とされる曲げ疲労強度が確保できない。そこで、ｓ−Ａｌの含有量は、質量％で０．０１０〜０．０５０％の範囲内である。
【００５２】
Ｎは、Ａｌ、Ｎｂ、Ｔｉ等と結合して結晶粒を微細化させる窒化物を形成し、機械構造用鋼として必要とされる曲げ疲労強度を向上させ得る。しかし、Ｎの含有量が多すぎると、曲げ疲労強度の向上能は飽和してしまう。そこで、Ｎの含有量は、０．００５〜０．０３０％の範囲内である。
【００５３】
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００５４】
１０  疲労試験片
２０  旋削試験片
２１  試験部
２２  チャック部
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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