(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｃｒ：０．４〜３．５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る工程と、
前記粗部材に対して浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施して浸炭材を得る工程であって、
浸炭温度を９００°以上１０５０℃以下とし、浸炭時のカーボンポテンシャルを０．７％以上１．１％以下とし、浸炭時間を６０分以上２４０分以下とし、恒温保持温度を８２０℃以上８７０℃以下とし、恒温保持処理時のカーボンポテンシャルを０．７％以上０．９％以下とし、焼戻し温度を１６０℃以上２００℃以下とし、焼戻し時間を６０分以上１８０分以下とすることで、
前記浸炭材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で１２〜３５％の残留オーステナイトとを含むとともに、前記マルテンサイトと残留オーステナイトとの合計体積率が９７%以上となる工程と、
前記浸炭材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程であって、
切削工具のすくい角を−３０°超−５°以下とし、工具のノーズを０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とし、送りを０．１ｍｍ／ｒｅｖ超０．４ｍｍ／ｒｅｖ以下とし、切削速度を５０ｍ／分以上１５０ｍ／分以下とし、切り込みを０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることで、
前記基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が２０％以下となり、切削前の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と切削後の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）から式（Ａ）によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが３５％以上となり、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下となり、さらに仕上げ加工時の工具摩耗が抑制される工程と、
を備え、
表層部のＣ含有量が０．６から１．０%であり、表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が１０〜３０％であり、１〜１５μｍの塑性流動組織を有する、製品部材の製造方法。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ≧２．３５  （１）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ≦３３．８  （２）
ここで、式（１）、（２）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
Δγ＝（ＲＩ−ＲＦ）／ＲＩ×１００  （Ａ）
【請求項２】
前記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、請求項１に記載の製品部材の製造方法。
【請求項３】
前記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、請求項１又は２に記載の製品部材の製造方法。
【請求項４】
前記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎｉ：２．５％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、かつ、式（１）及び式（２）に代えて、式（３）及び式（４）を満たす、請求項１から３のいずれか１項に記載の製品部材の製造方法。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ＋１．７７×Ｍｏ＋０．６３×Ｎｉ≧２．３５  （３）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ＋６．７×Ｍｏ＋６．２×Ｎｉ≦３３．８  （４）
ここで、式（３）、（４）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｃｒ：０．４〜３．５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（５）及び式（６）を満たす化学組成を有し、
表層部のＣ含有量が０．６〜１．０％であり、
表面から２０μｍの深さ位置での残留オーステナイトの体積率が２０％以下であり、表面から２０μｍの深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計体積率で９７％以上であり、
表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率が１０〜３０％であり、
前記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｂ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐが２０％以上であり、
表面に厚さ１〜１５μｍの塑性流動組織を有し、
表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である、
ことを特徴とする、製品部材。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ≧２．３５  （５）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ≦３３．８  （６）
ここで、式（５）、（６）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
Δγｐ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１×１００  （Ｂ）
【請求項６】
Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、請求項５に記載の製品部材。
【請求項７】
Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、請求項５又は６に記載の製品部材。
【請求項８】
Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎｉ：２．５％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、式（５）及び式（６）に代えて、式（７）及び式（８）を満たす、請求項５から７のいずれか１項に記載の製品部材。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ＋１．７７×Ｍｏ＋０．６３×Ｎｉ≧２．３５  （７）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ＋６．７×Ｍｏ＋６．２×Ｎｉ≦３３．８  （８）
ここで、式（７）、（８）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品部材の製造方法に関し、さらに詳しくは、浸炭焼入れを施す製品部材の製造方法に関する。また、本発明は製品部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や産業機械に使用される製品部材（例えば、機械構造部品）には、表面硬化処理の一種である浸炭焼入れが施されるものがある。
【０００３】
浸炭焼入れを施す製品部材の製造方法としては、例えば次の方法が挙げられる。即ち、初めに、最終製品に近い形状の粗部材を製造する。製造された粗部材に対して、切削加工を施して、最終製品にさらに近い中間部材を製造する。中間部材に対して浸炭焼入れ、研削加工を順次施して、製品部材を得る。
【０００４】
通常、製品部材には、優れた疲労強度が要求される。疲労強度を高める技術は、特開平３−１２０３１３号公報（特許文献１）、特開平８−２６０１２５号公報（特許文献２）及び特開２００７−２１００７０号公報（特許文献３）に開示されている。
【０００５】
特許文献１には、鋼部材に、強度向上のためのショットピーニングを施し、さらにその極表層部を切削加工する技術が開示されている。特許文献１では、当該技術により、疲労特性及びショットピーニング加工部の被削性が向上する、とされている。
【０００６】
特許文献２には、浸炭焼入れ及び焼戻しを施して表面硬化層を形成した後、表面硬化層を研削除去する技術が開示されている。特許文献２では、当該技術により、疲労強度が高まる、とされている。
【０００７】
特許文献３には、金属部材に対して、すくい面をネガティブ方向に３０〜５０°の範囲で傾けた工具を用いて旋削加工を施す技術が開示されている。特許文献３では、当該技術により、ショットピーニングのような工程を施さなくても、圧縮残留応力を付与して疲労強度を高めることができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−１２０３１３号公報
【特許文献２】特開平８−２６０１２５号公報
【特許文献３】特開２００７−２１００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、昨今の製品部材には、優れた耐摩耗性及び曲げ疲労強度がいずれも要求される。しかしながら、特許文献１〜特許文献３に開示された技術により得られる製品部材では、表層の組織が不適切であるという理由により、耐摩耗性及び疲労強度を両立させることが困難な場合がある。さらに、コスト面を考慮した場合には、切削加工時に工具摩耗を抑制することも望まれる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性及び疲労強度を両立できるとともに、切削加工時の工具摩耗を抑制できる（被削性に優れる）製品部材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記の諸特性を有する製品部材を提供することも併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、切削加工時の切削摩耗を抑制でき、かつ、耐摩耗性、疲労強度及び被削性に優れた製品部材を得ることのできる製造方法について、鋭意検討した。その結果、製品部材の材料となる粗部材の化学組成と、浸炭後の金属組織及び硬さと、切削加工後の金属組織及び算術平均粗さと、を制御すれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び被削性に優れた製品部材を製造できる、との知見を得た。以上の知見に基づき、本発明者らは発明を完成した。その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
［１］質量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｃｒ：０．４〜３．５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る工程と、
上記粗部材に対して浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施して浸炭材を得る工程であって、
浸炭温度を９００°以上１０５０℃以下とし、浸炭時のカーボンポテンシャルを０．７％以上１．１％以下とし、浸炭時間を６０分以上２４０分以下とし、恒温保持温度を８２０℃以上８７０℃以下とし、恒温保持処理時のカーボンポテンシャルを０．７％以上０．９％以下とし、焼戻し温度を１６０℃以上２００℃以下とし、焼戻し時間を６０分以上１８０分以下とすることで、
上記浸炭材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で１２〜３５％の残留オーステナイトとを含むとともに、上記マルテンサイト及び残留オーステナイト以外の他の相が体積率で３％以下となる工程と、
上記浸炭材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程であって、
切削工具のすくい角を−３０°超−５°以下とし、工具のノーズを０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とし、送りを０．１ｍｍ／ｒｅｖ超０．４ｍｍ／ｒｅｖ以下とし、切削速度を５０ｍ／分以上１５０ｍ／分以下とし、切り込みを０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることで、
上記基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が２０％以下となり、切削前の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と切削後の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）から式（Ａ）によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが３５％以上となり、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下となり、さらに切削加工時の工具摩耗が抑制される工程と、
を備える、製品部材の製造方法。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ≧２．３５  （１）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ≦３３．８  （２）
ここで、式（１）、（２）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
Δγ＝（ＲＩ−ＲＦ）／ＲＩ×１００  （Ａ）
【００１３】
[２] 上記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、上記［１］に記載の製品部材の製造方法。
【００１４】
[３] 上記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、上記［１］又は［２］に記載の製品部材の製造方法。
【００１５】
[４] 上記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎｉ：２．５％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、かつ、式（１）及び式（２）に代えて、式（３）及び式（４）を満たす、上記［１］から［３］のいずれか１つに記載の製品部材の製造方法。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ＋１．７７×Ｍｏ＋０．６３×Ｎｉ≧２．３５  （３）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ＋６．７×Ｍｏ＋６．２×Ｎｉ≦３３．８  （４）
ここで、式（３）、（４）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
【００１６】
[５] 質量％で、Ｃ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｃｒ：０．４〜３．５％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（５）及び式（６）を満たす化学組成を有し、
表層部のＣ含有量が０．６〜１．０％であり、
表面から２０μｍの深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計で９７％以上であり、
表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率が１０〜３０％であり、
上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｂ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐが２０％以上であり、
表面に厚さ１〜１５μｍの塑性流動組織を有し、
表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である、
ことを特徴とする、製品部材。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ≧２．３５  （５）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ≦３３．８  （６）
ここで、式（５）、（６）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
Δγｐ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１×１００  （Ｂ）
【００１７】
[６]Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、上記［５］に記載の製品部材。
【００１８】
[７]Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、上記［５］又は［６］に記載の製品部材。
【００１９】
[８]Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ：３．０％以下、Ｎｉ：２．５％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、式（５）及び式（６）に代えて、式（７）及び式（８）を満たす、上記［５］から［７］のいずれか１つに記載の製品部材。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ＋１．７７×Ｍｏ＋０．６３×Ｎｉ≧２．３５  （７）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ＋６．７×Ｍｏ＋６．２×Ｎｉ≦３３．８  （８）
ここで、式（７）、（８）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
【００２０】
[９] 鋼材に対して、浸炭焼入れ焼戻し及び切削加工を施して得られた、上記［５］から［８］のいずれか１つに記載の製品部材。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る製品部材の製造方法では、製品部材の材料となる粗部材の化学組成を調整することを前提に、特に、焼入れ後の浸炭材の金属組織及び硬さと、切削加工後の製品部材の金属組織及び算術平均粗さと、について改良を加えている。その結果、本発明に係る製品部材の製造方法によれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び被削性に優れた製品部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、製品部材の軸方向に垂直な面の走査型電子顕微鏡像である。
【図２】図２は、二円筒摩耗試験に用いる摩耗試験片の側面図である。
【図３】図３は、小野式回転曲げ疲労試験に用いる疲労試験片の側面図である。
【図４】図４は、二円筒摩耗試験方法を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、単に「実施形態」と称する場合がある）を詳細に説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。また、上記実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記実施形態に含まれる各種形態は、当業者が自明の範囲内で任意に組み合わせることができる。なお、図中、同一又は相当する部材には、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２４】
＜製品部材の製造方法＞
本実施形態の製品部材の製造方法は、鋼材を加工して粗部材を得る工程（粗部材製造工程）と、粗部材に対して浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施して浸炭材を得る工程（浸炭材製造工程）と、浸炭材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程（製品部材製造工程）とを含む。
【００２５】
［粗部材製造工程］
本工程では、製品部材の形状に近い所望の形状を有する粗部材を製造する。初めに、鋼材を準備する。
【００２６】
（鋼材の化学組成（必須要件））
鋼材は以下の化学組成を有する。なお、以下に示す各元素の割合（％）は全て質量％を意味する。
【００２７】
Ｃ：０．１〜０．３％
炭素（Ｃ）は、製品部材の強度（特に芯部の強度）を高める。Ｃ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、鋼材の強度が高くなりすぎ、粗部材の被削性が低下する。従って、Ｃ含有量は０．１〜０．３％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．１５％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．２５％である。
【００２８】
Ｓｉ：０．２５％以下
シリコン（Ｓｉ）は浸炭焼入れ及び焼戻し後の切削加工時に、工具と反応して凝着摩耗を引き起こす。そのため、Ｓｉは、工具摩耗を増大させる。従って、Ｓｉ含有量は０．２５％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１５％である。
【００２９】
Ｍｎ：０．４〜２．０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高めるとともに、鋼中の残留オーステナイトを増加させる。Ｍｎを含有するオーステナイトは、Ｍｎを含有しないオーステナイトと比較して、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態しやすい。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が高まる。Ｍｎ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、浸炭焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。そのため、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、切削加工後の製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｍｎ含有量は０．４〜２．０％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限０．８％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．８％である。
【００３０】
Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、粒界に偏析して鋼を脆化する。従って、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方がよい。
【００３１】
Ｓ：０．００５〜０．０２０％
硫黄（Ｓ）は、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成し、被削性を高める。Ｓ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｓ含有量が高すぎれば、粗大なＭｎＳを形成して、鋼の熱間加工性、冷間加工性、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｓ含有量は０．００５〜０．０２０％である。Ｓ含有量の好ましい下限は０.００８％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１５％である。
【００３２】
Ｃｒ：０．４〜３．５％
クロム（Ｃｒ）は鋼の焼入れ性を高め、さらに、残留オーステナイトを増加させる。Ｃｒ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、浸炭焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、製品部材製造工程における切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｃｒ含有量は０．４〜３．５％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０.５％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は３．１％である。
【００３３】
Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化する。その結果、鋼の強度が高まる。Ａｌ含有量が低すぎれば、この効果は得られない。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、硬質で粗大なＡｌ２Ｏ３が生成して、鋼の被削性が低下し、さらに、耐摩耗性及び曲げ疲労強度も低下する。従って、Ａｌ含有量は０．０１０〜０．０５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０２０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％である。
【００３４】
Ｎ：０．０１０〜０．０２５％
窒素（Ｎ）は窒化物を形成して結晶粒を微細化し、鋼の曲げ疲労強度を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、粗大な窒化物が生成して鋼の靱性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．０１０〜００２５％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．０１２％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。
【００３５】
Ｏ：０．００３％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。ＯはＡｌと結合して硬質な酸化物系介在物を形成する。酸化物系介在物は鋼の被削性を低下させ、耐摩耗性及び曲げ疲労強度も低下させる。従って、Ｏ含有量は０．００３％以下である。Ｏ含有量はなるべく低い方がよい。
【００３６】
上記鋼材の化学組成の残部はＦｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、又は、製造工程の環境等から混入する成分であって、鋼材に意図的に含有させた成分ではない成分を意味する。
【００３７】
（各元素の含有量の関係（必須要件））
鋼材を構成する各元素の含有量の関係は、以下に示す式（１）及び式（２）を満たす。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ≧２．３５  （１）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ≦３３．８  （２）
ここで、式（１）、（２）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
【００３８】
式（１）について
Ｆ１＝１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒと定義する。Ｆ１は、鋼の焼入れ性を表すパラメータである。Ｆ１が低すぎれば、鋼の焼入れ性が低くなる。この場合、強度の低いフェライト及びパーライトが生成し、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｆ１は２．３５以上である。Ｆ１の好ましい下限は３．０である。Ｆ１の上限は、製品部材の靭性確保のため８．０とすることが好ましい。
【００３９】
式（２）について
Ｆ２＝−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒと定義する。Ｆ２は、オーステナイトの安定度を表すパラメータである。Ｆ２が低すぎれば、製品部材の耐摩耗性が低くなる。一方、Ｆ２が高すぎれば、浸炭焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｆ２は１１．３以上３３．８以下である。Ｆ２の好ましい下限は１２．０である。Ｆ２の好ましい上限は３３．０である。
【００４０】
（鋼材の化学組成（任意選択的要件））
鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂを含有してもよい。
【００４１】
Ｐｂ：０．５％以下
鉛（Ｐｂ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、工具摩耗の低下及び切り屑処理性の向上が実現される。しかしながら、Ｐｂ含有量が高すぎれば、鋼の強度及び靱性が低下し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度も低下する。従って、Ｐｂ含有量は０．５％以下とすることが好ましい。Ｐｂ含有量のさらに好ましい上限は０．４％である。なお、上記の効果を得るためにはＰｂ含有量を０．０３％以上とすることが好ましい。
【００４２】
鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
【００４３】
Ｖ及びＴｉ：総含有量で０．１％以下
バナジウム（Ｖ）及びチタン（Ｔｉ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。これらの元素は、Ｃ及びＮと結合して、析出物を形成する。これらの元素の析出物は、ＡｌＮによる焼入れ部の結晶粒微細化を補完する。これらの元素の析出物は、製品部材の耐摩耗性を高める。しかしながら、これらの元素の総含有量が０．１％を超えれば、析出物が粗大化し、曲げ疲労強度及び被削性が低下する。従って、Ｖ及びＴｉの総含有量は０．１％以下であることが好ましい。任意選択的元素として、Ｖ及びＴｉのいずれか１種以上が含有されれば、上記効果が得られる。Ｖ及びＴｉの総含有量のさらに好ましい上限は０．０８％である。Ｖ及びＴｉの総含有量の好ましい下限は０．０１％である。
【００４４】
鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ及びＮｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。
【００４５】
Ｍｏ：３．０％以下
モリブデン（Ｍｏ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Ｍｏは鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Ｍｏはさらに、焼戻し軟化抵抗を高め、耐摩耗性を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎれば、浸炭焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、製品部材の耐摩耗性が低下する。従って、Ｍｏ含有量は３．０％以下とすることが好ましい。Ｍｏ含有量のさらに好ましい上限は２．０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．１％である。
【００４６】
Ｎｉ：２．５％以下
ニッケル（Ｎｉ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Ｎｉはさらに、鋼の靱性を高める。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎれば、浸炭焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、焼戻し後の切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、製品部材の耐摩耗性が低下する。従って、Ｎｉ含有量は２．５％以下であることが好ましい。Ｎｉ含有量のさらに好ましい上限は２．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．１％である。
【００４７】
（各元素の含有量の関係（任意選択的要件））
鋼材を構成する各元素の含有量の関係は、以下に示す式（３）及び式（４）を満たすことが好ましい。
１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ＋１．７７×Ｍｏ＋０．６３×Ｎｉ≧２．３５  （３）
１１．３≦−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ＋６．７×Ｍｏ＋６．２×Ｎｉ≦３３．８  （４）
ここで、式（３）、（４）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
【００４８】
式（３）について
Ｆ３＝１．５４×Ｃ＋０．８１×Ｓｉ＋１．５９×Ｍｎ＋１．６５×Ｃｒ＋１．７７×Ｍｏ＋０．６３×Ｎｉと定義する。Ｆ３は、鋼の焼入れ性を表すパラメータである。Ｆ３は、上記Ｆ１にＭｏの項及びＮｉの項を加えたものである。Ｆ３が低すぎれば、鋼の焼入れ性が低くなり、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｆ３は２．３５以上であることが好ましい。Ｆ３のより好ましい下限は３．０である。製品部材の靭性確保のためＦ３の好ましい上限は８．０である。
【００４９】
式（４）について
Ｆ４＝−０．１×Ｓｉ＋１５．２×Ｍｎ＋７．０×Ｃｒ＋６．７×Ｍｏ＋６．２×Ｎｉと定義する。Ｆ４は、オーステナイトの安定度を表すパラメータである。Ｆ４は上記Ｆ２にＭｏの項及びＮｉの項を加えたものである。Ｆ２と同様に、Ｆ４が低すぎても高すぎても、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｆ４は１１．３〜３３．８であることが好ましい。Ｆ４のより好ましい下限は１２．０である。Ｆ４のより好ましい上限は３３．０である。
【００５０】
（粗部材の製造）
上記化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る。加工方法は周知の方法を採用することができる。加工方法としては、例えば、熱間加工、冷間加工、切削加工等が挙げられる。粗部材は、製品部材に近い形状とする。
【００５１】
［浸炭材製造工程］
上記のようにして得られた粗部材に対して、浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施して浸炭材を得る。これにより、浸炭材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織を、マルテンサイトと体積率で１２〜３５％の残留オーステナイトとを含むとともに、マルテンサイト及び残留オーステナイト以外の他の相が体積率で３％以下とする。
【００５２】
（浸炭焼入れ）
浸炭焼入れ工程は、初めに、浸炭処理を施し、その後、恒温保持処理を施す。浸炭処理及び恒温保持処理は、次の条件で行う。
【００５３】
（浸炭処理）
浸炭温度（Ｔ１）：９００〜１０５０℃
浸炭温度Ｔ１が低すぎれば、粗部材の表層が十分に浸炭されない。この場合、浸炭焼入れ後の残留オーステナイトが少なく、表層の硬さも低い。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低くなる。一方、浸炭温度Ｔ１が高すぎれば、オーステナイト粒が粗大化して耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。従って、浸炭温度Ｔ１は９００〜１０５０℃である。浸炭温度Ｔ１の好ましい下限は９１０℃であり、好ましい上限は１０００℃である。
【００５４】
カーボンポテンシャル（Ｃｐ１）：０．７〜１．１％
カーボンポテンシャルＣｐ１が低すぎれば、十分な浸炭がされない。この場合、浸炭焼入れ後の残留オーステナイトが少なく、表層の硬さも低い。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、カーボンポテンシャルが高すぎれば、浸炭時に析出した硬質な初析セメンタイトが浸炭焼入れ後にも３％を超えて残存する。この場合、製品部材製造工程における切削加工時の工具摩耗が増大し、浸炭材の被削性が低下する。従って、カーボンポテンシャルＣｐ１は０．７〜１．１％である。カーボンポテンシャルＣｐ１は浸炭処理時に上記範囲内で変動させてもよい。
【００５５】
浸炭時間（ｔ１）：６０〜２４０分
浸炭処理の時間（浸炭時間）ｔ１が短すぎれば、十分な浸炭がされない。一方、浸炭時間ｔ１が長すぎれば、生産性が低下する。従って、浸炭時間は６０〜２４０分である。
【００５６】
（恒温保持処理）
浸炭処理後、恒温保持処理を施す。恒温保持処理は、次の条件で行う。
【００５７】
恒温保持温度（Ｔ２）：８２０〜８７０℃
恒温保持温度Ｔ２が低すぎれば、カーボンポテンシャル等の雰囲気制御が困難になる。この場合、残留オーステナイトの体積率が調整しにくい。一方、恒温保持温度Ｔ２が高すぎれば、焼入れ時に生じる歪が増大して、焼割れが発生する場合がある。従って、恒温保持温度Ｔ２は８２０〜８７０℃である。
【００５８】
カーボンポテンシャル（Ｃｐ２）：０．７〜０．９％
恒温保持処理時におけるカーボンポテンシャルＣｐ２が低すぎれば、浸炭時に侵入したＣが再度外部に放出される。この場合、浸炭焼入れ後の残留オーステナイトが少なく、表層硬さも低い。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、カーボンポテンシャルＣｐ２が高すぎれば、硬質な初析セメンタイトが析出する。この場合、製品部材製造工程における切削加工時の工具摩耗が増大し、浸炭材の被削性が低下する。従って、カーボンポテンシャルＣｐ２は０．７〜０．９％である。
【００５９】
恒温保持時間（ｔ２）：２０〜６０分
恒温保持時間ｔ２が短すぎれば、粗部材の温度が均一にならず、焼入れ時に生じる歪が増大する。この場合、浸炭材に焼割れが発生する場合がある。一方、恒温保持時間ｔ２が長すぎれば、生産性が低下する。従って、恒温保持時間ｔ２は２０〜６０分である。
【００６０】
（焼入れ処理）
恒温保持処理後、周知の方法で焼入れ処理を施す。焼入れ処理は、例えば、油焼入れとすることができる。
【００６１】
（焼戻し処理）
浸炭焼入れ処理を施した後、焼戻し処理を施す。焼戻し処理を施せば、製品部材の靱性が高まる。さらに、Ｃが拡散して炭化物の前駆体を生成するため、残留オーステナイトが不安定化して、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が発生しやすくなり、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が向上する。焼戻し処理は、次の条件で行う。
【００６２】
焼戻し温度（Ｔ３）：１６０〜２００℃
焼戻し温度Ｔ３が低すぎれば、焼戻しによる上記効果が得られない。一方、焼戻し温度が高すぎれば、残留オーステナイトが著しく不安定化して、焼戻し中に残留オーステナイトが分解する。さらに、分解せずに残留したオーステナイトは、熱処理ひずみから解放されて安定化するため、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、耐摩耗性及び曲げ疲労強度の向上に貢献しない。従って、焼戻し温度Ｔ３は１６０〜２００℃である。
【００６３】
焼戻し時間（ｔ３）：６０〜１８０分
焼戻し時間ｔ３が短すぎれば、上記焼戻しの効果が得られない。一方、焼戻し時間ｔ３が長すぎれば、残留オーステナイトが著しく不安定化して、焼戻し中に残留オーステナイトが分解する。さらに、分解せずに残留したオーステナイトは、熱処理ひずみから解放されて安定化するため、切削加工時に十分に加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、耐摩耗性及び曲げ疲労強度の向上に貢献しない。従って、焼戻し時間は６０〜１８０分である。
【００６４】
（浸炭材製造工程終了後の浸炭材の組織及び硬さ）
上述の条件で浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施して得られた浸炭材について、最終形態である製品部材の表面に相当する位置（以下、単に「最終表面位置」と称する場合がある）から２０μｍ深さの位置に相当する基準位置の組織は、マルテンサイトと体積率で１２〜３５％の残留オーステナイトとを含有し、マルテンサイト及び残留オーステナイト以外の他の相が体積率で３％以下である。ここで、最終形態である製品部材の表面に相当する位置とは、浸炭材の表面から、後述する切削加工時（製品部材製造工程）に設定する切り込み分（厚み方向寸法）を控除した位置をいう。
【００６５】
なお、浸炭材における基準位置の組織観察は次の方法で実施される。即ち、浸炭材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍ深さ位置である基準位置を含む試験片を用意する。この試験片を５％ナイタール溶液で腐食する。腐食された面を、倍率１０００倍の光学顕微鏡にて３視野観察する。このとき、基準位置を視野の中心にする。視野の中心から浸炭材の表面方向に１０μｍ、視野の中心から浸炭材の表面と反対の方向に１０μｍ、視野の中心から浸炭材の表面方向と垂直な両方向に各々５０μｍの、２０μｍ×１００μｍの範囲の平面内において、各相の面積率を通常の画像解析方法によって求める。得られた各相の面積率を各相の体積率と定義する。
【００６６】
光学顕微鏡による組織観察では、残留オーステナイトはマルテンサイトに含まれる。つまり、光学顕微鏡では、マルテンサイトと残留オーステナイトとの区別ができない。そこで、浸炭材の残留オーステナイトの体積率（ＲＩ）を、次の方法で測定する。浸炭材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍ位置深さの基準位置を含むサンプルを採取する。基準位置を含む表面に対して、電解研磨を行う。１１．６％の塩化アンモニウムと、３５．１％のグリセリンと、５３．３％の水とを含有する電解液を用意する。この電解液を用いて、基準位置を含む表面に対して、電圧２０Ｖで電解研磨を行う。
【００６７】
電解研磨された表面に対して、Ｘ線回折法により解析を行う。Ｘ線回折には、株式会社リガク製の商品名ＲＩＮＴ−２５００ＨＬ／ＰＣを使用する。光源にはＣｒ管球を使用する。Ｘ線回折により得られたｂｃｃ構造の（２２１）面と、ｆｃｃ構造の（２２０）面の回折ピークの積分強度比に基づいて、残留オーステナイトの体積率（ＲＩ）を測定する。
(岩崎)硬さに関する記述を消去しました。
【００６８】
浸炭材製造工程終了後の基準位置での残留オーステナイトの体積率は１２〜３５％である。残留オーステナイトは、浸炭焼入れ及び焼戻し後の切削加工時に、加工誘起マルテンサイト変態する。これにより、製品部材の耐摩耗性が高まる。基準位置における残留オーステナイトの体積率が低すぎれば、この効果が得られない。一方、基準位置における残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、切削加工後にも多くのオーステナイトが残留する。この場合、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度の向上は期待できない。
【００６９】
浸炭材の基準位置におけるマルテンサイト及び残留オーステナイト以外の他の相（例えば、フェライト、パーライト、初析セメンタイト）の体積率は３％以下である。浸炭材の基準位置にフェライト、パーライト等の強度の低い相が存在すれば、これらの相は切削加工後も維持されるため、これらの相を基点に亀裂が発生しやすく、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。また、初析セメンタイトが存在すれば、工具摩耗が増大し、優れた被削性を担保することができない。
(岩崎)硬さに関する記述を消去しました。
【００７０】
［製品部材製造工程（切削加工）］
浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施した後、切削加工を施す。切削加工により、製品部材の形状に仕上げつつ、加工誘起マルテンサイト変態を発生させる。これにより、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が高まる。切削加工は、次の条件で行う。
【００７１】
切削工具のすくい角α：−３０°＜α≦−５°
すくい角αが−５°よりも大きければ、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が十分に発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性が低下する。一方、すくい角が−３０°以下であれば、切削抵抗が大きくなりすぎ、被削性が低下し、工具摩耗が増大し、場合によっては工具が欠損する。従って、すくい角αは、−３０°＜α≦−５°である。好ましいすくい角αは−２５°≦α≦−１５°である。
【００７２】
工具のノーズｒ：０．４〜１．２ｍｍ
工具のノーズｒが小さすぎれば表面粗さが大きくなりすぎ、製品部材の耐摩耗性が低下する。表面粗さが大きくなった場合には、仕上げ研磨を行って、表面粗さを小さくしなければならない。一方、工具のノーズｒが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなるため、被削性が低下し、工具摩耗が増大する。従って、工具のノーズｒは０．４〜１．２ｍｍである。
【００７３】
送りｆ：０．１超〜０．４ｍｍ／ｒｅｖ（回転）
送りｆが小さすぎれば、切削抵抗、つまり、工具が被削材に押し付けられる力が小さすぎる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性が低下する。一方、送りが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなる。この場合、工具摩耗が大きくなり、被削性が低下する。従って、送りｆは０．１超〜０．４ｍｍ／ｒｅｖである。送りｆの好ましい下限は０．２ｍｍ／ｒｅｖである。
【００７４】
切削速度ｖ：５０〜１５０ｍ／分
切削速度ｖが大きすぎれば、切削温度が上昇し、凝着摩耗が発生する。この場合、工具摩耗が増大し、被削性が低下する。一方、切削速度が小さすぎれば、切削能率が低下し、製造効率が低下する。従って、切削速度ｖは５０〜１５０ｍ／分である。
【００７５】
切り込みｄ：０．０５〜０．２ｍｍ
切り込みｄが小さすぎれば、切削抵抗が小さくなる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、切り込みｖが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなる。この場合、工具摩耗が大きくなり、被削性が低下する。従って、切り込みｄは０．０５〜０．２ｍｍである。切り込みｄの好ましい下限は０．０８ｍｍであり、好ましい上限は０．１５ｍｍである。
【００７６】
（製品部材の組織及び表面の算術平均粗さ）
以上に示す切削加工により製品部材が得られる。製品部材の上記基準位置において、残留オーステナイトの体積率は２０％以下である。切削加工前後における残留オーステナイトの体積減少率は３５％以上である。
【００７７】
切削加工後の製品部材の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）についても、前述の浸炭材の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と同様の方法にて測定する。製品部材でも、基準位置を含む表面を有するサンプルを採取する。このサンプルに対して、浸炭材に対して行った電解研磨と同じ電解研磨を行う。電解研磨後のサンプルに対して、Ｘ線回折法による解析を行い、残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）を測定する。
【００７８】
求めた体積率（ＲＩ）及び（ＲＦ）に基づいて、式（Ａ）により、切削加工前後の残留オーステナイトの体積減少率Δγを求める。
減少率Δγ＝（ＲＩ−ＲＦ）／ＲＩ×１００  （Ａ）
【００７９】
製品部材の基準位置での残留オーステナイトの体積率は２０％以下である。切削加工後の残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、硬質なマルテンサイトが得られず、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。
【００８０】
切削加工前後の残留オーステナイトの体積減少率Δγは３５％以上である。切削加工により残留オーステナイトが加工誘起マルテンサイト変態することにより、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が高まる。体積減少率Δγが低すぎれば、この効果が十分に得られない。
【００８１】
製品部材の表面の算術平均粗さＲａは０．８μｍ以下である。製品部材の表面の算術平均粗さＲａが大きすぎれば、製品部材の摺動時の摩擦抵抗が大きくなり、製品部材の耐摩耗性が低下する。
【００８２】
算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（２００１）に規定される算術平均粗さＲａに相当し、この規定に準拠する。算術平均粗さＲａの評価方法及び測定機の特定は、ＪＩＳ  Ｂ０６３３（２００１）及びＪＩＳ  Ｂ０６５１（２００１）の規定に準拠する。
【００８３】
製品部材の表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍよりも大きい場合、仕上げ研磨を行って、算術平均粗さＲａを０．８μｍ以下にする。仕上げ研磨としては、例えばラップ研磨を採用することができる。
【００８４】
＜製品部材＞
本実施形態の製品部材は、上述した成分を含むとともに、上記式（１）、（２）を満たす化学組成を有し、表層部のＣ含有量が０．６〜１．０％であり、表面から２０μｍの深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計で９７％以上（換言すれば、その他の相が体積率で３％以下）であり、表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が１０〜３０％であり、上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｂ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐが２０％以上であり、表面に厚さ１〜１５μｍの塑性流動組織を有し、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である。ここで、最大残留オーステナイト体積率Ｒ１とは、製品部材の表面から１０μｍピッチで２００μｍ深さまで測定した残留オーステナイト体積率のうち最大の値を意味する。
Δγｐ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１×１００  （Ｂ）
【００８５】
[表層部のＣ含有量：０．６〜１．０％以上]
製品部材の表層部に含まれるＣは、製品部材の耐摩耗性及び（曲げ）疲労強度を高める。ここで、部品表層部のＣ含有量は以下の手法で測定した。
【００８６】
部品表層５０μｍを切削加工によって切り出し、その切粉中のＣ含有量を発光分光分析で定量測定し、その値を表層部のＣ含有量とした。また、部品表層部のＣ濃度は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いて定量分析することもできる。
【００８７】
表層部に含まれるＣ含有量（Ｃｓ）が低ければ、上述した予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）が小さくなり、表層の硬さも低くなる。その結果、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低下する。一方、（Ｃｓ）が高ければ、製品部材の表層部に硬質な初析セメンタイトが生成する。Ｃｓが過度に高く、当該初析セメンタイトが３％を超えた場合には、セメンタイトが疲労破壊の起点となり、曲げ疲労強度が低下する。さらに、切削加工時の工具摩耗が増大し、被削性が低下する。従って、Ｃ含有量（Ｃｓ）は０．６〜１．０％である。Ｃｓの好ましい下限は０．６５％である。Ｃｓの好ましい上限は０．９０％である。
【００８８】
[表面から２０μｍの深さ位置での組織]
製品部材の表面から２０μｍの深さ位置での組織として、フェライト、パーライト等の強度の低い相が存在すれば、これらの相を基点に亀裂が発生しやすく、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低くなる。また、初析セメンタイトが存在すれば、製品部材製造工程における切削加工時の工具摩耗が増大するうえに、疲労破壊の起点となるため曲げ疲労強度が低下する。従って、マルテンサイト及び残留オーステナイト合計の体積率を９７％以上に限定する。なお、当該体積率の好ましい範囲は９９％以上である。
【００８９】
[表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）]
残留オーステナイトは、製品部材の仕上げ加工時に加工誘起マルテンサイト変態を生じる。その結果、製品部材の強度が上昇し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が上昇する。このような効果を得るためには、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が１０％以上でなければならない。
【００９０】
一方、残留オーステナイトは軟質であるため、（Ｒ１）が３０％を超えると。かえって製品部材の強度が低下する。なお、Ｒ１の範囲は１１〜２８％とすることが好ましい。
【００９１】
[上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、上記最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐ]
表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が８〜３０％であり、上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｂ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）が２０％以上である。ここで、表面から２０μｍの深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）とは、上述した（製品部材の製造方法の欄で述べた）残留オーステナイト体積率（ＲＦ）である。また、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｂ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）とは、上述した（製品部材の製造方法の欄で述べた）Δγに類似した値であり、いずれも製品材製造工程における切削加工時の、オーステナイトの加工誘起変態の程度を表す。したがって、Δγが大きくなるほどΔγｐも大きくなる。
【００９２】
予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）は、切削加工時の加工誘起マルテンサイト変態の程度を表す。Δγｐが大きいと、切削時により多くの加工誘起マルテンサイト変態が発生したことを意味し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が向上する。このような効果を得るためにはΔγｐが２０以上でなければならない。なお、好ましいΔγｐの値は２５以上である。
【００９３】
[表面の塑性流動組織の厚さ：１〜１５μｍ]
製品部材の表面の塑性流動組織の厚さは、次の方法で測定される。製品部材の表面を含み、製品部材の軸方向（例えば、ダンベル状の試験片の場合はその長手方向）に垂直な面（横断面）が観察面になるような試験片を採取する。鏡面研磨した試験片を、５％ナイタール溶液で腐食する。腐食された面を、倍率５０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察する。得られたＳＥＭ像の一例を図１に示す。同図において、塑性流動組織１１は、中心部１２に対して組織が製品部材の周方向（図１において紙面の左方向から右      方向）に湾曲している部分であり、製品部材の表面から湾曲した組織の端までの距離を塑性流動組織１１の厚さと定義した。
【００９４】
切削加工時に、浸炭材の表層部に大きな変形が生じることで、塑性流動組織が形成される。この塑性流動組織は硬質であり、厚さが１μｍ以上になると製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が向上する。しかしながら、塑性流動組織は脆いため、その厚さが薄い場合にはある程度変形が可能であるが、厚さが１５μｍを超えると、割れが生じて亀裂発生の起点となるため、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が逆に低下する。さらに、組成流動組織はその厚さが１５μｍを超えると、被削性が低下し、切削加工時の工具への負担が大きくなって工具寿命が著しく低下する。以上により、製品部材の表層の塑性流動組織の厚さは１〜１５μｍに限定した。
【００９５】
[表面の算術平均粗さＲａ：０．８μｍ以下]
製品部材表面の算術平均粗さＲａについては、製品部材の製造方法の欄で上述したとおりである。
【実施例】
【００９６】
真空溶解炉を用いて、表１に示す化学組成を有する１５０ｋｇの溶鋼Ａ〜Ｓを得た。
【００９７】
【表１】
0006477129.tif 000002
【００９８】
各鋼種の溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを得た。各インゴットを１２５０℃で４時間加熱した後、熱間鍛造を行って直径３５ｍｍの丸棒を得た。熱間鍛造時の仕上げ温度は１０００℃であった。
【００９９】
各丸棒に対して焼準処理を行った。焼準処理温度は９２５℃であり、焼準処理時間は２時間であった。焼準処理後、丸棒を室温（２５℃）まで放冷した。
【０１００】
放冷後の丸棒に対して機械加工を実施して、図２に示す摩耗試験片２１及び図３に示す回転曲げ疲労試験片３１の元となる粗部材を製造した。製品部材相当の摩耗試験片２１は、横断面が円形であり、円柱状の試験部２２と、試験部２２の両端に配置された円柱状の一対のつかみ部２３とを備えている。図２に示すとおり、試験部２２の外径は２６ｍｍ、試験部２２の長さは２８ｍｍであり、摩耗試験片２１の全体長さは１３０ｍｍであった。曲げ疲労試験片３１は、横断面が円形であり、中央部に曲率半径１ｍｍのノッチがある。また、放冷後の丸棒に対して機械加工を施して、直径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの棒状の被削性試験片（図示せず）を製造した。
【０１０１】
摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１の粗部材、並びに上記被削性試験片に対して、表２に示す条件ａ〜ｌに基づいて、浸炭処理、恒温保持処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を施した。浸炭焼入れにはガス浸炭炉を利用した。焼戻し後、熱処理歪みを取り除く目的で、つかみ部２３の仕上げ加工を実施した。表２に示す、Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３は、それぞれ、上述したカーボンポテンシャル、温度、時間である。
【０１０２】
【表２】
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【０１０３】
浸炭焼入れ及び焼戻し後の浸炭材（摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１の粗部材、並びに上記被削性試験片）は、切削加工前に、後述する方法で、残留オーステナイトの体積率の測定、組織観察試験及びビッカース硬さ試験を行った。
【０１０４】
浸炭材となった摩耗試験片２１の試験部２２及び曲げ疲労試験片３１のノッチに対して、表３に示す条件で切削加工を施して、製品部材相当の摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１を得た。但し、曲げ疲労試験片３１に対しては、工具のノーズｒは０．４ｍｍに固定した。切削加工は、１パス、すなわち表３に示す切り込み量を１回だけ適用した。
【０１０５】
【表３】
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【０１０６】
切削工具には、ｃＢＮ粒子を主成分とし、セラミックスを結合材とした焼結材の表面に、ＴｉＡｌＮベースのセラミックコーティングを施したｃＢＮ焼結工具を利用した。
【０１０７】
そして、上記の切削加工を施した後、摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１を作成した。摩耗試験片２１については、＃２０００のエメリー紙を用いて仕上げ研磨を実施した。仕上げ研磨後の各試験番号の摩耗試験片２１及び切削加工後の曲げ疲労試験片３１の表面の算術平均粗さＲａは０．８μｍ以下であった。
【０１０８】
［残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）の測定］
製品部材相当の試験片（摩耗試験片２１）表面に対して、電解研磨を施した。具体的には、試験片表面に穴の直径３ｍｍのマスキングを施し、１１．６％の塩化アンモニウムと、３５．１％のグリセリンと、５３．３％の水とを含有する電解液中において、試験片を陽極として、２０Ｖの電圧で電解研磨を施し、表面から２０μｍ深さの位置の表面（以下、観察面という）を露出させた。
【０１０９】
観察面に対して、上述の方法でＸ線回折を実施し、表面から２０μｍ位置の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ（Ｒ２））を求めた。
【０１１０】
観察面に対して、同様の方法で電解研磨を実施し、穴の深さを１０μｍ深くして３０μｍとし、その表面に対して上述の方法でＸ線回折を実施し、表面から３０μｍ位置の残留オーステナイトの体積率を求めた。この過程を繰り返すことで、１０μｍずつ穴を深くし、その都度残留オーステナイトの体積率（ＲＦ（Ｒ２））を測定することを、穴の深さが２００μｍとなるまで繰り返した。そしてその中で得られた最大の残留オーステナイト体積率をＲ１とした。
【０１１１】
［組織観察試験］
製品部材相当の試験片において、残留オーステナイト以外の他の組織の体積率を、上述した方法で測定した。
【０１１２】
［二円筒摩耗試験（ＲＰ試験）］
図２に示す摩耗試験片２１を用いて、図４に示す二円筒摩耗試験（ＲＰ試験）を行った。図４は、ＲＰ試験方法を示す正面図である。図４に示すとおり、ＲＰ試験において、摩耗試験片２１と大ローラ試験片４１とを準備した。大ローラ試験片４１は円板状であり、直径が１３０ｍｍ、円周面の幅が１８ｍｍ、円周面のクラウニング曲率半径が７００ｍｍであった。大ローラ試験片は、ＪＩＳ規格ＳＣＭ８８２に相当する化学組成を有し、浸炭焼入れ処理がなされていた。大ローラ試験片４１の円周面を摩耗試験片２１の表面に接触させ、表４に示す条件でＲＰ試験を行った。
【０１１３】
【表４】
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【０１１４】
試験後、摩耗試験片２１の表面のうち、大ローラ試験片４１と接触した部分の摩耗深さを測定した。摩耗深さの測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。測定長さは２６ｍｍとして、摩耗試験片２１の軸方向に触針を走査して、断面曲線を得た。各試験片において、円周方向に９０°刻みの４箇所で、断面曲線を測定した。得られた断面曲線から、大ローラ試験片４１が接触していない部分と、大ローラ試験片４１が接触して最も摩耗した部分との高さの差を測定した。測定された高さの差の４箇所の平均値を、各試験番号の摩耗試験片２１の摩耗深さ（ＲＰ摩耗量：単位はμｍ）と定義した。
【０１１５】
［回転曲げ疲労試験］
図３に示す疲労試験片３１を用いて、試験荷重を５０ＭＰaピッチで変化させて小野式回転曲げ疲労試験を行い、疲労限度を求めた。なお、繰り返し数１０７回に達する前に破断した応力の最小値（σf,min）と、（σf,min）より低い応力で最大の未破断点の応力（σｒ,max）との中間点を疲労限度とした。
【０１１６】
［工具摩耗測定］
切削工具の工具摩耗を逃げ面摩耗量（μｍ）によって評価した。方法は以下の通りである。即ち、浸炭焼入れ及び焼戻し後の被削性試験片（浸炭材相当）を、表３に示す粗部材と同じ切削条件で、１本あたり１パスの切削加工を行った。複数の試験片について切削加工を繰り返し、合計の切削時間が５分となるまで切削加工した後に、切削工具の逃げ面摩耗幅を測定した。逃げ面摩耗幅の測定には、マイクロスコープを用いた。工具逃げ面が測定物台と平行になるように工具を設置し、倍率２００倍で摩耗部を観察した。この時の、摩耗部中心付近で摩耗が最大となる部分の切れ刃から摩耗先端部までの距離を測定し、逃げ面摩耗量とした。本測定においては、逃げ面摩耗量が４０μｍ以下の場合が、従来技術に対して切削加工時の工具摩耗を抑制することができるという点で合格である。
【０１１７】
［試験結果］
以上に説明した各試験等に関する結果を表５、表６に示す。
【０１１８】
【表５】
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【０１１９】
【表６】
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【０１２０】
表５及び表６から明らかなように、本発明に係る製品部材の製造方法についての各条件を満たす（即ち、粗部材の化学組成を調整することを前提に、特に、焼入れ後の浸炭材の金属組織及び硬さと、切削加工後の製品部材の金属組織及び算術平均粗さと、について改良を加えている）試験番号１、２、５、１０〜２０、２６〜２８、４５、４６、４８、５９、６０、６３、６５、６６については、浸炭材の組織、並びに、製品部材の組織及び表面の算術平均粗さＲａ、のいずれについても、優れた結果が得られていることが判る。従って、これらの試験例の製造方法によれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び被削性に優れた製品部材を得ることができることが証明された。
【０１２１】
これに対し、表５及び表６から明らかなように、本発明に係る製品部材の製造方法についての各条件を満たさない（即ち、粗部材の化学組成を調整、焼入れ後の浸炭材の金属組織、切削加工後の製品部材の金属組織、及び当該製品部材の算術平均粗さの、少なくともいずれかについて改良を加えていない）試験番号３、４、６〜９、２１〜２５、２９〜４４、４７、４９〜５８、６１、６２、６４、６７〜７１については、浸炭材の組織、当該部材のビッカース硬さ、製品部材の組織及び当該部材の表面の算術平均粗さＲａ、の少なくともいずれかについて、優れた結果が得られていないことが判る。従って、これらの試験例の製造方法によれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び被削性に優れた製品部材を得ることができるとはいえない。
【符号の説明】
【０１２２】
１１    塑性流動組織
１２    中心部
２１    摩耗試験片
２２    試験部
２３    つかみ部
３１    曲げ疲労試験片
４１    大ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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