(57)【要約】  軟窒化処理前に硬化させることなく耐疲労性を確保することによって軟窒化処理前の機械加工性が確保された軟窒化用鋼を提供する。  Ｃ：0.01％以上0.20％未満、Si：1.0％以下、Mn：1.5％以上3.0％以下、Ｐ：0.02％以下、Ｓ：0.06％以下、Cr：0.30％以上3.0％以下、Mo：0.005％以上0.40％以下、Ｖ：0.02％以上0.5％以下、Nb：0.003％以上0.20％以下、Al：0.010％以上2.0％以下、Ti：0.005％超0.025％未満、Ｎ：0.0200％以下およびSb：0.0005％以上0.02％以下を、所定式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成と、ベイナイト相の面積率が50％超の鋼組織と、を有するものとする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.01％以上0.20％未満、
Si：1.0％以下、
Mn：1.5％以上3.0％以下、
Ｐ：0.02％以下、
Ｓ：0.06％以下、
Cr：0.30％以上3.0％以下、
Mo：0.005％以上0.40％以下、
Ｖ：0.02％以上0.5％以下、
Nb：0.003％以上0.20％以下、
Al：0.010％以上2.0％以下、
Ti：0.005％超0.025％未満、
Ｎ：0.0200％以下および
Sb：0.0005％以上0.02％以下
を、下記式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成と、ベイナイト相の面積率が50％超の鋼組織と、を有する軟窒化用鋼。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
(Ｓ/32)／(Ti/48)＋(Ｎ/14)／(Ti/48)≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２(Ｓ/32)／(Ti/48)＋３(Ｎ/14)／(Ti/48)≦35.0
【請求項２】
前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｂ：0.0100％以下、
Cu：0.3％以下および
Ni：0.3％以下
のいずれか１種または２種以上を含有する請求項１に記載の軟窒化用鋼。
【請求項３】
前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｗ：0.3％以下、
Co：0.3％以下、
Hf：0.2％以下および
Zr：0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の軟窒化用鋼。
【請求項４】
前記鋼組成が、更に質量％で、
Pb：0.2％以下、
Bi：0.2％以下、
Zn：0.2％以下および
Sn：0.2％以下
のうち選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１、２または３に記載の軟窒化用鋼。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の成分組成および鋼組織を有する芯部と、該芯部の成分組成に対して窒素および炭素の含有量が高い成分組成である表層部とを有する部品。
【請求項６】
前記ベイナイト相中にＶおよびNbを含む析出物が分散している請求項５に記載の部品。
【請求項７】
質量％で、
Ｃ：0.01％以上0.20％未満、
Si：1.0％以下、
Mn：1.5％以上3.0％以下、
Ｐ：0.02％以下、
Ｓ：0.06％以下、
Cr：0.30％以上3.0％以下、
Mo：0.005％以上0.40％以下、
Ｖ：0.02％以上0.5％以下、
Nb：0.003％以上0.20％以下、
Al：0.010％以上2.0％以下、
Ti：0.005％超0.025％未満、
Ｎ：0.0200％以下および
Sb：0.0005％以上0.02％以下
を、下記式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼に、加熱温度：950℃以上および仕上温度：800℃以上の熱間加工を施し、その後、少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度を0.4℃／ｓ超として冷却することを特徴とする軟窒化用鋼の製造方法。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
(Ｓ/32)／(Ti/48)＋(Ｎ/14)／(Ti/48)≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２(Ｓ/32)／(Ti/48)＋３(Ｎ/14)／(Ti/48)≦35.0
【請求項８】
前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｂ：0.0100％以下、
Cu：0.3％以下および
Ni：0.3％以下
のいずれか１種または２種以上を含有する請求項７に記載の軟窒化用鋼の製造方法。
【請求項９】
前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｗ：0.3％以下、
Co： 0.3％以下、
Hf：0.2％以下および
Zr： 0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項７または８に記載の軟窒化用鋼の製造方法。
【請求項１０】
前記鋼組成が、更に質量％で、
Pb：0.2％以下、
Bi：0.2％以下、
Zn：0.2％以下および
Sn：0.2％以下
のうち選ばれた１種または２種以上を含有する請求項７、８または９に記載の軟窒化用鋼の製造方法。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれかに記載の製造方法にて得られた軟窒化用鋼を、所望の形状に加工したのち、550〜700℃および10分以上にて軟窒化処理を施すことを特徴とする部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟窒化用鋼およびその軟窒化用鋼から得られる部品、さらにこれらの製造方法に関する。該部品は、特に熱間鍛造性や軟窒化処理後において疲労特性に優れ、自動車用並びに建設機械用の部品として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の歯車等の機械構造部品には優れた疲労特性が要求され、その表面に硬化処理が施されるのが通例である。表面硬化処理としては、浸炭処理、高周波焼入処理および窒化処理などが良く知られている。【０００３】
このうち、浸炭処理は、高温のオーステナイト域においてＣを侵入・拡散させることから、深い硬化深さが得られ、疲労強度の向上に有効である。しかしながら、浸炭処理により熱処理歪が発生することから、静粛性等の観点より厳しい寸法精度が要求される部品には、その適用が困難であった。
また、高周波焼入処理は、高周波誘導加熱により表層部を焼入れする処理であるため、やはり熱処理歪みが発生し、浸炭処理と同様に寸法精度に劣るものであった。【０００４】
一方、窒化処理はAｃ1変態点以下の比較的低温度域で窒素を侵入・拡散させて表面硬さを高める処理であるため、上記したような熱処理歪みが発生するおそれはない。しかしながら、処理時間が50〜100時間と長く、また処理後に表層の脆い化合物層を除去する必要があるという問題があった。
そのため、窒化処理と同程度の処理温度で、処理時間を短くした軟窒化処理が開発され、近年では機械構造用部品などを対象に広く普及している。この軟窒化処理は500〜600℃の温度域でＮとＣを同時に侵入・拡散させて、表面を硬化するもので、従来の窒化処理と比較して処理時間を半分以下とすることが可能である。【０００５】
しかしながら、上述した浸炭処理では焼入硬化により芯部硬度を上昇させることが可能であるのに対し、軟窒化処理は鋼の変態点以下の温度で処理を行うものであるため、芯部硬度が上昇せず、軟窒化処理材は浸炭処理材と比較すると、疲労強度は劣るものであった。
このような軟窒化処理材の疲労強度を高めるため、通常、軟窒化処理前に焼入・焼戻し処理を行い、芯部硬度を上昇させているが、得られる疲労強度は十分とは言い難く、また、製造コストが上昇し、さらに機械加工性も低下する。【０００６】
このような問題を解決するため、特許文献１では、鋼中に、NiやAl、Cr、Tiなどを含有させることによって軟窒化処理後に高い曲げ疲労強度が得られる、軟窒化用鋼が提案されている。
すなわち、この鋼は、軟窒化処理により、芯部についてはNi−Al、Ni−Ti系の金属間化合物あるいはCu化合物で時効硬化させる一方、表層部については窒化層中にCr、Al、Ti等の窒化物や炭化物を析出硬化させることで、曲げ疲労強度を向上させている。【０００７】
また、特許文献２では、Cuを0.5〜２％含有した鋼を、熱間鍛造で鍛伸後、空冷して、Cuが固溶したフェライト主体の組織とし、580℃、120分の軟窒化処理中にCuを析出硬化させ、さらにTi、ＶおよびNb炭窒化物の析出硬化も併用することで、軟窒化処理後において優れた曲げ疲労特性が得られる軟窒化用鋼が提案されている。【０００８】
特許文献３では、Ti-Mo炭化物、またそれらに更にNb、Ｖ、Ｗの一種または二種以上を含む炭化物を分散させた軟窒化用鋼が提案されている。【０００９】
特許文献４には、Ｖ、Nbを含有する鋼において、窒化前の組織をベイナイト主体の組織とし、窒化前の段階におけるＶ、Nb炭窒化物の析出を抑制することによって、窒化時にこれら炭窒化物を析出させて、芯部硬度を上昇させた、疲労強度に優れる窒化用鋼材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−59488号公報
【特許文献２】特開2002−69572号公報
【特許文献３】特開2010−163671号公報
【特許文献４】特開2013−166997号公報
【特許文献５】特許第5567747号公報
【特許文献６】特開2011−32537号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の軟窒化鋼は、Ni−Al、Ni−Ti系の金属間化合物やCu等の析出硬化により曲げ疲労強度は向上するものの、加工性の確保が十分とは言い難く、Niを多量に含むため、生産コストが高くなるという問題があった。【００１２】
特許文献２に記載の軟窒化用鋼は、Cu、Ti、Ｖ、Nbを比較的多量に添加することが必要なため、生産コストが高いという問題があった。【００１３】
また、特許文献３に記載の軟窒化用鋼は、Ti、Moを比較的多量に含むため、やはり高コストであるという問題があった。【００１４】
特許文献４、５に記載の窒化用鋼材は、被削性確保のため、Ｃ低減によりベイナイト硬さ上昇の抑制を図っている。Ｃを低減すると焼入性が低下し、ベイナイト組織が生成しづらくなるため、これを補うために、焼入性の向上に有効なMn、Cr、Moを添加し、ベイナイト組織の生成促進を図っている。しかしながら、連続鋳造により圧延素材を製造する際に、連鋳割れと呼ばれる鋳片表面の欠陥が生じやすく、製造性を低下させるという問題があった。【００１５】
また、特許文献６に記載の窒化用鋼は、連続鋳造時に表面割れが生じ易く、製造性に劣るという問題があった。【００１６】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、軟窒化処理前に硬化させることなく耐疲労性を確保することによって軟窒化処理前の機械加工性が確保された軟窒化用鋼を、その製造方法とともに提供することを目的とする。また、本発明は、機械加工後の軟窒化処理により表面硬さを高め、もって疲労特性を向上させることができる、軟窒化部品を、その製造方法とともに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
さて、発明者らは、上記課題を解決するため、鋼の成分組成および組織の影響について鋭意検討を行った。
その結果、鋼の成分組成を、ＶおよびNbを適正量含有させ、かつSbを微量添加して適正化し、さらに鋼組織としてベイナイト相を面積率で50％超とすることにより、優れた機械加工性が得られること、また軟窒化処理後には、芯部にＶおよびNbを含む微細な析出物を分散析出させて芯部硬さを上昇させることにより、優れた疲労特性が得られること、の知見を得た。
本発明は、上記の知見に基づき、更に検討を加えた末に完成されたものである。【００１８】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ：0.01％以上0.20％未満、
Si：1.0％以下、
Mn：1.5％以上3.0％以下、
Ｐ：0.02％以下、
Ｓ：0.06％以下、
Cr：0.30％以上3.0％以下、
Mo：0.005％以上0.40％以下、
Ｖ：0.02％以上0.5％以下、
Nb：0.003％以上0.20％以下、
Al：0.010％以上2.0％以下、
Ti：0.005％超0.025％未満、
Ｎ：0.0200％以下および
Sb：0.0005％以上0.02％以下
を、下記式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成と、ベイナイト相の面積率が50％超の鋼組織と、を有する軟窒化用鋼。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
(Ｓ/32)／(Ti/48)＋(Ｎ/14)／(Ti/48)≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２(Ｓ/32)／(Ti/48)＋３(Ｎ/14)／(Ti/48)≦35.0【００１９】
２．前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｂ：0.0100％以下、
Cu：0.3％以下および
Ni：0.3％以下
のいずれか１種または２種以上を含有する前記１に記載の軟窒化用鋼。【００２０】
３．前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｗ：0.3％以下、
Co： 0.3％以下、
Hf：0.2％以下および
Zr： 0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する前記１または２に記載の軟窒化用鋼。【００２１】
４．前記鋼組成が、更に質量％で、
Pb：0.2％以下、
Bi：0.2％以下、
Zn：0.2％以下および
Sn：0.2％以下
のうち選ばれた１種または２種以上を含有する前記１、２または３に記載の軟窒化用鋼。【００２２】
５．前記１から４のいずれかに記載の成分組成および鋼組織を有する芯部と、該芯部の成分組成に対して窒素および炭素の含有量が高い成分組成である表層部とを有する部品。【００２３】
６．前記ベイナイト相中にＶおよびNbを含む析出物が分散している前記５に記載の部品。【００２４】
７．質量％で、
Ｃ：0.01％以上0.20％未満、
Si：1.0％以下、
Mn：1.5％以上3.0％以下、
Ｐ：0.02％以下、
Ｓ：0.06％以下、
Cr：0.30％以上3.0％以下、
Mo：0.005％以上0.40％以下、
Ｖ：0.02％以上0.5％以下、
Nb：0.003％以上0.20％以下、
Al：0.010％以上2.0％以下、
Ti：0.005％超0.025％未満、
Ｎ：0.0200％以下および
Sb：0.0005％以上0.02％以下
を、下記式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼に、加熱温度：950℃以上および仕上温度：800℃以上の熱間加工を施し、その後、少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度を0.4℃／ｓ超として冷却することを特徴とする軟窒化用鋼の製造方法。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
(Ｓ/32)／(Ti/48)＋(Ｎ/14)／(Ti/48)≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２(Ｓ/32)／(Ti/48)＋３(Ｎ/14)／(Ti/48)≦35.0【００２５】
８．前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｂ：0.0100％以下、
Cu：0.3％以下および
Ni：0.3％以下
のいずれか１種または２種以上を含有する前記７に記載の軟窒化用鋼の製造方法。【００２６】
９．前記鋼組成が、更に質量％で、
Ｗ：0.3％以下、
Co：0.3％以下、
Hf：0.2％以下および
Zr：0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する前記７または８に記載の軟窒化用鋼の製造方法。【００２７】
１０．前記鋼組成が、更に質量％で、
Pb：0.2％以下、
Bi：0.2％以下、
Zn：0.2％以下および
Sn：0.2％以下
のうち選ばれた１種または２種以上を含有する前記７、８または９に記載の軟窒化用鋼の製造方法。【００２８】
１１．前記７から１０のいずれかに記載の製造方法にて得られた軟窒化用鋼を、所望の形状に加工したのち、550〜700℃および10分以上にて軟窒化処理を施すことを特徴とする部品の製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、安価な成分系にて機械加工性に優れた軟窒化用鋼を得ることができる。そして、この軟窒化用鋼に軟窒化処理を施せば、浸炭処理を施した例えばJIS ＳCr420材と同等以上の疲労特性を有する部品を得ることができる。従って、この部品は、自動車等の機械構造部品に適用して極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】軟窒化部品を製造する工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において、成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、以下の成分組成を表す「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味するものとする。
【００３２】
Ｃ：0.01％以上0.20％未満
Ｃは、ベイナイト相の生成および強度確保のために添加する。しかしながら、0.01％未満の場合、十分な量のベイナイト相が得られないだけでなく、軟窒化処理後にＶおよびNbの析出物量が不足し、強度確保が困難となるため、0.01％以上は添加する。一方、0.20％以上添加すると、生成したベイナイト相の硬さが増加し、機械加工性が低下するだけでなく、疲労特性がかえって低下するため、0.20％未満とする。より好ましくは0.04％以上0.18％以下である。
【００３３】
Si：1.0％以下
Siは、脱酸ならびにベイナイト相の生成に有効なため添加する。Siの含有量が1.0％を超えると、フェライトおよびベイナイト相の固溶硬化により、被削性および冷間加工性を劣化させるため1.0％以下とする。好ましくは0.8％以下、より好ましくは0.7％以下である。なお、Siを脱酸に有効に寄与させるためには、添加量を0.01％以上とすることが好ましい。
【００３４】
Mn：1.5％以上3.0％以下
Mnは、ベイナイト相の生成ならびに強度向上に有効なために添加する。しかしながら、Mn量が1.5％未満の場合、ベイナイト相の生成量が少なくなり、軟窒化処理前にＶおよびNbの析出物が生成するため、軟窒化前の硬さが増加する。加えて、軟窒化処理後におけるＶおよびNb析出物の絶対量が減少するため、軟窒化処理後の硬さが低下して強度確保が困難となる。従って、Mnは1.5％以上で添加する。一方、3.0％を超えると、連鋳割れを生じ易く、また、被削性および冷間加工性を劣化させるため、3.0％以下とする。好ましくは1.5％以上2.5％以下の範囲である。
【００３５】
Ｐ：0.02％以下
Ｐは、オーステナイト粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにより連鋳割れを生じ易くさせる。また、強度、靭性を低下させる。従って、Ｐの含有量は極力低下することが望ましいが、0.02％までは許容される。なお、Ｐを0.001％未満とするには高いコストを要することから、工業的には0.001％まで低減すればよい。
【００３６】
Ｓ：0.06％以下
Ｓは、鋼中でMnSを形成し、被削性を向上させる有用元素であるが、0.06％を超えて含有させると靭性を損なうため、0.06％以下に制限する。さらに、含有量が0.06％を超えると連鋳割れが生じ易くなる。好ましくは0.04％以下である。
なお、Ｓによる被削性向上効果を発現させるためには、Ｓ含有量を0.002％以上とすることが好ましい。
【００３７】
Cr：0.30％以上3.0％以下
Crは、ベイナイト相の生成に有効なために添加する。さらに、軟窒化により窒化物を形成し、表面硬さを向上させる効果を有する。しかしながら、0.30％未満の場合、ベイナイト相の生成量が少なくなり、軟窒化処理前にＶおよびNbの析出物が生成するため、軟窒化前の硬さが増加する。加えて、軟窒化処理後におけるＶおよびNb析出物の絶対量が減少するため、軟窒化処理後の硬さが低下して強度確保が困難となる。従ってCr量は0.30％以上とする。一方、3.0％を超えると熱間延性が低下し、また、硬質化することで被削性を劣化させるため、3.0％以下とする。好ましくは0.5％以上2.0％以下の範囲、より好ましくは0.5％以上1.5％以下の範囲である。
【００３８】
Mo：0.005％以上0.40％以下
Moは、焼入れ性を増し、ベイナイト相の生成を容易にする。その結果、ＶおよびNbの析出物を微細に析出させ、軟窒化処理材の強度を向上させる効果があり、本発明において重要な元素である。また、ベイナイト相の生成にも有効である。この強度向上のために、Moは0.005％以上で添加する。一方、0.40％を超えて添加すると、熱間延性が低下して連続鋳造での鋳片割れが生じ易くなり、またMoは高価な元素のために成分コストの上昇を招く。このため、0.005％以上0.40％以下の範囲とする。好ましくは0.015％以上0.3％以下の範囲、より好ましくは0.04％以上0.2％未満の範囲である。
【００３９】
Ｖ：0.02％以上0.5％以下
Ｖは、軟窒化時の温度上昇により、Nbとともに微細析出物を形成して芯部硬さを増加させ、強度を向上させる重要な元素である。そのためには、Ｖ量を0.02％以上とする。一方、0.5％を超えると析出物が粗大化し、十分な強度向上効果が得られないことに加え連続鋳造時の割れを助長する。そのため、Ｖ添加量は0.5％以下とする。好ましくは0.03％以上0.3％以下の範囲、より好ましくは0.03％以上0.25％以下の範囲である。
【００４０】
Nb：0.003％以上0.20％以下
Nbは、軟窒化時の温度上昇により、Ｖとともに微細析出物を形成して芯部硬さを増加させるため、疲労強度向上に極めて有効である。そのためには、Nb量を0.003％以上とする。一方、0.20％を超えると、析出物が粗大化して十分な強度向上効果が得られないことに加え連続鋳造時の割れを助長するため、その添加量を0.20％以下とする。好ましくは0.02％以上0.18％以下の範囲である。
【００４１】
Al：0.010％以上2.0％以下
Alは、軟窒化処理後の表面硬さおよび有効硬化層深さの向上に有用な元素であり、積極的に添加する。また、熱間鍛造時におけるオーステナイト粒成長を抑制することによって、組織を微細化し靭性を向上させる上でも有用な元素である。このような観点から、0.010％以上の添加とする。一方、2.0％を超えて含有させてもその効果は飽和し、むしろ連続鋳造時の割れを助長し、成分コストの上昇を招く不利が生じるので、2.0％以下に限定する。好ましくは0.020％超1.5％以下の範囲であり、より好ましくは0.020％超1.2％以下の範囲である。
【００４２】
Ti：0.005％超0.025％未満
Tiは、連続鋳造時の冷却割れや、曲げ連鋳機を用いた際の、曲げ−曲げ戻しの際の表面割れを防止する有用な元素であり、0.005％を超える範囲において積極的に添加する。一方、0.025％以上になると、粗大なTiNが発生し、疲労強度の低下を招くため、0.025％未満に限定する。好ましくは、0.012％超0.023％以下の範囲であり、より好ましくは0.015％以上0.022％以下である。
【００４３】
Ｎ：0.0200％以下
Ｎは、鋼中で炭窒化物を形成し、軟窒化処理材の強度を向上させる有用な元素であり、好ましくは0.0020％以上で添加する。一方、0.0200％を超えると、形成する炭窒化物が粗大化して鋼材の靭性を低下させる。また、鋳片の表面割れが生じ、鋳片品質が低下する。このため、Ｎは0.0200％以下の範囲に限定する。より好ましくは、0.0180％以下である。
【００４４】
Sb：0.0005％以上0.02％以下
Sbは、鋳造時ならびに熱間圧延や熱間鍛造時の粒界酸化や表面割れを抑制し、製品の表面品質を向上させる効果がある。Sbの添加量が0.0005％に満たないと添加効果に乏しい。一方、0.02％を超えて添加しても効果が飽和し、成分コストの上昇を招くことに加え、粒界等に偏析し母材靭性が低下するため、添加する場合は0.0005％以上0.02％以下の範囲に限定する。より好ましくは、0.0010％以上0.01％以下とする。
【００４５】
さらに、本発明では、Ｃ含有量に応じて、下記の式を満足させる必要がある。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
(Ｓ/32)／(Ti/48)＋(Ｎ/14)／(Ti/48)≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２(Ｓ/32)／(Ti/48)＋３(Ｎ/14)／(Ti/48)≦35.0
【００４６】
発明者らは、連続鋳造時に鋼に割れが発生する原因について調査を行い、連続鋳造時に生成する粒界フェライトへの粗大なMnＳの析出が、割れの要因となっているとの知見を得た。そこで、粒界フェライトへのMnＳの析出を抑制すべく検討を行ったところ、MnＳの析出には、鋼中のＣ、Ti、ＳおよびＮの含有量が密接に関係しており、これら元素の含有量を調整することによって、粒界フェライトへのMnＳの析出を抑制して、連続鋳造時の割れを抑制できることがわかった。すなわち、Ｃ、Ti、ＳおよびＮについて、パラメータを上記範囲とすることにより、ＳをTi炭硫化物として析出させ、連続鋳造時に生成する粒界フェライトへの粗大なMnＳの析出を抑制し、連鋳割れを抑制することができる。
【００４７】
以上が本発明の基本成分組成であるが、更に、必要に応じて、Ｂ：0.0100％以下、Cu：0.3％以下およびNi：0.3％以下のいずれか１種または２種以上、Ｗ：0.3％以下、Co： 0.3％以下、Hf：0.2％以下およびZr：0.2％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、そしてPb：0.2％以下、Bi：0.2％以下、Zn：0.2％以下およびSn：0.2％以下のうち選ばれた１種または２種以上、を添加することができる。各元素の添加理由は次のとおりである。
Ｂ：0.0100％以下
Ｂは、焼入れ性を向上させ、ベイナイト組織の生成を促進する効果を有するため、好ましくは、0.0003％以上で添加する。一方、0.0100％を超えて添加すると、ＢがBNとして析出し、焼入れ性向上効果が飽和するだけでなく、成分コストの上昇を招くため、添加する場合は0.0100％以下の範囲に限定する。より好ましくは、0.0005％以上0.0080％以下とする。
【００４８】
Cu：0.3％以下
Cuは、軟窒化処理中にFeやNiと金属間化合物を形成し、析出硬化によって軟窒化処理材の強度を向上させる有用元素であり、ベイナイト相の生成にも有効である。Cu量が0.3％を超えると、熱間加工性が低下するため、Cuは0.3％以下の範囲で添加する。好ましくは、0.05〜0.25％の範囲である。
【００４９】
Ni：0.3％以下
Niは、焼入れ性を増大し、低温脆性を抑制する効果を有する。Ni量が0.3％を超えると、硬度が上昇して被削性に悪影響を及ぼすばかりでなく、コスト的にも不利になるため、Niは0.3％以下の範囲に限定する。好ましくは、0.05〜0.25％の範囲である。
【００５０】
Ｗ：0.3％以下、Co：0.3％以下、Hf：0.2％以下、Zr：0.2％以下
Ｗ、Co、HfおよびZrはいずれも鋼の強度向上に有効な元素であり、好ましくは0.01％以上で添加することができる。一方、ＷおよびCoはそれぞれ0.3％、HfおよびZrはそれぞれ0.2％を超えての添加は靭性を低下させることから、ＷおよびCoはそれぞれ0.3％を上限とし、HfおよびZrはそれぞれ0.2％を上限とする。なお、より好しくは、Ｗ：0.01〜0.25％、Co：0.01〜0.25％、Hf：0.01〜0.15％、Zr：0.01〜0.15％である。
【００５１】
Pb：0.2％以下、Bi：0.2％以下、Zn：0.2％以下、Sn：0.2％以下
Pb、Bi、ZnおよびSnは、鋼の被削性を向上させる効果を有する元素であり、好ましくは0.02％以上で添加することができる。一方、0.2％を超えての添加は強度や靭性を低下させることから、0.2％を上限とする。
鋼の成分組成は、上記した元素および残部のFeおよび不可避的不純物を有すればよいが、上記した元素および残部のFeおよび不可避的不純物からなることが好ましい。
【００５２】
次に、本発明の軟窒用鋼における鋼組織について説明する。
［ベイナイト相：面積率で50％超］
本発明では、ベイナイト相を組織全体に対する面積率で50％超とすることが、極めて重要である。
さて、本発明で所期したところは、軟窒化処理時にＶおよびNbの析出物を分散析出させ、これによって窒化層および芯部硬度を上昇させ、軟窒化処理後の疲労強度を向上させることにある。すなわち、軟窒化処理前にＶおよびNbの析出物が多量に存在していると、通常軟窒化処理前に行われる切削加工時の被削性の観点からは不利である。また、ベイナイト変態過程では、フェライト−パーライト変態過程に比べ、母相中にＶおよびNb析出物が生成しにくい。従って、本発明の軟窒化用鋼の鋼組織すなわち軟窒化処理前の鋼組織は、ベイナイト相を主体とする。具体的には、ベイナイト相を組織全体に対する面積率で50％超とする。好ましくは60％超、より好ましくは80％超であり、100％であってもよい。
【００５３】
なお、ベイナイト相以外の組織としては、フェライト相やパーライト相等が考えられるが、これらの組織は少ないほど好ましいのは言うまでもない。
【００５４】
ここに、各相の面積率は、得られた軟窒化用鋼から試験片を採取し、圧延方向に平行な垂直断面(Ｌ断面)について、該断面を研磨後にナイタールで腐食し、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、断面組織観察(200倍の光学顕微鏡組織観察)により相の種類を同定し、各相の面積率を求める。
【００５５】
［ベイナイト相中にＶおよびNbを含む析出物が分散］
また、本発明の軟窒化部品では、本発明の軟窒化用鋼に軟窒化処理を施し、ベイナイト相中にＶおよびNbを含む析出物を分散析出させることが好ましい。なぜなら、表層軟窒化部以外の芯部組織中にＶおよびNbを含む析出物を分散析出させることで、硬さが上昇し、軟窒化処理後の疲労強度が顕著に向上するからである。
ここで、芯部とは、軟窒化による表面化合物層および硬化層を除く領域を意味するが、芯部以外についてもベイナイト相中には、Ｖ、Nbを含む析出物を分散させることが好ましい。
【００５６】
また、ベイナイト相中のＶおよびNbを含む析出物の平均粒径は10nm未満とし、単位面積１μｍ2当たり500個以上分散析出させることが、軟窒化処理後の析出強化に該析出物を寄与させる上で好ましい。なお、析出物の粒径の測定限界は、１nm程度である。
なお、軟窒化処理を施して得られる部品は、表層に軟窒化層を有するものとなる。この部品は、表層部（芯部以外の部分）が、芯部の成分組成に対して炭素および窒素の含有量が高い成分組成となる。
【００５７】
次に、本発明の軟窒化用鋼および軟窒化部品の製造方法について説明する。
図１に、本発明に係る軟窒化用鋼である棒鋼を用いて軟窒化部品を製造する際の、代表的な製造工程を示す。ここで、Ｓ１は素材となる棒鋼の製造工程、Ｓ２は搬送工程、Ｓ３は製品(軟窒化部品)仕上げ工程である。
【００５８】
まず、棒鋼製造工程(Ｓ１)で、鋳片を熱間圧延して鋼片とし、その後、鋼片を熱間圧延によって棒鋼とする。その後、品質検査を経て、出荷する。
そして、搬送(Ｓ２)後、製品(軟窒化部品)仕上げ工程(Ｓ３)で、該棒鋼を所定の寸法に切断し、熱間鍛造あるいは冷間鍛造を行い、必要に応じてドリル穿孔や旋削等の切削加工で所望の形状(例えば、ギア製品やシャフト部品)とした後、軟窒化処理を行って、製品とする。
また、熱間圧延材をそのまま旋削やドリル穿孔等の切削加工で所望の形状に仕上げ、その後軟窒化処理を行い製品とすることもある。なお、熱間鍛造の場合、熱間鍛造後に冷間矯正が行われる場合がある。また、最終製品にペンキやメッキ等の皮膜処理がなされる場合もある。
【００５９】
本発明の軟窒化用鋼の製造方法では、軟窒化処理直前の熱間加工工程において、熱間加工時の加熱温度、加工温度を特定の条件とすることにより、前述のようなベイナイト相を主体とした組織とし、かつＶおよびNbの析出物の生成を抑制する。
ここに、軟窒化処理直前の熱間加工とは、主に熱間圧延および熱間鍛造のいずれかを意味するが、熱間圧延後にさらに熱間鍛造を行ってもよい。なお、熱間圧延後、冷間鍛造を行ってもよいのは言うまでもない。
【００６０】
ここで、軟窒化処理直前の熱間加工工程が熱間圧延工程である場合、すなわち、熱間圧延後に熱間鍛造を行わない場合は、熱間圧延工程において以下に示す条件を満足させる必要がある。
［圧延加熱温度：950℃以上］
熱間圧延工程では、圧延材に粗大な炭窒化物が析出し疲労強度を損なわないよう、溶解時から残存する炭化物を固溶させる。ここで、圧延加熱温度が950℃に満たないと、溶解時から残存する炭化物が十分に固溶しづらくなる。このため、圧延加熱温度は950℃以上とする。好ましくは、960〜1250℃とする。
【００６１】
［圧延仕上げ温度：800℃以上］
圧延仕上げ温度が800℃未満の場合、フェライト相が生成するため、軟窒化処理前の鋼組織を面積率で50％超のベイナイト相とする上で不利となる。また、圧延負荷も高くなる。従って、圧延仕上げ温度は800℃以上とする。なお、上限値については、1100℃を超えると、結晶粒が粗大化し、熱間圧延後の切削加工時に表面性状が低下したり、冷間鍛造性が低下したりする。このため、圧延仕上げ温度の上限は1100℃とすることが好ましい。
【００６２】
［圧延後の少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度：0.4℃/ｓ超］
圧延後の少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度が0.4℃/ｓ以下となると、部品成型前に微細析出物が析出し硬質化することによって、切削加工時に切削抵抗が増大し、工具寿命が低下する。このため、微細析出物の析出温度範囲である少なくとも700〜550℃の温度域においては、圧延後の冷却速度を、微細析出物が得られる限界冷却速度である0.4℃/ｓを超える速度とする。なお、上限値については、200℃/ｓを超えると、硬質なマルテンサイト相が生成し、被削性が大きく低下するため、200℃/ｓとすることが好ましい。
【００６３】
また、窒化処理直前の熱間加工工程が熱間鍛造工程である場合、すなわち、熱間鍛造のみを行う場合または熱間圧延後に熱間鍛造を行う場合は、熱間鍛造工程において以下に示す条件を満足させる。なお、熱間鍛造前に熱間圧延を行う場合には、熱間鍛造が以下の条件を満足していれば、熱間圧延は上記条件を必ずしも満足していなくてもよい。
【００６４】
［鍛造加熱温度：950℃以上］
熱間鍛造では、ベイナイト相を組織全体に対する面積率で50％超とするため、および、熱間鍛造後の冷間矯正や被削性の観点から微細析出物の析出を抑制するため、熱間鍛造時の加熱温度を950℃以上とする。好ましくは960〜1250℃とする。
【００６５】
［鍛造仕上げ温度：800℃以上］
鍛造仕上げ温度が800℃未満の場合、フェライト相が生成するため、軟窒化処理前の鋼組織を面積率で50％超のベイナイト相とする上で不利となる。また、鍛造負荷も高くなる。従って、鍛造仕上げ温度は800℃以上とする。なお、上限値については、1100℃を超えると、結晶粒が粗大化し、熱間鍛造後の切削加工時に表面性状が低下したりする。このため、鍛造仕上げ温度の上限は1100℃とすることが好ましい。
【００６６】
［鍛造後の少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度：0.4℃/ｓ超］
鍛造後の少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度が0.4℃/ｓ以下となると、部品成型前に微細析出物が析出し、硬質化することによって切削加工時に切削抵抗が増大し、工具寿命が低下する。このため、微細析出物の析出温度範囲である少なくとも700〜550℃の温度域においては、鍛造後の冷却速度を、微細析出物が得られる限界冷却速度である0.4℃/ｓを超える速度とする。なお、上限値については、200℃/ｓを超えると、硬質なマルテンサイト相が生成し、被削性が大きく低下するため、200℃/ｓとすることが好ましい。
【００６７】
次に、得られた圧延材または鍛造材に対して切削加工等を施して部品形状とし、その後、以下の条件で軟窒化処理を行って軟窒化部品を製造することができる。
［軟窒化処理条件］
軟窒化処理は、微細析出物を析出させるように、軟窒化処理温度を550〜700℃、処理時間を10分以上として行う。ここに、軟窒化処理温度を550〜700℃の範囲とするのは、550℃に満たないと十分な量の析出物が得られず、700℃を超えるとオーステナイト域となり軟窒化が困難となるからである。より好ましくは550〜630℃の範囲である。
なお、軟窒化処理ではＮとＣを同時に浸入・拡散させるので、NH3やＮ2といった浸窒性ガスと、CO2やCOといった浸炭性ガスの混合雰囲気、例えばNH3：Ｎ2：CO2＝50：45：５の雰囲気で軟窒化処理を行えばよい。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
表１および２に示す組成の鋼(No.１〜51)を連続鋳造機にて断面300mm×400mm×長さ8000mmの鋳片とした。その際、表面における割れの有無を調査した。すなわち、鋳片表面を長手方向に観察し、長さ10mm以上の割れの有無を観察した。鋼片表面割れは、１ｍ2当たりの割れの個数を求め、Ａ：なし、Ｂ：１〜４個／ｍ2、Ｃ：５個以上／ｍ2の指標を用いて評価し、ＡおよびＢの判定のものを合格とした。【００６９】
【表１】
2016152167.tif 000002
【００７０】
【表２】
2016152167.tif 000003
【００７１】
この鋳片を1200℃で30分の均熱後に熱間圧延にて一辺が150mmの矩形断面の鋼片とした。次いで、表３および４に示す、加熱温度、圧延仕上げ温度の条件で熱間圧延し、60mmφの棒鋼とした。その後、700〜550℃の範囲を表３および４に示す冷却速度として、室温まで冷却し熱間圧延まま素材とした。なお、鋼種34はJIS SCr420に相当する鋼である。【００７２】
これらの熱間圧延まま素材をさらに、表３および４に示す条件で熱間鍛造して、30mmφの棒鋼とし、その後、700〜550℃の範囲を表３および４に示す冷却速度として、室温まで冷却した。【００７３】
かくして得られた熱間鍛造材および一部については熱間圧延まま素材について、被削性を外周旋削試験により評価した。熱間鍛造材または熱間鍛造を施さなかったものについては熱間圧延まま素材を、200mm長さに切断したものを試験材として用いた。切削工具としては、フォルダーが三菱マテリアル社製CSBNR 2020、また、チップは同じく三菱マテリアル社製SNGN  120408  UTi20高速度工具鋼を用いた。外周旋削試験の条件は、切り込み量1.0mm、送り速度0.25mm／rev、切削速度200m/minで、潤滑剤は用いなかった。評価項目としては、工具磨耗量（逃げ面磨耗量）が0.2mmとなるまでの時間を工具寿命とした。【００７４】
また、上記した熱間鍛造材または熱間鍛造を施さなかったものについては熱間圧延まま素材について、組織観察および硬度測定を行った。組織観察では、前述した方法により、相の種類を同定するとともに、各相の面積率を求めた。
硬度測定では、ビッカース硬度計を用い、JIS Ｚ2244に準拠して表面から径方向へ直径の１／４深さ位置（以下、この位置を供試材における芯部とする）の硬さを2.94Ｎ(300gf)の試験荷重で５点測定し、その平均値を硬さHVとした。
ついで、鋼種１〜33については、上記の熱間鍛造後にさらに軟窒化処理を施した。なお、鋼種１については熱間鍛造を行わない事例が含まれ、この場合は熱間圧延の後にさらに軟窒化処理を施した。一方、鋼種34の熱間鍛造材については、比較のため、浸炭処理を施した。【００７５】
軟窒化処理は、NH3：Ｎ2：CO2＝50：45：５の雰囲気で525〜620℃に加熱し、3.5時間保持することによって行った。
一方、浸炭処理は、930℃で３時間浸炭し、850℃に40分保持後に油冷し、さらに170℃で１時間焼戻すことにより行った。【００７６】
かくして得られた軟窒化および浸炭熱処理材について、組織観察、硬度測定および疲労特性の評価を行った。
ここで、組織観察は、軟窒化処理前と同様に、前述した方法により相の種類を同定するとともに、各相の面積率を求めた。
硬度測定は、上記熱処理材の表面硬さを表面から0.05mm深さの位置で、芯部硬さを芯部でそれぞれ測定した。また、表面硬さおよび芯部硬さの測定はいずれも、ビッカース硬度計を用い、JIS Ｚ2244に準拠して芯部の硬さを2.94Ｎ(300gf)の試験荷重で６点測定し、その平均値をそれぞれ表面硬さHV、芯部硬さHVとした。さらに、硬化層深さは、HV520となる表面からの深さと定義して測定した。【００７７】
また、軟窒化材ならびに浸炭材の芯部から、透過電子顕微鏡観察用の試料を、ツインジェット法を用いた電解研磨法により作製し、得られた試料について、加速電圧を200Ｖとした透過電子顕微鏡を用いて析出物の観察を行った。さらに観察される析出物の組成をエネルギー分散型Ｘ線分光装置(EDX)により求めた。【００７８】
疲労特性評価は、ローラーピッチング試験を行い、107回での疲労強度を求めた。疲労試験片は、上記の熱間圧延まま素材または熱間鍛造材の長手方向と平行に、平行部：26mmφ×28mm長さおよび掴み部：24mmφの試験片を採取し、その後軟窒化処理を行った。ここで、鋳片表面の割れの有無の評価がＢ又はＣのものについては、割れの発生箇所でない部分が試験片の採取位置となるようにした。ローラーピッチング試験片の26mmφ部転走面は軟窒化まま（研磨なし）とした。ローラーピッチング試験条件は、すべり率−40％で、潤滑油としてオートマチックトランスミッションオイル（三菱ATF ＳP-III）を用い、油温80℃で行った。大ローラーはクラウニングＲ150mmのSCM420Hの浸炭焼入品を使用した。【００７９】
表３および４に上記した各試験の結果を示す。No.１〜19および50〜59が発明例、No.20〜48および60〜66が比較例、No.49がJIS SCr420相当鋼に浸炭処理を施した従来例である。
表３および４から明らかなように、発明例No.１〜19および50〜59はいずれも、浸炭処理を施した従来例No.49に比べて、疲労強度が優れている。また、No.１〜19および50〜59の軟窒化処理前の被削性についても、従来例No.49よりも優れている。【００８０】
さらに、透過型電子顕微鏡による析出物の観察およびエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＸ）による析出物組成の調査の結果、No.１〜19およびNo.50〜59の軟窒化処理材には、ベイナイト相中にＶ、Nbを含む粒径10nm未満の微細な析出物が１μｍ2当たり500個以上分散析出していることが確認できた。この結果から、本発明に従う軟窒化処理材は、上記の微細析出物により高い疲労強度を示したものと考えられる。【００８１】
一方、比較例No.20〜48は、成分組成あるいは得られた鋼組織が本発明の範囲外であったため、連続鋳造時に割れが多いか、疲労強度あるいは被削性に劣っている。
すなわち、No.20は、熱間圧延時の加熱温度が低いため、析出物が十分に固溶せず、疲労特性も劣っている。また、Ｆ＋Ｐ組織の分率が高いため、熱間圧延後に被削性も低位である。
No.21は、熱間圧延の仕上げ温度が低すぎるため、組織のベイナイト分率が低く、被削性が劣っている。また、Ｆ＋Ｐ組織の分率が高いため、軟窒化後に微細析出物が生成しないため、疲労特性も低位である。
No.22、23は、熱間圧延後の冷却速度が遅いため、適正量のベイナイト相が得られず、また軟窒化処理による微細析出物の生成量が少ないため析出強化が不足し、発明例に比べ疲労強度が低い。また、被削性も低位である。
No.24は、熱間鍛造時の加熱温度が低いため、析出物が十分に固溶せず、疲労特性も劣っている。また、Ｆ＋Ｐ組織の分率が高いため、熱間鍛造後の被削性も低位である。
No.25は、熱間鍛造の仕上げ温度が低すぎるため、組織のベイナイト分率が低く、被削性が劣っている。また、Ｆ＋Ｐ組織の分率が高いため、軟窒化後に微細析出物が生成しないため、疲労特性も低位である。
No.26、27は、熱間鍛造後の冷却速度が遅いため、適正量のベイナイト相が得られず、また軟窒化処理による微細析出物の生成量が少ないため析出強化が不足し、発明例に比べ疲労強度が低い。また、被削性も低位である。
No.28は、軟窒化処理温度が低いため、硬化層深さが薄く、疲労強度が劣っている。
No.29は、軟窒化処理温度が高いため、軟窒化が十分になされず、また、微細析出物の析出が十分でない。そのため、疲労強度が低位である。【００８２】
No.30は、Ｃが適正範囲を超えているため、軟窒化処理前の熱間鍛造材の硬さが増加し、被削性が低下している。
No.31は、Si量が適正範囲を超えているため、軟窒化処理前の熱間鍛造材の硬さが増加し、被削性が低下している。
No.32は、Mn量が適正範囲に満たないため、軟窒化処理前の熱間鍛造材の鋼組織がフェライト相−パーライト相主体となっている。このため、組織中にＶおよびNb析出物が析出して軟窒化処理前の硬さが増加し、被削性が低下している。
No.33は、Mn量が適正範囲を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。また、軟窒化処理前にマルテンサイト相が生成し、被削性が低くなっている。
No.34は、Ｐ量が適正範囲を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。また、疲労強度も低くなっている。
No.35は、Ｓ量が適正範囲を超えており、上記した式（１）の左辺の値が本発明の範囲外であるため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.36は、Cr量が適正範囲に満たないため、軟窒化処理前の熱間鍛造材の鋼組織がフェライト相−パーライト相主体となっている。このため、組織中に粗大なＶおよびNb析出物が析出して軟窒化処理前の硬さが増加し、疲労強度が低下している。
No.37は、Cr量が適正範囲を超えており、連続鋳造時に割れが多く生じている。また、熱間鍛造後の硬さも高いため、被削性が劣っている。
No.38は、Mo量が適正範囲に満たないため、焼入れ性が低下し、ベイナイト相の生成が不十分である。その結果、軟窒化処理後の微細析出物の生成量が少なく、十分な芯部硬さが得られていない。このため、従来例No.49に比べて疲労強度が低い。
No.39は、Ｖ量が適正範囲に満たないため、軟窒化処理後の微細析出物の生成量が少なく、十分な芯部硬さが得られていない。このため、従来例No.49に比べて疲労強度が低い。【００８３】
No.40は、Ｖ量が適正範囲を超えており、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.41は、Nb量が適正範囲に満たないため、軟窒化処理後の微細析出物の生成量が少なく、十分な芯部硬さが得られていない。このため、従来例No.49に比べて疲労強度が低い。
No.42は、Nb量が適正範囲を超えており、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.43は、Al量が適正範囲に満たないため、十分な軟窒化処理後の表面硬さおよび有効硬化深さが得られず、従来例No.49に比べて疲労強度が低い。
No.44は、Al量が適正範囲を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.45は、Ti量が適正範囲を満たさず、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.46は、Ti量が適正範囲をこえているため、疲労強度が低い。
No.47は、Ｎ量が適正範囲を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.48は、Sb量が適正範囲に満たないため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.60は、Mo量が適正範囲を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.61,62は、Ti量が適正範囲に満たないため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.63は、Ti量が適正範囲を超えているため、疲労強度が低い。
No.64は、上記した式（１）の左辺の値が13.0を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.65は、上記した式（１）の左辺の値が35.0を超えているため、連続鋳造時に割れが多く生じている。
No.66は、Sb量が適正範囲に満たないため、連続鋳造時に割れが多く生じている。【００８４】
【表３】
2016152167.tif 000004
【００８５】
【表４】
2016152167.tif 000005
【図１】
2016152167.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月26日(2016.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.01％以上0.20％未満、
Si：1.0％以下、
Mn：1.5％以上3.0％以下、
Ｐ：0.02％以下、
Ｓ：0.06％以下、
Cr：0.30％以上3.0％以下、
Mo：0.005％以上0.40％以下、
Ｖ：0.02％以上0.5％以下、
Nb：0.003％以上0.20％以下、
Al：0.010％以上2.0％以下
Ti：0.005％超0.025％未満、
Ｎ：0.0200％以下および
Sb：0.0005％以上0.02％以下
を、下記式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成と、ベイナイト相の面積率が50％超の鋼組織と、を有し、
ビッカース硬さHVが233〜363であり、
550〜700℃で10分以上の軟窒化処理を施すことで前記ベイナイト相中にＶおよびNbを含む粒径１０ｎｍ未満の微細な析出物が１μｍ２当たり５００個以上分散析出する、550〜700℃で10分以上の軟窒化処理用鋼。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
（Ｓ/32）／（Ti/48）＋（Ｎ/14）／（Ti/48）≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２（Ｓ/32）／（Ti/48）＋３（Ｎ/14）／（Ti/48）≦35.0
【請求項２】
前記成分組成が、更に質量％で、
Ｂ：0.0100％以下、
Cu：0.3％以下および
Ni：0.3％以下
のいずれか１種または２種以上を含有する請求項１に記載の軟窒化処理用鋼。
【請求項３】
前記成分組成が、更に質量％で、
Ｗ：0.3％以下、
Co：0.3％以下、
Hf：0.2％以下および
Zr：0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の軟窒化処理用鋼。
【請求項４】
前記成分組成が、更に質量％で、
Pb：0.2%以下、
Bi：0.2％以下、
Zn：0.2％以下および
Sn：0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１、２または３に記載の軟窒化処理用鋼。
【請求項５】
請求項１から４にいずれかに記載の成分組成および鋼組織を有する芯部と、該芯部の成分組成に対して窒素および炭素の含有量が高い成分組成である表層部とを有し、前記ベイナイト相中に、ＶおよびNbを含む粒径１０ｎｍ未満の微細な析出物が１μｍ２当たり５００個以上分散析出してなる部品。
【請求項６】
質量％で、
Ｃ：0.01％以上0.20％未満、
Si：1.0％以下、
Mn：1.5％以上3.0％以下、
Ｐ：0.02％以下、
Ｓ：0.06％以下、
Cr：0.30％以上3.0％以下、
Mo：0.005％以上0.40％以下、
Ｖ：0.02％以上0.5％以下、
Nb：0.003％以上0.20％以下、
Al：0.010％以上2.0％以下
Ti：0.005％超0.025％未満、
Ｎ：0.0200％以下および
Sb：0.0005％以上0.02％以下
を、下記式を満足する範囲にて含有し、残部がFeおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼に、加熱温度950℃以上および仕上温度：800℃以上の熱間加工を施し、その後、少なくとも700〜550℃の温度域における冷却速度を0.4℃／ｓ超として冷却する、
ベイナイト相の面積率が50％超の鋼組織を有し、ビッカース硬さHVが233〜363であり、550〜700℃で10分以上の軟窒化処理を施すことで前記ベイナイト相中にＶおよびNbを含む粒径１０ｎｍ未満の微細な析出物が１μｍ２当たり５００個以上分散析出する550〜700℃で10分以上の軟窒化処理用鋼の製造方法。
記
Ｃ：0.01％以上0.10％以下の場合
（Ｓ/32）／（Ti/48）＋（Ｎ/14）／（Ti/48）≦13.0
Ｃ：0.10％超0.20％未満の場合
２（Ｓ/32）／（Ti/48）＋３（Ｎ/14）／（Ti/48）≦35.0
【請求項７】
前記成分組成が、更に質量％で、
Ｂ：0.0100％以下、
Cu：0.3％以下および
Ni：0.3％以下
のいずれか１種または２種以上を含有する請求項６に記載の軟窒化処理用鋼の製造方法。
【請求項８】
前記成分組成が、更に質量％で、
Ｗ：0.3％以下、
Co：0.3％以下、
Hf：0.2％以下および
Zr：0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項６または７に記載の軟窒化処理用鋼の製造方法。
【請求項９】
前記成分組成が、更に質量％で、
Pb：0.2%以下、
Bi：0.2％以下、
Zn：0.2％以下および
Sn：0.2％以下
のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項６、７または８に記載の軟窒化処理用鋼の製造方法。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれかに記載の製造方法にて得られた軟窒化処理用鋼を、所望の形状に加工したのち、550〜700℃および10分以上にて軟窒化処理を施すことを特徴とする、請求項６から９のいずれかに記載の成分組成および鋼組織を有する芯部と、該芯部の成分組成に対して窒素および炭素の含有量が高い成分組成である表層部とを有し、前記ベイナイト相中に、ＶおよびNbを含む粒径１０ｎｍ未満の微細な析出物が１μｍ２当たり５００個以上分散析出してなる部品の製造方法。
【国際調査報告】
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