(57)【要約】【課題】高い静的ねじり強度と高いねじり疲労強度を有する軸部品を提供すること。【解決手段】Ｃ：０．４〜０．６％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．３〜２％、Ｓ：０．０３％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、をそれぞれ含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる高周波焼入れ軸部品用鋼であって、軸部品用鋼の表面からの深さがＤ／４（Ｄ：軸部品用鋼の直径）である位置のビッカース硬さが２７５ＨＶ〜３５０ＨＶである高周波焼入れ軸部品用鋼を製造する。【選択図】図２
2008075177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．４〜０．６％（質量％の意味、以下同じ）、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜２％、
Ｓ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
をそれぞれ含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる高周波焼入れ軸部品用鋼であって、該軸部品用鋼の表面からの深さがＤ／４（Ｄ：軸部品用鋼の直径）である位置のビッカース硬さが２７５ＨＶ〜３５０ＨＶであることを特徴とする高周波焼入れ軸部品用鋼。
【請求項２】
更に、Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）の１種または２種以上を含有する請求項１記載の高周波焼入れ軸部品用鋼。
【請求項３】
更に、Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１または請求項２に記載の高周波焼入れ軸部品用鋼。
【請求項４】
更に、
Ｐｂ：０．３％以下（０％を含まない）、
Ｂｉ：０．１％以下（０％を含まない）、
Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）、
Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）、
Ｔｅ：０．１％以下（０％を含まない）、
ＲＥＭ：０．１％以下（０％を含まない）、
よりなる群から選択されるいずれか１種または２種以上を含有する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高周波焼入れ軸部品用鋼。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の高周波焼入れ軸部品用鋼を高周波焼入れすることにより製造される軸部品であって、軸部品の表面から、ビッカース硬さが４５０ＨＶとなる位置までの距離ｔと、軸部品の断面の半径Ｒとの比ｔ／Ｒが０．１以上、０．５以下であることを特徴とする軸部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のドライブシャフトなど、高い静的ねじり強度と高いねじり疲労強度が要求される回転動力伝達機構の軸部品、及び、軸部品を製造するために用いられる高周波焼入れ軸部品用鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械構造に用いられる動力伝達系の軸部品には、高い静的ねじり強度や高いねじり疲労強度が要求される。軸部品の静的ねじり強度とねじり疲労強度を高めるための有効な手段として、高周波焼入れが挙げられる。この高周波焼入れは、加工費が比較的廉価である上に処理時間が短いために効率がよく、しかも表面硬化、圧縮残留応力の付与を効率よく行なうことができ、また地球環境にも優しい。更に、製品に生じる歪が少なく綺麗な表面に仕上げることができるなど、多数の利点を有していることから、各種軸部品の強化手法として活用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、機械構造用軸物部品において、鋼素材を所定の形状に成形加工した後、周波数が１００ｋＨｚ以下の高周波焼入れを行ない、５０％マルテンサイト硬さまでの硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸物部品の半径Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）が０．３〜０．７となる様にした機械構造用軸物部品が記載されており、軸物部品のねじり疲労強度に優れているとされている。高周波焼入れ軸部品用鋼としては、焼きならし材が使用されている。
【０００４】
特許文献２では、断面内平均硬さＨＶａが５６０以上であり、高周波焼入れ層の旧オーステナイト結晶粒度が９番以上であり、さらに表面の残留応力が８０ｋｇｆ／ｍｍ2以下である高強度高周波焼入れ軸部品が記載されている。この高周波焼入れ軸部品は、ねじり強度に優れているとされている。
【特許文献１】特開平８−５３７１４号公報
【特許文献２】特開平７−９０４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された高周波焼入れ軸部品は、高周波焼入れ前の鋼材として、焼きならし材を使用しているため、高周波焼入れによっては硬化され難い内部硬さは低いとみられる。また、特許文献２に記載された高周波焼入れ軸部品は、静的ねじり強度を高めたものであるが、ねじり疲労強度については不明である。
【０００６】
なお、軸部品の静的ねじり強度を向上させるためには、（１）軸部品の炭素量を増やすことにより軸部品を硬くする手法や、（２）高周波焼入れ深さを深くすることによって軸部品を硬くする手法等が考えられる。しかし、（１）の場合、鋼材中の炭素量を上げすぎると、静的ねじり強度が逆に低下するという問題があり、（２）の場合は、高周波焼入れを深くし過ぎると、軸部品の表層に十分な残留応力を付与することができないため、ねじり疲労強度が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記（１）及び（２）の方法によらずに、静的ねじり強度を落とすことなく、高いねじり疲労強度を有する軸部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明者が鋭意研究を行なった結果、あらかじめ調質（焼入れ焼戻し）しておいた鋼材に更に高周波焼入れすることによって軸部品を製造することに思い至った。
【０００９】
高周波焼入れ後の軸部品に負荷されるトルクは、一般に軸部品の表層付近ほど強いため、従来から軸部品の表層部の硬さについては検討がなされていたが、軸部品の内部硬さとのバランスについては、特に議論されていない。むしろ、仮に予め調質しておいた軸部品用鋼を高周波焼入れした場合には、非調質の軸部品用鋼を高周波焼入れする場合に比べて軸部品表面の残留応力が少なく、ねじり疲労強度が低下することが懸念される。しかし、本発明者の検討によれば、軸部品用鋼の硬さを所定範囲に制御しておけば、高周波焼入れ後の表面硬さと内部硬さとのバランスを適切に制御でき、軸部品に繰り返しのトルクを与えた場合に、軸部品の内部を起点とする破壊と表面を起点とする破壊の両方を抑制でき、ねじり疲労強度がむしろ向上することが判明した。しかも静的ねじり強度を低下させることなく、ねじり疲労強度を向上できることを見出すに至り、本発明を完成した。
【００１０】
本発明の高周波焼入れ軸部品用鋼は、
Ｃ：０．４〜０．６％（質量％の意味、以下同じ）、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、
Ｍｎ：０．３〜２％、
Ｓ：０．０３％以下（０％を含まない）、
Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５％、
をそれぞれ含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる高周波焼入れ軸部品用鋼であって、該軸部品用鋼の表面からの深さがＤ／４（Ｄ：軸部品用鋼の直径）である位置のビッカース硬さを２７５ＨＶ〜３５０ＨＶとしたものであり、好ましくは、更にＣｕ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）の１種または２種以上を含み、より好ましくは、更にＭｏ：０．５％以下（０％を含まない）を含み、さらに好ましくは、Ｐｂ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｂｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｔｅ：０．１％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．１％以下（０％を含まない）、よりなる群から選択されるいずれか１種または２種以上の元素を更に含むものである。
【００１１】
また、本発明の軸部品は、上記軸部品用鋼を高周波焼入れしたものであって、軸部品の表面から、ビッカース硬さが４５０ＨＶとなる位置までの距離ｔと、軸部品の断面の半径Ｒとの比ｔ／Ｒ（以下、「焼入れ比」という）を０．１以上、０．５以下としたものである。
【００１２】
なお、本発明において用語「軸部品」は、回転動力を伝達するための棒状の部品を指すものであり、特にねじれ方向の強度や疲労強度を要求されるものである。
また、「軸部品の断面」は、軸方向に対して垂直である。
【００１３】
また、軸部品用鋼または軸部品の長さ方向に鋼の硬さが変化している場合であっても、軸部品用鋼または軸部品の必ずしも全区間において本発明の規定を満たしている必要は無く、一部の区間において本発明の規定を満たしていれば、本発明の軸部品用鋼または軸部品に該当するものとする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の高周波焼入れ軸部品用鋼によれば、高周波焼入れ前に内部硬さを適切に制御するため、その後の高周波焼入れによって表面硬さを高めれば内部硬さと表面硬さを適切にバランスさせることができ、静的ねじり強度を犠牲にすることなく、ねじり疲労強度の高い高周波焼入れ軸部品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
Ｉ：軸部品用鋼の化学成分組成
本実施の形態の軸部品用鋼材は、静的ねじり強度とねじり疲労強度を向上させるために、化学成分組成が適切に調整されていることを特徴の１つとする。よってまず、鋼材の化学成分組成について説明する。
【００１６】
Ｃ：０．４〜０．６％
Ｃは、鋼材の強度を確保するために必要な元素であり、軸部品として重要な特性である静的ねじり強度とねじり疲労強度を高めるのに有用である。従って、Ｃの含有量は、０．４％以上、好ましくは０．４３％以上、さらに好ましくは０．４５％以上にする。しかしＣを過剰に含有させると、鋼材の割れ感受性が高くなり、静的ねじり強度が逆に低下してしまう。したがって、Ｃの含有量は、０．６％以下、好ましくは０．５７％以下、さらに好ましくは０．５５％以下にする。
【００１７】
Ｓｉ：０．１〜１．５％
Ｓｉは、焼入れ性を改善し、低温焼戻しに対する軟化抵抗を高めるため、高周波焼入れ部の硬さを確保するのに必要な元素である。従ってＳｉの含有量は、０．１％以上、好ましくは０．１５％以上、さらに好ましくは０．２％以上にする。しかし、Ｓｉを過剰に含有させると軸部品が脆化してしまうので、Ｓｉの含有量は、１．５％以下、好ましくは、１．２％以下、さらに好ましくは、１．０％以下にする。
【００１８】
Ｍｎ：０．３〜２％
Ｍｎも、Ｓｉと同様に、焼入れ性を改善するものあり、軸部品として重要な特性である静的ねじり強度を確保するのに有用である。従って、Ｍｎの含有量は、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは０．７％以上にする。しかし、Ｍｎを過剰に含有させると、焼割れが生じる場合があるので、２％以下、好ましくは１．８％以下、さらに好ましくは１．６％以下、さらに好ましくは１．４％以下にする。
【００１９】
Ｓ：０．０３％以下（０％を含まない）
Ｓは、鋼材の強度、殊に加工方向に対して横目の強度を著しく低下させる。従ってＳの含有量は、０．０３％以下、好ましくは０．０２５％以下、さらに好ましくは０．０２％以下にする。Ｓの含有量は少ない程望ましいが、Ｓを完全に除去することは技術的に困難であり、通常、０％超である。また、ＳはＭｎと共に硫化物系介在物を形成して被削性を改善するため、前記上限値以下であれば、積極的に鋼中に残存させてもよい。好ましいＳの含有量は、０．００５％以上、特に、０．０１％以上である。
【００２０】
Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）
Ｃｒは、焼入れ性を向上するものであり、軸部品の静的ねじり強度を高めるのに有効である。しかし、過剰に含有させると軸部品用鋼が硬くなり過ぎ、切断などの加工性を低下させる。従って、Ｃｒ量の上限は、０．３％、好ましくは０．２５％、さらに好ましくは０．２％とする。
【００２１】
Ｔｉ：０．００５〜０．０５％
Ｔｉは、ＮやＯとの親和性が強く、Ｂの焼入れ性の改善や粒界強化に有効であり、軸部品の静的ねじり強度やねじり疲労強度を高めるのに極めて有効である。また、結晶粒の微細化にも有効である。従って、Ｔｉの含有量は、０．００５％以上、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０１５％以上である。一方、Ｔｉを過剰に含有させると圧延材が硬くなり過ぎ、切断などの加工性を低下させる。従って、Ｔｉ量の上限は、０．０５％、好ましくは０．０４５％、さらに好ましくは０．０４％とする。
【００２２】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％
Ｂは、少量の添加で焼入れ性を高めると共に粒界強度を高める効果を有するので、軸部品の静的ねじり強度やねじり疲労強度を高めるのに極めて有効である。従って、Ｂ含有量は、０．０００５％以上、好ましくは０．０００５５％以上、さらに好ましくは０．０００６％以上にする。しかし、Ｂを多量に添加しても、上記した効果が飽和し、更には割れ発生の原因にもなるので、Ｂ量の上限は、０．００５％、好ましくは０．００４５％、さらに好ましくは０．００４％としている。
【００２３】
本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、残部はＦｅ及び不可避的不純物であってもよい。なお、該不可避的不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容され、例えば、Ａｌ、Ｐ、Ｎ、Ｏ等が考えられるが、混入量は、例えば、次のように考えられる。
【００２４】
Ａｌ：０．０５％以下（０％を含まない）
Ａｌは、完全に除去することは技術的に困難であり、通常、０％超である。Ａｌの含有量が多くなると酸化物系介在物の量が増大して軸部品の靭性が劣化する。従って、Ａｌ含有量の上限は、０．０５％であり、好ましくは０．０４％であり、さらに好ましくは０．０３％である。一方、Ａｌは脱酸剤として作用するため、また鋼の結晶粒の微細化のために積極的に添加する場合がある。この場合のＡｌ含有量の下限値は、例えば０．０００５％、好ましくは０．００１％、さらに好ましくは０．００２％である。
【００２５】
Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）
Ｐは、粒界偏析を起こして粒界強度を低下させ、鋼材の脆化の原因となるので、その含有量は、できる限り低いことが好ましい。従ってＰ量を、０．０２％以下、好ましくは０．０１５％以下、より好ましくは０．０１％以下に抑制することが推奨される。
【００２６】
Ｎ：０．０１％以下（０％を含まない）
Ｎは、Ｔｉと結合して析出硬化を促進させるが、多過ぎると鋼材の脆化の原因となるので、０．０１％以下、好ましくは０．００８％以下、さらに好ましくは０．００６％以下に抑える。
【００２７】
Ｏ：０．００５以下（０％を含まない）
Ｏは、酸化物系介在物を形成して軸部品の靭性を低下させる原因になるので、０．００５％以下、好ましくは０．００４５％以下、さらに好ましくは０．００４％以下に抑える。
【００２８】
不可避的不純物としては、上記した元素の他、例えば、微量のＺｎ、Ｗ、Ｃｏ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｔａ等が想定し得る。
【００２９】
本実施の形態の軸部品用鋼材は、必要に応じて、更にＣｕ等、他の元素を積極的に含有させて軸部品の特性を一段と高めることも有効である。
【００３０】
例えば、Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｉ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択されるいずれか１種または２種以上の元素を含有させると、軸部品の焼入れ性が高められ、疲労強度や静的強度を改善する効果がある。しかし、含有量が多すぎると軸部品の加工性が低下するため、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒの含有量の上限を上述の通りとした。
【００３１】
なお、Ｃｕは、表面錆被膜の緻密性を高める作用を有しており、環境遮断性を高めて軸部品の耐食性を向上させるのに有効な元素であるので、この観点からも積極的に添加する場合がある。この場合のＣｕ含有量の下限値は、例えば、０．１％、好ましくは０．１５％、さらに好ましくは０．２％である。一方、Ｃｕを過剰に含有させると、熱間加工性が劣化する。従って、Ｃｕ量の上限は０．５％、好ましくは０．４５％、さらに好ましくは０．４％である。
【００３２】
また、必要に応じ、更にＭｏを積極的に含有させて軸部品の特性を一段と高めることも有効である。
【００３３】
Ｍｏ：０．５％以下（０％を含まない）
Ｍｏは、焼入れ性を向上させると共に粒界強度を高める作用があり、軸部品の静的ねじり強度を向上させるのに有効である。Ｍｏ含有量の下限値は、例えば、０．０５％、好ましくは０．１％、さらに好ましくは０．１５％である。しかし、Ｍｏを過剰に含有させると圧延材が硬くなりすぎ、切断などの加工性を低下させる。従って、Ｍｏ含有量の上限は０．５％、好ましくは０．４５％、さらに好ましくは０．４％である。
【００３４】
必要に応じて更に、Ｐｂ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｂｉ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｔｅ：０．１％以下（０％を含まない）、ＲＥＭ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選択されるいずれか１種または２種以上の元素を積極的に含有させると、軸部品用鋼の機械的特性をほとんど劣化させることなく被削性を向上させることができる。ただし、含有量が多過ぎても被削性向上の効果は飽和するので、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅ、ＲＥＭの各元素の含有量の上限を上述の通りとした。
【００３５】
ＩＩ：軸部品用鋼の硬さ
本発明の軸部品方向は、前記成分組成を満足しているだけでなく、Ｄ／４位置の硬さ（内部硬さ）２７５ＨＶ以上、好ましくは２８０ＨＶ以上、さらに好ましくは２８５ＨＶ以上に高められていることが重要である。あらかじめ内部硬さを高めておけば、高周波焼入後の表面硬さと内部硬さを適切にバランスさせることができ、軸部品の表面を起点とする破壊と軸部品内部を起点とする破壊の両方を防止できる。
【００３６】
ところで、内部硬さを２７５ＨＶ以上にするためには、圧延、鍛造等によって得られる原料鋼材（棒鋼など）に焼入れ、焼戻しなどによって調質する必要がある。内部硬さが２７５ＨＶ未満の鋼材は、調質不足であって、フェライトとパーライトが主要組織であるとみられる。フェライトとパーライトが主要組織になると、詳細については後述するが、軸部品用鋼に高周波焼入れを行なってもＣが十分に拡散せず、この観点から考えても内部硬さが２７５ＨＶ未満の鋼材は、ねじり疲労強度が十分に高まらない。また、静的ねじり強度も低い。
【００３７】
一方、本発明の軸部品用鋼は、Ｄ／４位置の硬さ（内部硬さ）が３５０ＨＶ以下、好ましくは３２０ＨＶ以下、さらに好ましくは３００ＨＶ以下である。内部硬さが高すぎると被削性が低下するためである。
【００３８】
ＩＩＩ：軸部品用鋼の組織
上述したように、軸部品用鋼の内部硬さを所定の範囲内に制御するため、圧延、鍛造等によって得られる原料鋼材（棒鋼）を次のように調質する。例えば、前記材料鋼材を温度８００℃〜９５０℃に加熱した後に、水焼入れし、焼戻しする。この焼入れ焼戻しによって軸部品用鋼は焼戻し組織になっており、より詳細には、焼戻しマルテンサイト組織が形成されている。焼戻しマルテンサイトは、フェライトやパーライトの組織に比べて硬い材料であるため、鋼材に含まれる焼戻しマルテンサイトの比率を高めることにより、軸部品用鋼のビッカース硬さを高めることができる。軸部品用鋼の断面に占める焼戻しマルテンサイトの好ましい面積比率は、７０％以上であり、より好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上である。
【００３９】
また、高周波焼入れは、処理時間が短いことが一つの特徴であるが、処理時間が短いために鋼材の組織変化に特に影響の大きいＣが十分に拡散されない。Ｃの拡散は、高周波焼
入れ前の組織の状態に大きく左右される。すなわち、殆どＣを固溶しないフェライトと、Ｃを約０．７７％固溶しているパーライトが混在する非調質鋼材は、Ｃの濃度が不均一であるために、高周波焼入れを行なってもＣが十分に拡散しない。このような状態では、製造される軸部品のねじり疲労強度が低くなってしまう。これに対して、高周波焼入れ前の鋼材の組織を焼戻しマルテンサイトとすれば、Ｃ濃度の不均一が解消されるため、ねじり疲労強度を向上させることができる。
【００４０】
ＩＶ：軸部品
本発明の軸部品は、前記軸部品用鋼を必要な形状に加工した後、高周波焼入れすることによって得られる。そして本発明の軸部品は、鋼材の段階で上述したように内部硬さが適切な範囲に高められており、かつその後の高周波焼入れによって表面硬さが高められているため、内部硬さと表面硬さとを適切にバランスでき、ねじり疲労強度を高めることができる。更には、このようにして得られる軸部品では、ねじり疲労強度の向上が、静的ねじり強度の低下を伴うことなく達成できる。特に焼入れ比が小さい場合にねじり疲労強度の向上と、静的ねじり強度の低下防止との両立をより顕著に達成できる。焼入れ比を比較的小さくしても、調質鋼を高周波焼入れした場合には内部硬さが高められているため、内部起点の疲労破壊を確実に防止でき非調質鋼を高周波焼入れした場合に比べてねじり疲労強度が高まるためと思われる。上述したように、高周波焼入れによる表面硬貨の程度は、軸部品の表面から、ビッカース硬さが４５０ＨＶとなる位置までの距離ｔと、軸部品の断面の半径Ｒとの比ｔ／Ｒ（焼入れ比）によって評価できるが、ねじり疲労強度の向上と静的ねじり強度の低下防止を高いレベルで達成できる焼入れ比の範囲は、０．５以下、好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．３５以下である。ただし、高周波焼入れの実効を図るためには、焼入れ比は、０．１以上、好ましくは０．２以上、さらに好ましくは０．２５以上とする。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に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含まれる。
【００４２】
実験例１
表１に示す成分組成の鋼（残部はＦｅおよび不可避的不純物）を真空高周波誘導炉（ＶＩＦ）にて溶製し、５０kg〜１５０kgのインゴットに鋳造し、１２００℃に加熱してから直径３０mmの棒鋼に熱間鍛造し、１２００℃で１時間恒温保持した後に、大気中で放冷することにより溶体化処理を行なった。
【００４３】
この棒鋼を調質する場合としない場合に分けて、更に実験を継続した。
＜調質鋼＞
上記の溶体化処理を行なった棒鋼を約８００℃〜９５０℃に加熱し、水焼入れした後、加熱温度：約６５０℃、保持時間：約１時間の条件で焼戻し調質鋼を得た。この調質鋼の焼戻しマルテンサイト組織は、面積率で７０％以上であり、Ｄ／４位置のビッカース硬さ（高周波焼入れ前）は、下記表２及び表３に示す通り２７５ＨＶ以上であった。
＜非調質鋼＞
上記の溶体化処理を行なっただけの非調質鋼には、焼戻しマルテンサイト組織がなく、またＤ／４位置のビッカース硬さ（高周波焼入れ前）は、下記表２及び表３に示す通り２７５ＨＶ未満であった。
【００４４】
前記調質鋼および非調質鋼を切削して図１に示すねじり試験片形状に加工した。
【００４５】
次に、これら各加工品（ねじり試験片形状品）を以下の条件で高周波焼入れし、その後、下記条件で焼戻しを行うことによって軸部品（ねじり試験片）を製造した。
＜高周波焼入れ＞
高周波焼入れ装置の形式：移動焼入れ型
高周波焼入れ装置の仕様出力：２００ｋ［Ｗ］
仕様周波数：４０ｋ［Ｈｚ］
加熱保持時間：１．０〜１．５［秒］
焼入れ時の冷却剤：ソリュブル液（ＹＳ−１６）、濃度：１．０〜２．５％
電圧条件：６．５ｋ［Ｖ］、電流条件：７．０［Ａ］
＜焼戻し＞
温度：１５０［℃］
時間：６０［分］
【００４６】
以上のようにして得られた各軸部品（ねじり試験片）を用い、下記試験要領にて静的ねじり強度、及び、ねじり疲労強度を測定した。その結果を表２及び表３に示す。
＜静的ねじり試験＞
使用した試験機：神鋼造機株式会社製  ねじり疲労試験機
試験機の性能：動荷重  −１０ｋＮ・ｍ〜＋１０ｋＮ・ｍ
静荷重  −１０ｋＮ・ｍ〜＋１０ｋＮ・ｍ
試験条件    ：ねじり速度・・・３０度／分（角度制御）
＜ねじり疲労試験＞
使用した試験機：神鋼造機株式会社製  ねじり疲労試験機
試験機の性能：動荷重  −１０ｋＮ・ｍ〜＋１０ｋＮ・ｍ
静荷重  −１５ｋＮ・ｍ〜＋１５ｋＮ・ｍ
試験条件    ：周波数・・・２〜３Ｈｚ（０．８ｋ〜１．０ｋＮ・ｍのトルク制御）
試験終了条件：破断、若しくは、１００万回
【００４７】
【表１】
2008075177.tif 000003
【００４８】
【表２】
2008075177.tif 000004
【００４９】
【表３】
2008075177.tif 000005
【００５０】
表２及び表３の供試鋼の番号は、表１の供試鋼の番号に対応する。
表２及び表３から明らかなように、高周波焼入れ前に予め調質処理して高周波焼入れ前のビッカース硬さ（Ｄ／４位置）を２７５ＨＶ以上にした軸部品（試験番号１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７、２９、３９、４１、４３、４５、４７）は、同じ成分組成であって非調質の軸部品（試験番号２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、４０、４２、４４、４６、４８）に比べて静的ねじり強度及びねじり疲労強度が向上している。
【００５１】
なお、試験番号３１〜３８の例では、使用した鋼材のＣ、Ｔｉ及びＢのいずれかが不足するため、静的ねじり強度及びねじり疲労強度が不十分であった。
【００５２】
実験例２
本実施例では、Ｃ：０．４９％、Ｓｉ：０．５１％、Ｍｎ：０．９９％、Ｓ：０．０１５％、Ｃｒ：０．２０％、Ａｌ：０．０３３％、Ｔｉ：０．０２２％、Ｂ：０．００１６％、Ｐ：０．０１１％、Ｎ：０．００５３％、Ｏ：０．００１３％、Ｃｕ：０．０２％である鋼材（残部はＦｅ及び不可避的不純物）を用い、実験例１と同様にして調質または非調質の加工品（ねじり試験形状品）を製造した。
【００５３】
この加工品を実験例１と同様にして高周波焼入れ及び焼戻しして軸部品（ねじり試験片）を得た。なお高周波焼入れの電圧・電流条件は、下記Ａ〜Ｆの６つの条件を試し、焼入れ比（ｔ／Ｒ）を調節した。
電圧・電流条件：
条件Ａ・・・  電圧：６．５ｋ［Ｖ］、電流：６．０［Ａ］
条件Ｂ・・・  電圧：６．５ｋ［Ｖ］、電流：６．５［Ａ］
条件Ｃ・・・  電圧：６．５ｋ［Ｖ］、電流：７．０［Ａ］
条件Ｄ・・・  電圧：７．０ｋ［Ｖ］、電流：７．０［Ａ］
条件Ｅ・・・  電圧：７．０ｋ［Ｖ］、電流：８．０［Ａ］
条件Ｆ・・・  電圧：７．５ｋ［Ｖ］、電流：８．０［Ａ］
【００５４】
得られた軸部品（ねじり試験片）の静的ねじり強度、及びねじり疲労強度を実験例１と同様に測定した。また、焼入れ比（ｔ／Ｒ）軸部品（ねじり試験片）の中央部を横断し、断面の硬さ分布を測定することによって、焼入れ比（ｔ／Ｒ）を調べた。その結果を表４及び図２に示す。
【００５５】
【表４】
2008075177.tif 000006
【００５６】
図２において、実線は、高周波焼入れ前に調質処理（焼入れ、焼戻し）を行なった試験（試験番号：奇数）に対応し、点線は、従来の非調質材料を用いた試験（試験番号：偶数）に対応している。
【００５７】
図２から、ｔ／Ｒが約０．５以下の範囲では、実線にて示された調質鋼材が、点線にて示された非調質鋼材よりも、ねじり疲労強度が向上していることが明らかである。ここで注目すべきことは、ねじり疲労強度の向上手法として上述した（１）鋼中の炭素量を上げる方法、（２）単に焼入れ深さを深くする方法とは異なり、例えばｔ／Ｒを固定して調質によりねじり疲労強度を向上させても、静的ねじり強度は低下していない。すなわち、静的ねじり強度を維持したままでは従来不可能であったねじり疲労強度の向上が達成されている。
【００５８】
したがって、ビッカース硬さ（Ｄ／４位置）が２７５ＨＶ以上、３５０以下の軸部品用鋼は、以上説明した軸部品の製造を可能とする大変有用な鋼材である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の軸部品及び軸部品用鋼は、静的ねじり強度及びねじり疲労強度の双方に非常に優れているので、例えば自動車のドライブシャフトなど、高い静的ねじり強度と高いねじり疲労強度が要求される回転動力伝達機構の軸部品に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例にかかるねじり試験片の外観図である。
【図２】本発明の実施例にかかるねじり試験片の静的ねじり強度及びねじり疲労強度と、焼入れ比との関係を示す図である。
【図１】
2008075177.tif 000007
【図２】
2008075177.tif 000008