(57)【要約】【課題】３００〜３５０℃での低温焼戻し軟化抵抗性を顕著に高める鋼を用いて、浸炭焼入れ、光輝焼入れおよび高周波焼入れ法で歯面を硬化して歯車の耐ピッチング強度を高める。【解決手段】式　５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））の関係を満足するように調整されてなる鋼材を浸炭処理によってその浸炭表面層の炭素濃度が０．６〜０．９重量％に調整されるとともに、浸炭処理に続いて焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施すか、もしくは浸炭処理後に一旦冷却して、再加熱焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施し、３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ５８以上の硬さを確保できるようにする。【選択図】　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＣ：０．１５〜０．３５重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を浸炭処理によってその浸炭表面層の炭素濃度が０．６〜０．９重量％に調整されるとともに、浸炭処理に続いて焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施すか、もしくは浸炭処理後に一旦冷却して、再加熱焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施し、３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ５８以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とする転動部材。
【請求項２】
少なくともＣ：０．１５〜０．３５重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を浸炭処理によってその浸炭表面層の炭素濃度が０．９〜１．５重量％に調整され、その浸炭中に表面層にセメンタイトが析出しない状態から一旦Ａ１温度以下に冷却した後に再加熱焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施し、その浸炭表面層の焼戻しマルテンサイト相中に１μｍ以下の微細なセメンタイト粒子を分散させ、３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ６２以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とする転動部材。
【請求項３】
前記鋼材において、Ｃｒ含有量をＳｉ含有量の１．４倍以下に抑えるとともに、Ｍｏ：０．３５重量％以下、Ｖ：０．４重量％以下、（Ｍｎ＋Ｎｉ）：１．０〜２．５重量％のいずれか一種以上が添加され、かつそれらの含有量が式
−０．１４６×Ｓｉ（重量％）＋０．０３×Ｍｎ（重量％）−０．０２４×Ｎｉ（重量％）＋０．０７５×Ｃｒ（重量％）＋０．０４３×Ｍｏ（重量％）＋０．１３３×Ｖ（重量％）≦０
の関係を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の転動部材。
【請求項４】
前記鋼材において、Ｓｉまたは（Ｓｉ＋Ａｌ）：１．５〜２．５重量％、Ｃｒ：２．０重量％未満にして、浸炭時のセメンタイトの析出を防止したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転動部材。
【請求項５】
少なくともＣ：０．３５〜０．６０重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％））＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を高周波焼入れ処理等の焼入れ処理後に３００℃以下の焼戻し処理を施し、その表面硬化層が３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ５５以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とする転動部材。
【請求項６】
少なくともＣ：０．３５〜０．６０重量％を含有するとともに、Ｓｉ：０．８〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．８〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を浸炭処理によってその浸炭表面層の炭素濃度が０．９〜１．５重量％に調整されるとともに、浸炭処理後に一旦Ａ１変態温度以下に冷却して、再加熱焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施し、その浸炭表面層のマルテンサイト相中に１μｍ以下の微細なセメンタイト粒子を分散させ、３００℃に焼戻し処理によってＨＲＣ６２以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とする転動部材。
【請求項７】
前記鋼材において、Ｃｒ含有量をＳｉ含有量の１．４倍以下に抑えるとともに、Ｍｏ：０．３５重量％以下、Ｖ：０．４重量％以下、（Ｍｎ＋Ｎｉ）：１．０〜２．５重量％のいずれか一種以上が添加され、かつそれらの含有量が、式
−０．１４６×Ｓｉ（重量％）＋０．０３×Ｍｎ（重量％）−０．０２４×Ｎｉ（重量％）＋０．０７５×Ｃｒ（重量％）＋０．０４３×Ｍｏ（重量％）＋０．１３３×Ｖ（重量％）≦０
の関係を満足することを特徴とする請求項６に記載の転動部材。
【請求項８】
少なくともＣ：０．６０〜１．５０重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を高周波焼入れ処理等の焼入れ処理後に３００℃以下の焼戻し処理を施し、その表面硬化層が３００℃の焼戻し処理によってＨＲＣ５８以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とする転動部材。
【請求項９】
前記鋼材において、Ｍｎ：０．３〜１．５重量％、Ｃｒ：０．５重量％以下、Ｍｏ：０．３５重量％以下、Ｖ：０．４重量％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００５重量％のいずれか一種以上を含有することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の転動部材。
【請求項１０】
前記Ａｌを０．３重量％以上含有する鋼において、０．３〜１．５重量％のＮｉが添加されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の転動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭焼入れ法、光輝焼入れ法および高周波焼入れ法によって製造される転動部材に関するもので、より詳しくは３００〜３５０℃での低温焼戻し軟化抵抗性を顕著に高める鋼を用いて、浸炭焼入れ法、光輝焼入れ法および高周波焼入れ法で歯面を硬化して歯車の耐ピッチング強度を高めた歯車や、ベアリング、レース、ローラ等の転動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設・土木用機械の減速機などでは、高耐面圧性（２００ｋｇｆ／ｍｍ２以上）が重要視される観点から、ＳＣｒ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ系低炭素鋼に浸炭焼入れや浸炭浸窒焼入れ処理を施した歯車が一般的に使用されている。また、比較的低面圧（〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ２）の条件で使用されるリングギヤ類では、炭素鋼、ＳＭｎ系の中炭素添加鋼（０．４５〜０．６重量％Ｃ）を用いて光輝焼入れや高周波焼入れ等の熱処理を施した歯車が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記建設・土木用機械に使用されている歯車減速機においては、より高出力化とコンパクト化の観点から、より高面圧に耐えるとともにより高強度で、より低コストな歯車が要望されている。
【０００４】
また、前記建設・土木用機械は走行時において岩石や構造物等の障害物を乗り越えたり、旋回しながらそれら障害物を掘削することが多く、それら走行用、旋回用の歯車減速機の歯車に衝撃的な荷重が作用するために、浸炭焼入れ歯車においてはその破損が問題になる。
【０００５】
さらに、光輝焼入れや高周波焼入れ硬化歯車の場合には、浸炭焼入れ歯車よりも高靭性であるが、前述のように高面圧下で使用した場合にはピッチングやスカッフィングなどが発生し易いという問題がある。
【０００６】
本発明は、従来の浸炭焼入れや高周波焼入れ歯車における耐面圧強度が十分でないとその耐衝撃的性が悪いという点を解消するためになされたもので、滑りを伴う転動条件で使用する歯車では、その耐面圧強度が、稼動中に起こる歯面温度の３００℃までの上昇に対して十分な耐焼戻し軟化抵抗性を有するか否かに大きく支配されることに着眼し、３００℃の低温焼戻しに対する焼戻し軟化抵抗性を効果的に高めるＡｌおよび／またはＳｉを多く添加した鋼材を用い、３００℃での焼戻し硬さがＨＲＣ５８以上となる各種の耐高面圧用の浸炭焼入れ歯車等の転動部材を開発することを目的とし、さらに、その鋼材においてＡｌとＮｉをより適正に複合添加することによって、高硬度状態においても高靭性化させることのできる転動部材を提供することを目的とするものである。
【０００７】
さらに本発明は、このような光輝焼入れや高周波焼入れ硬化歯車におけるピッチング強度が弱い点を解消するためになされたもので、Ｓｉ、Ａｌ、ＶおよびＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉをより適正に添加し、３００℃での焼戻し硬さがＨＲＣ５４以上となるように焼戻し軟化抵抗性を高め、浸炭焼入れ歯車と同等以上のピッチング強度を発現できる安価な高周波焼入れ硬化歯車等の転動部材を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
浸炭焼入れ処理を施したＳＮＣＭ８１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０、ＳＭｎＢ４２０鋼について、それらの滑りを伴う転動面圧強度（ピッチング強度）を面圧３７５〜２２０ｋｇｆ／ｍｍ２の範囲で予備調査した結果、１０７回転でピッチングが発生し始める面圧は２１０ｋｇｆ／ｍｍ２であり、各面圧でピッチングを発生した転動面最表面層のマルテンサイト相のＸ線半価幅は４〜４．２°に減少するとともに転動面最表面層において顕著な軟化が認められる。
【０００９】
また、Ｓ５５Ｃ炭素鋼を焼入れ焼戻し処理によってＨＲＣ６１〜６２に調整した炭素鋼について、面圧２５０ｋｇｆ／ｍｍ２での転動面圧強度を予備調査した結果、１０７回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ１８０ｋｇｆ／ｍｍ２であり、面圧２５０ｋｇｆ／ｍｍ２でピッチングを発生した転動面のマルテンサイト相のＸ線半価幅は前記浸炭肌焼鋼のそれとほぼ同様に３．６〜４．２°に減少している。
【００１０】
さらに、共析炭素鋼（０．７７重量％Ｃ）についてもその転動面圧強度を予備調査した結果、１０７回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ２３０〜２４０ｋｇｆ／ｍｍ２であり、ほぼ同じ炭素量からなる前記浸炭肌焼鋼の転動面圧強度とほぼ同じであり、浸炭肌焼鋼の方が転動表面の粒界酸化層や不完全焼き入れ層が存在することによって転動面圧強度のバラツキによる低下が見られることがわかった。
【００１１】
また更に、共析炭素鋼（０．８２重量％Ｃ）の転動面を高周波焼入れしたものの転動面圧強度を予備調査した結果、１０７回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ２６０〜２７０ｋｇｆ／ｍｍ２であり、前記共析鋼（０．７７重量％Ｃ）の転動面圧強度に比べ高強度化され、この原因が転動面マルテンサイト相中に微細なセメンタイト粒子が分散していることによることがわかった。
【００１２】
さらに、前記微細なセメンタイト粒子を分散させるとする観点から、約１．０重量％炭素と１．５重量％のＣｒを含有するＳＵＪ２を８４０℃から焼入れた後にＨＲＣ６２．５になるように焼戻ししたものの転動面圧強度を予備調査した結果、１０７回転でピッチングが発生し始める面圧がほぼ２７０ｋｇｆ／ｍｍ２であり、前記共析鋼のそれとほぼ同じ強度を示し、面圧２５０ｋｇｆ／ｍｍ２でピッチングを発生した転動面のマルテンサイト相のＸ線半価幅は前記浸炭肌焼鋼のそれとほぼ同様に４．２〜４．５°に減少していることがわかった。
【００１３】
さらに、炭素が０．４６、０．５５、０．６６、０．７７、０．８５重量％含有される炭素鋼を８２０℃から焼入れ、１００〜３５０℃で各３時間焼戻したときの硬さとＸ線半価幅を調査し、さらに、すでに公開されているこれらに関するデータ（例えば「材料」、第２６巻２８０号、Ｐ２６）を参考にして検討した結果、マルテンサイト相のＸ線半価幅が４〜４．２°になる硬さはほぼＨＲＣ５１〜５３に焼戻される状態に相当し、例えば浸炭肌焼鋼の表面炭素濃度がほぼ０．７〜０．９重量％に調整されていることを参考にすると、その焼戻し温度はほぼ３００℃に相当することがわかった。
【００１４】
以上の予備試験結果から、歯車が高面圧下で噛み合う際に発生する熱によって歯面最表面部が焼戻され、軟化することによって、ピッチングが発生することを明らかにし、さらに、浸炭焼入れ歯車並みのピッチング強度を得るための指標としては３００℃での焼戻し硬さがＨＲＣ５３以上となることが必要であることを明らかにした。
【００１５】
また、ＳＣＭ４２０鋼に浸炭焼入れ処理を施した浸炭硬化層の３００℃焼戻し硬度と、単に焼入れ処理を施した共析炭素鋼の３００℃焼戻し硬さとの比較において、焼戻し軟化抵抗性に対するＣｒ，Ｍｏの改善がほとんど確認されないために、光輝焼入れや高周波焼入れ法によって浸炭焼入れ歯車以上のピッチング強度を付与するためには、ほぼ３００℃での低温焼戻しにおける焼戻し軟化抵抗性を高める新たな合金設計が必要となること、および、前記共析炭素鋼（０．８２重量％Ｃ）、ＳＵＪ２の転動面圧強度の改善作用のように微細なセメンタイト粒子などをマルテンサイト相中に分散させることが効果的であることがわかった。
【００１６】
なお、前述の浸炭焼入れによるピッチング強度と同等以上（面圧Ｐｍａｘ＝２３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上）に耐える歯車設計としては、ヘルツ面圧の理論解析に基づいて、面圧値の０．３倍の片振り剪断応力（Ｒ＝０）の疲労強度に耐える硬さが設定されるが、その計算値はほぼＨＲＣ５３．４であり、前述の予備試験においてピッチングが発生した転動面のマルテンサイト相Ｘ線半価幅から求まる硬さ（ＨＲＣ＝５３）と極めてよく合致している。また、滑りを伴う転動によって発生する摩擦熱によって、転動面最表面部がほぼ３００℃に昇温する時点でピッチングが発生することから、３００℃焼戻し硬さが少なくともＰｍａｘ＝２３０ｋｇｆ／ｍｍ２に耐えるためのＨＲＣ５４以上であるようにその硬さを設定することによって浸炭焼入れ歯車と同等以上の高面圧歯車が開発されることがわかった。
【００１７】
さらに、実施例２で後述するように、炭素を０．１〜１．０重量％含有する炭素鋼の３００℃焼戻しマルテンサイト相の硬さが、式
ＨＲＣ＝３６×√Ｃ（重量％）＋２０．９
で記述され、この硬さを基準にして各種合金元素の３００℃焼戻しマルテンサイト相の硬さに対する影響を調査した結果、３００℃焼戻しマルテンサイト相の硬さが式
ＨＲＣ＝（３６×√Ｃ（重量％）＋２０．９）＋４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
で表わされることを明らかにした。なお、上式の各合金元素重量％に比例する係数（例えばＳｉでは４．３ΔＨＲＣ／重量％）が各成分元素の焼戻し軟化抵抗性を表わすものである。
【００１８】
本発明において、前記歯車材料・熱処理設計に基づいて、前記鋼中の各合金成分の含有量（重量％）を次のように限定した。
【００１９】
要するに、第１発明に係る転動部材は、
少なくともＣ：０．１５〜０．３５重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を浸炭処理によってその浸炭表面層の炭素濃度が０．６〜０．９重量％に調整されるとともに、浸炭処理に続いて焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施すか、もしくは浸炭処理後に一旦冷却して、再加熱焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施し、３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ５８以上、より好ましくはＨＲＣ６０以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
なお、ＳＣＭ系の浸炭焼入れ材料における浸炭層の３００℃焼戻し硬さは、通常ＨＲＣ＝５３〜５６の範囲にあることから、本第１発明での３００℃焼戻し硬さをＨＲＣ５８以上としたが、この理由は、ピッチング強度の改善が明らかに確認されることと歯車減速機のコンパクト化をワンランクサイズダウンとする場合のコンパクト化率が２５〜３０％であり、その場合の歯車面圧強度が従来面圧強度の１．１５倍以上であることを考慮する場合（２３０→２６５ｋｇｆ／ｍｍ２）の３００℃焼戻し硬さがＨＲＣ５８以上であることに基づくものである。
【００２１】
また、約１重量％Ａｌの添加は、例えばＳＣＭ系鋼材の浸炭層中に認められる１５〜２５体積％の残留オーステナイト相が１０体積％以下に減少して、表面の浸炭層硬度がより高くなる効果（△ＨＲＣ＝２）が認められるので、ピッチング強度の改善に好ましいことは明らかである。
【００２２】
さらに、歯面強度の向上や歯元曲げ強度の向上のために歯面、歯元、歯底部にショットピーニングやローラバニシング等の物理的加圧処理を施し、明らかな圧縮残留応力を発生させることがより高強度の歯車等の転動部材に好ましいことは明らかであり、これらの処理を施した部材も本発明範囲にあることは明らかである。
【００２３】
なお、前記浸炭は通常の９００℃以上の温度で実施されるが、前述のようにＳｉ，Ａｌを高濃度で含有する場合には、浸炭層より深い位置にある低炭素濃度の素材組成部ではその再加熱状態において（α＋γ）二相状態となり、この状態から焼き入れられるので浸炭層内部強度が弱くなるが、面圧応力分布や曲げ応力分布を考慮して浸炭層深さを設定することによってその問題を回避することができる。また、浸炭深さを深くすることはコスト的に不利となるので、前述のように、オーステナイト安定化元素であるＣ，Ｍｎ，Ｎｉをフェライト安定化元素であるＳｉ，Ａｌに合わせることによりＡ３変態温度を調整し、より一般的な浸炭温度の９５０℃以下となるようにすることが好ましい。
【００２４】
なお、前記焼戻し軟化抵抗性を高めるために、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有する鋼材においては、炭素添加量が０．２０重量％の場合に３重量％のＳｉを添加することによって、Ａ３変態温度がそれぞれ約１７０℃高くなり（図１参照）、同様に１．５重量％Ａｌの添加によっても同程度に高くなるので、Ｓｉ，Ａｌの上限添加量を３．０重量％、１．５重量％とした。さらに、オーステナイト安定化元素（例えば、Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉ、Ｃｕ等）を添加調整してＡ３変態温度を低下させることによって焼入れ温度を抑えるために、第３発明においては、Ｍｎおよび／またはＮｉが（Ｍｎ＋Ｎｉ）：１．０〜２．５重量％の範囲で添加されることを特徴にした。
【００２５】
なお、炭素および窒素がオーステナイト安定化元素として極めて効果的であるので（図１参照）、前述の観点から鋼材に元から添加する炭素量の下限値は０．１５重量が望ましく、その上限値は焼入れ焼戻し後の浸炭層内部の素材組成部の硬さがＨＲＣ５５を越えない０．３５重量％とするのが望ましい。なお、より望ましくは下限炭素量が０．２重量％である。
【００２６】
また、窒素はＡｌの焼戻し軟化抵抗性を減ずる場合が多く、とりわけ、浸炭や浸炭窒化処理ガス雰囲気からの窒素の侵入によって、Ａｌ窒化物が形成されないようにする必要があり、浸炭層におけるＮ含有量は少なくとも０．１重量％となるようにした。
【００２７】
さらに、第２発明による転動部材は、
少なくともＣ：０．１５〜０．３５重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を浸炭処理によってその浸炭表面層の炭素濃度が０．９〜１．５重量％に調整され、その浸炭中に表面層にセメンタイトが析出しない状態から一旦Ａ１温度以下に冷却した後に再加熱焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施し、その浸炭表面層の焼戻しマルテンサイト相中に１μｍ以下の微細なセメンタイト粒子を分散させ、３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ６０以上、より好ましくはＨＲＣ６２以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とするものである。
【００２８】
なお、浸炭層表面部位の下限炭素量を０．９重量％とした理由は、Ｓｉ、Ｃｒの添加によって共析炭素濃度が顕著に減少し、その炭素量が０．９重量％以上で３体積％以上の未固溶セメンタイトが安定して形成されることによる。また、炭素量を１．５重量％以下とした限定理由は、これ以上の炭素含有量ではセメンタイト粒子の凝集による粗大粒子（３μｍ以上）の発生が避けられず、歯車の曲げ強度が劣化する危険性が高いためであり、また、その浸炭中に表面層に粗大なセメンタイトを析出させずに１．５重量％以上の高濃度浸炭を実施するには、浸炭温度を１１００℃近くまで高める必要があるという設備的な制限によるものである。
【００２９】
また、前記表面炭素濃度を０．９〜１．５重量％にする高濃度な浸炭は炭素活量（ａｃ）が１近くの高い炭素ポテンシャル状態でかつ好ましくは高温度側（１０００℃以上）で実施されるために、浸炭中に表面層に粗大なセメンタイトを析出する危険性が高く、高精度に炭素ポテンシャルを制御する必要性があるが、１０００℃を越える高い炭素ポテンシャルでの浸炭制御が極めて困難であることから、第３発明においては、鋼材成分中のＣｒが粗大セメンタイトの析出を促進することに着目し、Ｃｒ添加量を０．５重量％以下に低減するか、もしくはＣｒ添加量をＳｉ添加量の１．４倍以下に抑えることによって、高い炭素ポテンシャル状態での浸炭処理中においてもセメンタイトが析出しないようにした。
【００３０】
より詳細に見るときには、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ等の影響も考慮する必要があり、式
−０．１４６×Ｓｉ（重量％）＋０．０３×Ｍｎ（重量％）−０．０２４×Ｎｉ（重量％）＋０．０７５×Ｃｒ（重量％）＋０．０４３×Ｍｏ（重量％）＋０．１３３×Ｖ（重量％）≦０
の関係を考慮することが好ましいが、実質的には、Ｓｉまたは（Ｓｉ＋Ａｌ）：１．５〜２．５重量％として、Ｃｒ：２．０重量％以下に抑えて使用することが好ましい（第４発明）。
【００３１】
また、前述のように本発明鋼においては再加熱焼入れ処理を前提として、セメンタイト粒子の微細化を図るものであるので、その再加熱焼入れ温度はＡ１変態温度以上とするが、前述のようにＳｉ，Ａｌを高濃度で含有する場合には、浸炭層より深い位置にある低炭素濃度の素材組成部ではその再加熱状態において（α＋γ）二相状態となり、この状態から焼き入れられるので浸炭層内部強度が弱くなるが、面圧応力分布や曲げ応力分布を考慮して浸炭層深さを設定することによってその問題を回避することができることは明らかである。浸炭深さを深くすることはコスト的に不利となるので、前述のように、その炭素量、Ｍｎ，ＮｉをＳｉ，Ａｌ量に合わせてＡ３変態温度を調整し、再加熱焼入れ温度が９５０℃以下となるようにすることが好ましい。
【００３２】
またさらに、再加熱焼入れ温度を８５０〜９５０℃に高く設定する場合には、通常のＳＣＭ系材料（０．７５重量％Ｍｎ，１重量％Ｃｒ，０．１５重量％Ｍｏ）においては分散するセメンタイト粒子を１μｍ以下に微細化することが困難となるので、オーステナイトとセメンタイト間の平衡状態においてセメンタイト中に顕著に濃縮するＶを少なくとも０．４重量％以下含有させるものとした。なお、分配係数ＫＭ＝セメンタイト中のＭ元素濃度（重量％）÷オーステナイト中のＭ元素濃度（重量％）で定義される各合金元素の分配係数は、
ＫＶ＝１２．３，ＫＣｒ＝６．４、ＫＭｏ＝３．５、ＫＮｉ＝０．２２、ＫＳｉ、Ａｌ≒０
で与えられる。
【００３３】
さらに、第５発明による転動部材は、
少なくともＣ：０．３５〜０．６０重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を高周波焼入れ処理等の焼入れ処理後に３００℃以下の焼戻し処理を施し、その表面硬化層が３００℃の焼戻し処理によってもＨＲＣ５５以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とするものである。
【００３４】
鋼を焼入れ処理後に３００℃で焼戻したときの硬さがＨＲＣ５５以上であることが本発明の不可避的条件であるが、この条件を満足させるには焼入れ状態においては約ＨＲＣ５８以上の硬さに焼入れ硬化されることが好ましく、そのための下限炭素含有量として、ほぼ０．３５重量％が設定される。しかし、３００℃焼戻し硬さがＨＲＣ５３となる焼戻し軟化抵抗性をＳｉもしくはＡｌの単独添加で確保する場合には前式の関係から２．５重量％Ｓｉもしくは１．４７重量％Ａｌ以上の添加が必要となり、その焼入れ温度が９００℃以上と高くなりすぎるので（図１参照）、本発明では極めて強力なオーステナイト安定化元素である炭素量を適正化して焼入れ温度を高くしないことが好ましく、またさらに、焼入れ後の安定した硬さを確保する観点から炭素添加量を０．４３重量％以上とすることがより好ましいことは明らかである。
【００３５】
また、炭素添加量の上限として、高周波焼入れ時の焼入れ割れ感受性を考慮した場合には、０．６重量％以下とすることが好ましく、炭素含有量を０．４〜０．６重量％の範囲にした場合におけるＳｉもしくはＡｌの単独添加による適正添加量が１．０重量％Ｓｉ，０．６重量％Ａｌ以上になることは単純に計算される。
【００３６】
またさらに、浸炭焼入れ歯車の平均的歯面強度とほぼ同じ面圧強度を実現させるためには３００℃焼戻し硬さがＨＲＣ５５以上であることがより好ましく、かつ前記高周波焼入れ時の水もしくは水溶性焼入れ液による焼入れ割れ感受性をより考慮した場合にはＣ：０．５５重量％を上限炭素量とすることがより好ましいことは明らかである。
【００３７】
また、第５発明の歯車材に前記第２発明の高濃度浸炭を施し、表面層に１μｍ以下の微細なセメンタイト粒子を分散させた歯車部材とすることがより高面圧に耐える歯車部材として有効であることは明らかである（第６発明，第７発明）が、再加熱焼入れや高周波焼入れ時の焼割れを防止するために、高濃度なポリマー成分を含んだ水溶性焼入れ液や焼入れ油を利用することが好ましい。
【００３８】
またさらに、前記浸炭焼入れ歯車よりも優れた面圧強度を達成するために、第８発明として、少なくともＣ：０．６０〜１．５０重量％を含有するとともに、Ｓｉ：１．０〜３．０重量％もしくはＡｌ：０．３５〜１．５重量％のいずれか一方もしくは（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％を含有し、さらに、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｃａの一種以上の合金元素とＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等の不可避的不純物元素を含有し、残部が実質的にＦｅからなるとともに、式
５≦４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））
の関係を満足するように調整されてなる鋼材を高周波焼入れ処理等の焼入れ処理後に３００℃以下の焼戻し処理を施し、その表面硬化層が３００℃の焼戻し処理によってＨＲＣ５８以上の硬さが確保されるようにしたことを特徴とする歯車等の転動部材を開発した。
【００３９】
なお、高周波焼入れ時の加熱温度はセメンタイトをすべてオーステナイト中に固溶させる必要性が無いことから、Ａ１変態温度９５０℃以下のオーステナイト＋セメンタイトの二相共存領域に設定され、かつその状態でのオーステナイト中に固溶する炭素濃度を低く設定できることや、焼入れ冷媒を焼入れ油や水溶性ポリマー焼入れ液を利用することによって、その焼割れ感受性を低減することが好ましい。
【００４０】
また、高周波加熱・焼入れによって微細なセメンタイト粒子を分散させる場合においては、数分以内の短時間の急速加熱で実施されるために、未固溶セメンタイトが粗大化しにくい特徴を有することから前記のＶの添加を必ずしも必要としないが、高周波焼入れ前組織をより微細化しておく観点からＶの添加は有効であり（第９発明）、Ｖと同様にＣｒ，Ｖ，Ｍｏ、Ｍｎの添加は有効である。
【００４１】
また、Ｖはより高面圧化で利用される歯車等の転動部材においては、その転動面がより高温度に晒されたりすることが容易に想定され、この場合にはＶが顕著な焼戻し軟化抵抗性ΔＨＲＣ（３５０℃：４．６、４００℃：６．１、４５０℃：９．２）を示すので、Ｖ添加量はその効果が顕著に現れ始める０．０５重量％以上とし、またその焼入れ温度の最大を９５０℃とした場合の有効にＶ効果が利用できる０．４重量％を上限とした。
【００４２】
また、Ｍｏもより高温度側で顕著に焼戻し軟化抵抗性（３５０℃：２．４、４００℃：３．２３、４５０℃：４．９）を示すので、積極的に添加することは好ましいが、コスト的な観点から０．３５重量％を上限添加量とした。
【００４３】
さらに、高濃度のＳｉ、Ａｌ添加によって、鋼材の製造過程や本発明の熱処理過程において黒鉛が析出する場合には、強度の顕著な劣化が危惧されるので、第９発明においては、少なくともセメンタイトを顕著に安定化し、黒鉛化を阻害するＣｒ：０．２〜０．５重量を含有することが好ましいことは明らかである。
【００４４】
また、高周波焼入れ法が炉加熱と違って焼入れ硬化させる部位近傍に限った加熱方法をとるために、高周波焼入れ用鋼材では高い焼入れ性を必要としないことから、Ｍｎ：０．３〜１．５重量％、Ｍｏ：〜０．３５重量％、Ｂ：０．０００５〜０．００５重量％のいずれか一種以上を含有する歯車等の転動部材とした。
【００４５】
またさらに第１０発明では、前記添加量のＡｌとＮｉ：０．３〜２．５重量％を共存させることにより、顕著な強靭性作用が発現することを本出願人は既に特願２００２−１３５２７４号で報告しており、とりわけ、０．６重量％および１．２重量％炭素を含有する高硬度マルテンサイト組織においても優れたシャルピー衝撃特性を示すことは、歯車の耐衝撃荷重を画期的に改善できることは歯車材料として有効であることは明らかである。本発明ではＮｉ添加が鋼材をより高価なものとするために、その添加量を１．５重量％以下とした。
【００４６】
なお、本発明において、浸炭温度や再加熱温度および高周波焼入れ温度が高温度になりすぎた場合には、オーステナイト結晶粒が粗大化しやすい問題が起こる場合があるが、その場合にはＴｉ，Ｎｂ，Ｚｒ、Ｔａ，Ｈｆ等の既知なる結晶粒度微細化元素と呼ばれる元素類を０．００５〜０．２重量％範囲内で添加することが好ましいことは明らかである。
【００４７】
なお、前記各発明につながる各合金元素の働きについてまとめて次に記述する。
【００４８】
Ｓｉ：０．８〜３．０重量％
Ｓｉは３００〜３５０℃以下の低温焼戻し温度域での焼戻し軟化抵抗性を顕著に高める元素であり、その焼戻し軟化抵抗性を高める機構としては低温度で析出するε炭化物をより安定化させ、セメンタイトの析出をより高温度側に引き上げることによって軟化を防止する。
【００４９】
（１）高周波焼入れ用歯車；
Ｓｉの下限添加量は、１重量％当りのＳｉの３００℃焼戻しでの軟化抵抗△ＨＲＣが４．３であることと、０．６重量％炭素から求まる３００℃焼戻しのベース硬さがＨＲＣ４８．８であることから、３００℃焼戻し硬さＨＲＣ５３を確保するためのＳｉ添加量は約１．０重量％であり、さらに、０．１５重量％のＡｌが共存する場合のＳｉ添加量は約０．８重量％であることから、０．８重量％ＳｉをＳｉ添加下限量と設定するが、より好ましくはその下限量は１．５重量％として、より機能を高めることが好ましいのは明らかである。
【００５０】
また、Ｓｉの上限添加量は、前述の炭素量０．３５〜０．６重量％の範囲でＡｃ３変態温度が９００℃を越えないようにし、むやみに焼入れ温度を高くしないようにするために３．０重量％としたが、高周波焼入れ歯車用鋼材としての炭素下限添加量を０．４重量％とした場合はＳｉ上限添加量が２．５重量％以下であることがより好ましい。
【００５１】
（２）浸炭焼入れ用歯車；
また、歯車等転動部材の表面に浸炭を施し、その表面炭素添加量を０．６〜０．９重量％に高めて、さらに焼入れと３００℃以下の焼戻し処理を施して、３００℃焼戻し硬さＨＲＣ６０を確保するためのＳｉ添加量の上、下限量についてもほぼ、上述のＳｉ添加範囲が好ましいことが分かる。
【００５２】
さらに、歯車等転動部材の表面に浸炭を施し、その表面炭素添加量を０．９〜１．５重量％に高めて、さらに再加熱焼入れ処理によって転動面に微細なセメンタイト粒子を分散させ、３００℃以下の温度で焼戻し処理を施して、少なくとも３００℃焼戻しでの硬さＨＲＣ６２以上を確保するためのＳｉの上、下限添加量としては、ほぼ上述のＳｉ添加範囲が好ましい。
【００５３】
なお、前記浸炭時に表面層にセメンタイトを析出させずに、表面炭素量を０．９〜１．５重量％に高めるために、９３０〜１１００℃の高温での浸炭中の炭素活量を高める必要があり、この場合には、主にＣｒ元素を含有することによる粗大な（３〜１５μｍ）セメンタイトの析出（過剰浸炭）が起こり易く、歯車強度を顕著に劣化することが危惧されるので、本発明では、その過剰浸炭を防止するＳｉを積極的に添加することとして、かつ、Ｓｉ添加量の１．４倍以上にＣｒを添加しなようにし、さらに詳細には、式
−０．１４６×Ｓｉ（重量％）＋０．０３×Ｍｎ（重量％）−０．０２４×Ｎｉ（重量％）＋０．０７５×Ｃｒ（重量％）＋０．０４３×Ｍｏ（重量％）＋０．１３３×Ｖ（重量％）≦０
の関係を満足させる鋼材を用いることとした。
【００５４】
なお、この鋼材を用いた場合においては、炭素活量が１の状態で浸炭処理する真空浸炭法を利用することができ、１１００℃以下での高温浸炭が安価に採用できることは歯車等転動部材の製造方法として極めて有利であり、粗大なセメンタイトの析出を防止することは歯車等転動部材の強度を高めるのに好ましいことは明らかである。
【００５５】
Ａｌは強力な脱酸作用を示すことおよび鋼中に含有される不純物元素であるＰ，Ｓを結晶粒界から排斥する作用が強力であることから鋼材の清浄度化に有効であること、さらに、本発明では、ＡｌがＳｉよりも低温焼戻し軟化抵抗性を高める元素であることを確認し（△ＨＲＣ＝７．３）、Ａｌを単独に添加する場合の添加量は０．３５〜１．５重量％とし、Ｓｉの一部を０．１５〜１．５重量％のＡｌで置き換えて利用する場合には（Ｓｉ＋Ａｌ）：０．５〜３．０重量％とすることを特徴としたが、前述のようにＡｌはＳｉよりもさらに強力なフェライト安定化元素であり、Ａｃ３温度をＳｉに比べて約１．６倍より高める作用を有するので、その最大の添加量を１．５重量％（＝２．５重量％／１．６）以下とした。
【００５６】
またさらに、前記添加量のＡｌとＮｉ：０．３〜２．５重量％を共存させることにより、顕著な強靭性作用が発現することをすでに特願２００２−１３５２７４号で報告しており、とりわけ、０．６重量％および１．２重量％炭素を含有する高硬度マルテンサイト組織が優れたシャルピー衝撃特性を示すことは、歯車の耐衝撃荷重を画期的に改善できることは歯車材料として有効であることは明らかである。本発明ではＮｉ添加が鋼材をより高価なものとするために、１．５重量％以下とした。
【００５７】
Ｍｎは顕著な脱硫作用を示すだけでなく、前述のようにオーステナイトを安定化させる元素であるが、さらに、鋼の焼入れ性を向上させる有効な元素であるために、Ｍｎは目的に応じて適量添加されるが、前記炭素量が０．３５〜０．６重量％を含有する鋼では、オーステナイトが炭素によって十分に安定化されることを考慮するとそのＭｎ下限量は０．３重量％である。
【００５８】
Ｍｏは鋼の焼入れ性を向上させる有効な元素であるとともに、焼戻し脆性を抑える元素であることから、本発明では通常肌焼きＳＣＭ鋼と同レベルの０．３５重量％以下の範囲で添加されることが好ましいものとした。
【００５９】
なお、高周波焼入れ法を利用して歯車歯面部を焼入れ硬化する場合には、高周波加熱によってＡｃ３変態温度以上に加熱された表面層部のみが焼入れ硬化されれば良いので、歯車材としての焼入れ性（ＤＩ値）は、通常の炭素鋼レベルの焼入れ性３．０ｉｎｃｈ以上を越える必要性はあまり無く、安価な鋼材が利用できる特徴があるので、本発明ではＭｎ，Ｃｒ添加量をより低く調整し、Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｖ等の合金元素を調整してＤＩ値が３．０ｉｎｃｈ以下となるようにした。
【００６０】
【実施例】
次に、本発明による転動部材の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００６１】
（実施例１）焼入れ焼戻し炭素鋼および浸炭焼入れ肌焼き鋼のピッチング強度（予備試験）
本実施例では、歯車の歯面における転動疲労強度を調べるために、図２に示される試験片を用いたローラピッチング試験を実施し、各種の焼入れ焼戻し炭素鋼および浸炭焼入れ肌焼き鋼のピッチング強度を調査した。表１は本実施例に用いた各種炭素鋼、肌焼き鋼の化学成分を示したものであり、各種鋼材は図２（ａ）に示される小ローラ試験片形状に加工した後、Ｎｏ．１、２、４は８２０℃で３０分加熱後に水焼入れし１６０℃で３時間焼戻して、試験に供した。また、Ｎｏ．３は素材調質処理後に転動面を４０ｋＨｚ高周波電源を用いて焼入れ硬化し、上述と同様の焼戻し処理を施した。さらに、Ｎｏ．５は９３０℃で５時間の浸炭処理（炭素ポテンシャル０．８）した後８５０℃に冷却し、８５０℃で３０分保持した後に６０℃の焼入れ油に焼入れた後、上述と同様の焼戻し処理を施した。
【００６２】
【表１】
2004076125.tif 000002
【００６３】
図２（ｂ）に示される大ローラ試験片としては、Ｎｏ．４のＳＵＪ２材を８２０℃で３０分加熱後に水焼入れし１６０℃で３時間焼戻したものを使用した。また、ローラピッチング試験は７０℃の＃３０エンジンオイルで潤滑しながら、小ローラを１０５０ｒｐｍ、大ローラ（負荷ローラ）を２９２ｒｐｍとして４０％の滑り率を与え、面圧を３７５〜２２０ｋｇｆ／ｍｍ２の種々の条件で負荷を与えて実施した。
【００６４】
図３には、各種面圧でピッチングが発生した繰り返し回数をまとめて示されている。図中、基準とする浸炭肌焼き鋼における各面圧における最小繰り返し数をつないだ寿命線が実線で示されている。ピッチング発生繰り返し数が１０７回となる時の面圧を転動面疲労強度と定義した場合、そのピッチング強度は約２１０ｋｇｆ／ｍｍ２となることがわかった。また、同様の整理の仕方で検討すると、Ｎｏ．１：１７５ｋｇｆ／ｍｍ２、Ｎｏ．２：２４０ｋｇｆ／ｍｍ２、Ｎｏ．３：２６０ｋｇｆ／ｍｍ２、Ｎｏ．４：２６０ｋｇｆ／ｍｍ２となることがわかった。さらに、浸炭肌焼き鋼はバラツキが多少大きく、この原因は転動面での浸炭時の粒界酸化や不完全焼き入れ層の存在や残留オーステナイト量が多いこと等によるもので、平均的なピッチング発生回数で比較した場合には、Ｎｏ．２のピッチング強度と変わらないことが分かる。
【００６５】
また、面圧２５０ｋｇｆ／ｍｍ２でピッチングを発生した転動面のマルテンサイト相のＸ線半価幅を調査した結果、Ｎｏ．１：３．６〜４．０°、Ｎｏ．２：４〜４．２°、Ｎｏ．３：４．２〜４．４°、Ｎｏ．４：４．３〜４．６°、Ｎｏ．５：４〜４．２°であった。
【００６６】
さらに、前記熱処理を施したＮｏ．１〜５の試験片を２５０〜３５０℃で各３時間焼戻した時のＸ線半価幅を調査した結果、前記ピッチング発生転動面の半価幅はほぼ３００℃で焼戻した半価幅と合致し、また「材料」、第２６巻、２８０号、Ｐ２６で報告されている各種炭素濃度の炭素鋼の焼戻し硬さと半価幅の関係ともほぼ合致することがわかる。
【００６７】
（実施例２）焼戻し軟化抵抗性の確認
表２は本実施例で使用した合金組成を示したものであり、熱処理は８１０〜８７０℃で３０分加熱後に水冷し、３００、３５０℃で３時間焼戻しした試験片のロックウェル硬さＨＲＣを調査し、さらに、これらの硬さに対する各合金元素添加量の影響を解析した。
【００６８】
【表２】
2004076125.tif 000003
【００６９】
なお、予備実験として、０．１〜１．０重量％の炭素と０．３〜０．９重量％のＭｎを含有する炭素鋼についても調査し、前記合金元素の影響の解析のベースデータとしたが、その結果、
２５０℃では　ＨＲＣ＝３４×√Ｃ（重量％）＋２６．５
３００℃では　ＨＲＣ＝３６×√Ｃ（重量％）＋２０．９
３５０℃では　ＨＲＣ＝３８×√Ｃ（重量％）＋１５．３
で近似されることがわかった。
【００７０】
また、これらの炭素鋼硬さをベースに合金元素の影響を解析した結果、焼戻し軟化抵抗△ＨＲＣは、例えば３００℃で、次式で記述できることがわかった。
ΔＨＲＣ＝４．３×Ｓｉ（重量％）＋７．３×Ａｌ（重量％）＋１．２×Ｃｒ（重量％）×（０．４５÷Ｃ（重量％））＋１．５×Ｍｏ（重量％）＋３．１×Ｖ（重量％）
この結果から、ＡｌはＳｉの１．７倍の焼戻し軟化抵抗性を発現することがわかり、転動面圧強度の改善元素として極めて効果的であることがわかった。
【００７１】
図４には、前記解析結果から求まる焼戻し硬さと実測した焼戻し硬さの合致性が示されている。この図から、バラツキ幅がＨＲＣ±１の範囲で精度良く予測できることがわかる。また、実施例１のＳＣＭ４２０（Ｎｏ．５）の浸炭層（０．８重量％炭素）の３００℃焼戻し硬さについても図４において☆印で示されており、計算値と良く合致していることがわかる。
【００７２】
（実施例３）焼戻し軟化抵抗性に優れた鋼材によるピッチング強度の改善１
表３は本実施例で使用する鋼材の合金成分を示したものである。Ｎｏ．Ｐ１〜Ｎｏ．Ｐ１０については、８５０〜９２０℃から焼き入れた後に１６０℃で３時間の焼戻し処理を施し、Ｎｏ．Ｐ１１、Ｎｏ．Ｐ１２は実施例１と同じ高周波加熱条件で高周波焼入れしたものをローラピッチング試験に供した。
【００７３】
【表３】
2004076125.tif 000004
【００７４】
なお、ピッチング強度の試験は実施例１とほぼ同じ条件で実施し、その結果を図５に示した。また同図中の実線で実施例１で求めたピッチング発生線を図４の実線で示し、さらに、本実施例で求めたピッチング発生線を破線で示した。
【００７５】
これらの結果から、Ａｌ，Ｓｉの単独、もしくは複合添加により、そしてさらに、Ｎｏ．Ｐ３，Ｐ４，Ｐ１１，Ｐ１２の比較からＶ添加によって転動面の耐ピッチング強度が画期的に改善されることがわかった。
【００７６】
また、転動面のマルテンサイト相中に微細なセメンタイト粒子が分散するように高周波焼入れしたＮｏ．Ｐ１１，Ｐ１２においては極めて顕著な耐ピッチング強度の改善が確認された。
【００７７】
また、表３中には計算による３００℃焼戻し硬さが示されており、その硬さから計算される１０７回繰り返しでピッチングが発生する面圧との対応関係が良いことがわかる。
【００７８】
（実施例４）焼戻し軟化抵抗性に優れた鋼材によるピッチング強度の改善２
本実施例は浸炭焼入れ処理によって面圧強度を高めることを目的とするものであって、表４には供試鋼材の合金成分が示されている。浸炭焼入れ処理は、図６に示されているように、Ｎ２ガスフリーのメタンガスによる真空浸炭により９５０℃（浸炭層炭素濃度０．８重量％狙い）と１０２０℃（浸炭層炭素濃度１．３重量％狙い）の二通りの処理を実施し、１．３重量％Ｃの高濃度浸炭試験片については９００℃で３０分の再加熱後焼入れ焼戻し処理を施した。
【００７９】
【表４】
2004076125.tif 000005
【００８０】
ローラピッチング試験は実施例１と同じ条件で実施した。その結果が図７，８に示されている。図７は表面浸炭層を０．８重量％Ｃ狙いで浸炭焼入れ焼戻し処理を施した試験片の結果を示したものであり、基準とするＮｏ．５の結果と較べると、Ａｌを添加するＮｏ．Ｇ３〜Ｎｏ．Ｇ６に明確な改善が認められる。また、Ｎｏ．Ｇ２とＮｏ．Ｇ３の結果からＳｉを単独に添加する場合にはほぼ１．０重量％以上において明確にその改善が確認できる。
【００８１】
また、図８はＮｏ．５，Ｎｏ．Ｇ２，Ｎｏ．Ｇ４の表面浸炭層の炭素量を１．３重量％に狙い、再加熱焼入れ焼戻し処理によって転動面が焼戻しマルテンサイト相中にセメンタイト粒子が分散する組織を有するようにしたもののピッチング試験結果を示したものであるが、基準となるＮｏ．５に較べて顕著な面圧強度の改善が認められる。
【００８２】
図８はＮｏ．５とＮｏ．Ｇ２の表面浸炭層の組織写真を示したものであり、Ｎｏ．Ｇ２のマルテンサイト相中に分散するセメンタイト粒子がＶの添加によって微細化され、それによってマルテンサイト葉も微細化されていることが明らかであり、このことが顕著な面圧強度の向上に作用することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、Ｆｅ３Ｓｉの各種合金元素の影響を示す状態図である。
【図２】図２（ａ）（ｂ）は、ローラピッチング試験用試験片を示す図である。
【図３】図３は、ローラピッチング強度の予備試験結果を示すグラフである。
【図４】図４は、焼戻し硬さの実測値と計算値の比較を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明鋼のピッチング強度を示すグラフ（１）である。
【図６】図６は、真空浸炭焼入れ処理のパターンを示す図である。
【図７】図７は、本発明鋼のピッチング強度を示すグラフ（２）である。
【図８】図８は、本発明鋼のピッチング強度を示すグラフ（３）である。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、Ｎｏ．５、Ｎｏ．Ｇ２の浸炭層の金属組織を示す写真である。
【図１】
2004076125.tif 000006
【図２】
2004076125.tif 000007
【図３】
2004076125.tif 000008
【図４】
2004076125.tif 000009
【図５】
2004076125.tif 000010
【図６】
2004076125.tif 000011
【図７】
2004076125.tif 000012
【図８】
2004076125.tif 000013
【図９】
2004076125.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成14年8月30日(2002.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
【表４】
2004076125.tif 000015