(57)【要約】【課題】  鍛造上がりの硬さ上昇を最小限に抑え、被削性、冷間加工性を確保しながら、非硬化部の疲労強度、硬化部の耐転がり強度、耐ピッチング強度、耐摩耗性、疲労強度等を向上させた鋼材を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．４０％以上０．５０％未満、Ｓｉ：０．５〜０．９％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃｒ：０．４％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｖ：０．０１〜０．１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、鍛造後に部品の一部を高周波焼入れして使用する被削性に優れた高強度高周波焼入用鋼で、炭素当量：０．７５≦Ｃeq≦０．９０、被削性指数：ａ値≦を満足することを特徴とする高強度高周波焼入用鋼。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．４０％以上０．５０％未満、Ｓｉ：０．５〜０．９％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃｒ：０．４％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｖ：０．０１〜０．１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、鍛造後に部品の一部を高周波焼入れして使用する被削性に優れた高強度高周波焼入用鋼において、炭素当量式を（１）式で表すとき、炭素当量：Ｃeqは（２）式および被削性指数：ａ値は（３）式を満足することを特徴とする高強度高周波焼入用鋼。
Ｃeq＝C%+(1/7)Si%+(1/5)Mn%+(1/9)Cr%-(5/7)S%+V%        （１）
０．７５≦Ｃeq≦０．９０                              （２）
ａ値＝C-(1/12)Si+(1/5)Mn+(1/9)Cr-V-(5/7)S≦０．６２   （３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速ジョイント、ハブユニット等、鋼材を鍛造成形した後、部品の一部を高周波焼入れして用いられる鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、等速ジョイント、ハブユニット等の部品は、鋼材を冷間鍛造、温間鍛造あるいは熱間鍛造またはこれらの組み合わせにて成形し、特に強度の必要な部分には高周波焼入れしている。このような用途には、ＪＩＳ−Ｓ５３Ｃ、ＳＡＥ１０５５、ＳＡＥ１０７０等の鋼材が主に用いられている。
【０００３】
しかし、近年の使用環境の過酷化、あるいは軽量化を目指した小型化、薄肉化のため、従来の焼入れ硬化部は一層の耐転がり強度、耐摩耗性、疲労強度が求められるだけでなく、従来では鍛造上がりの強度で十分であった非硬化部の疲労強度向上も求められるようになっている。また、これらの部品は鍛造後に切削加工を受ける部位が多く、近年ますます強くなる加工コスト低減の要求から、被削性の向上も強く求められる。
【０００４】
このような要求に対し、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒの増量や、Ｍｏ等の添加により、焼入れ部に求められる特性を向上させるとともに、非硬化部の硬度上昇により、非硬化部の疲労強度を上昇させる対策が考えられる。しかしながら、これらの部品は鍛造後に切削加工を受け、冷間加工を受ける場合もあることから、いたずらに非硬化部の硬度を上げることは切削加工、冷間加工で不利となるだけでなく、Ｃｒ、Ｍｏの添加は素材費の上昇にもつながる。また、非硬化部の疲労強度向上に対しては、疲労強度不足部に焼入れを行う対策が考えられるが、部品製造工程数の増加につながり、製造コストが上昇するという問題点がある。したがって、鍛造上がりの硬さの上昇をできるだけ抑えて非硬化部の被削性、冷間加工性を確保しながら、非硬化部の疲労強度上昇および硬化部の要求特性向上を同時に達成することが、これらの部品に使用される材料の課題となる。
そこで、出願人は、これらの問題を解決するものとして、被削性に優れた高強度高周波焼入用鋼を開発している。しかし、このものは、炭素含有量がＣ：０．５〜０．７％を含有する高強度高周波焼入用鋼に関するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３２５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した出願人の開発した高強度高周波焼入用鋼よりもさらに炭素含有量が低いにもかかわらず、上記の課題を解決し得るものであり、鍛造上がりの硬さ上昇を最小限に抑え、被削性、冷間加工性を確保しながら、非硬化部の疲労強度、硬化部の耐転がり強度、耐ピッチング強度、耐摩耗性、疲労強度等を向上させた鋼材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
質量％で、Ｃ：０．４０％以上０．５０％未満、Ｓｉ：０．５〜０．９％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃｒ：０．４％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｖ：０．０１〜０．１５％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、鍛造後に部品の一部を高周波焼入れして使用する被削性に優れた高強度高周波焼入用鋼において、炭素当量式を（１）式で表すとき、炭素当量：Ｃeqは（２）式および被削性指数：ａ値は（３）式を満足することを特徴とする高強度高周波焼入用鋼である。
Ｃeq＝C%+(1/7)Si%+(1/5)Mn%+(1/9)Cr%-(5/7)S%+V%        （１）
０．７５≦Ｃeq≦０．９０                              （２）
ａ値＝C-(1/12)Si+(1/5)Mn+(1/9)Cr-V-(5/7)S≦０．６２   （３）
【０００８】
本発明における鋼成分の限定理由を説明する。なお、％は質量％で示す。
Ｃ：０．４０％以上０．５０％未満
Ｃは、焼入性を確保するための元素で、Ｃ量の下限を０．４０％とする。また、０．５０％以上になると、組織的に非焼入れ部の初析フェライト量が減少し、被削性が大きく低下する。本発明は被削性指数のａを０．６２以下とすることと合わせて、Ｃを０．４０％以上０．５０％未満とする。
【０００９】
Ｓｉ：０．５〜０．９％
Ｓｉ量は本発明において最も重要な役割を果たすもので、非硬化部の硬さの上昇を最小限に抑えながら、疲労強度、被削性を向上させ、さらに硬化部の耐転がり強度、耐ピッチング強度、耐摩耗性、疲労強度の向上に寄与する。硬化部の耐転がり強度、耐ピッチング強度、耐摩耗性、疲労強度に対しては０．５％以上で効果があり、１．０％を超えると効果は飽和するが、被削性に関しては、０．７〜０．９％が最も優れる。そこで、Ｓｉ量は、０．５〜０．９％とする。
【００１０】
Ｍｎ：０．５〜１．０％
Ｍｎ量を低下させると、高周波焼入れの短時間加熱によるオーステナイト化が不十分となり、十分な焼入れ硬さが得られない。本発明鋼の範囲では０．５％以上が最低限必要となる。０．６％以上が望ましい。また、Ｍｎの増量は非硬化部の疲労強度を向上させるが、初析フェライトを減少させ、被削性を著しく低下させるため、１．０％を上限とする。
【００１１】
Ｃｒ：０．４％以下
Ｃｒは、無添加でも０．０５％〜０．３５％程度不可避的に含有されるものである。Ｃｒは必要に応じて添加すればよいが、０．４％を超えるとセメンタイト中に濃縮し、焼入れ前の加熱の際、炭素のマトリックスへの固溶を阻害する。したがって、高周波焼入れ性阻害させないため０．４％を上限とする。
【００１２】
Ｓ：０．０３５％以下
Ｓは被削性を向上させる元素で、添加量を増やすと被削性には有利であるが、非金属介在物であるＭｎＳを生成するため、耐転がり強度を低下する。したがって、耐転がり強度への影響が見られない０．０３５％を上限とする。
【００１３】
Ｖ：０．０１〜０．１５％
ＶはＳｉと並んで、本発明において重要な役割を果たし、非硬化部の疲労強度の向上と被削性の向上に寄与する元素である。Ｖ添加により、組織中の最弱部である初析フェライトがＶＣの析出硬化により強化され、疲労強度が向上する。また、Ｖ添加より生成するＶＮを核として初析フェライトが安定して球状に析出し、被削性を大幅に向上させる。Ｃ：０．５％以下ではＶの添加にかかわらず、初析フェライトが層状であっても十分な量析出するため、Ｖ添加による被削性向上効果はほとんど無い。一方、Ｃ：０．７％以上ではＶを添加しても初析フェライトがほとんど析出しないため、被削性向上効果は無い。層状の初析フェライトがわずかに析出し、被削性に対して不十分な領域であるＣ：０．５〜０．７％の範囲においてのみ、Ｖを添加し、球状の初析フェライトを安定的に析出させることで被削性を向上させることができる。
【００１４】
０．７５≦Ｃeq≦０．９０とする理由
熱間鍛造、温間鍛造の硬さは、炭素当量：Ｃeqで予測できる。鍛造後の硬さは高いほど疲労強度には有利であるが、加工に対しては不利となる。本発明鋼の範囲付近で、炭素当量と熱間鍛造硬さの関係を実験にて確認したところ、図９に示すような関係が得られた。炭素当量を０．７５≦Ｃeq≦０．９０とすることで、非焼入れ部の疲労強度と通常の加工方法による加工性が両立できる１９．５〜２６．５ＨＲＣとなる。したがって、この炭素当量：Ｃeqの範囲の成分とすることで、加工性と疲労強度が両立する鋼を確実に得ることができ、特に加工工程中に熱間鍛造を含む場合、この範囲となることが多い。
【００１５】
被削性指数のａ値をａ値＝C-(1/12)Si+(1/5)Mn+(1/9)Cr-V-(5/7)S≦０．６２とする理由
被削性は、被削性指数ａにより予測できることを発明者は見出したもので、被削性の大幅な向上を狙うためには、Ｃ：０．４％以上０．５０％未満の鋼においても被削性指数ａが０．６２以下であることが必要である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、Ｃ量、Ｍｎ量を加工性を悪化させない範囲にとどめ、Ｓｉ量を増加して高強度化することで、鍛造上がりの硬さ上昇を最小限に抑え、被削性、冷間加工性を確保しながら、非硬化部の疲労強度を向上させ、さらに硬化部の耐転がり強度、転がり寿命、耐ピッチング強度、耐摩耗性、疲労強度等を向上させた、鍛造後に部品の一部を高周波焼入れして使用する高強度高周波焼入用鋼材で、従来にない優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明を実施するための最良の形態を、実施例を通じて説明する。１００ｋｇ真空溶解炉にて表１に示す発明鋼、従来鋼、比較鋼の各Ｎｏ．の供試鋼の鋼塊に溶製する。なお、供試鋼の区分におけるＯ、Ｎは不純物として不可避的に含有されるものを示す。得られた鋼塊をφ３０およびφ２０の棒材に熱間鍛造後に放冷した。
【実施例１】
【００１８】
【表１】
2005187892.tif 000002
【００１９】
【表２】
2005187892.tif 000003
【００２０】
上記の供試鋼において、表１のＮｏ．１〜９の発明鋼の９種は、その評価結果を表２のＮｏ．１〜９の発明鋼に示す。なお、Ｎｏ．２及びＮｏ．７はＣｒ添加材、その他はＣｒ無添加材である。表１のＮｏ．１０の従来鋼は、Ｃ量、Ｓｉ量が本発明鋼の範囲から外れるもので、表２に示す被削性指数のａ値も本発明鋼のａ値の範囲から外れる。さらに表１のＮｏ．１１〜１９の比較鋼の９種は、それぞれ網掛けで示す値が本発明鋼の範囲より外れるものを示す。以上の供試鋼におけるそれぞれの試験片で以下の試験を行い、それぞれの結果を表２に示す。
【００２１】
上記の供試鋼における被削性指数のａ値の評価結果は、表２に示すようにＮｏ．１〜９は０．４４〜０．５６であり、いずれも０．６２以下である。
【００２２】
１）被削性（ドリル寿命試験）
φ３０ｍｍの熱間鍛造材をフライス盤にて２４×１８×３００ｍｍの角材に加工し、ドリル穿孔試験を行い、ドリル寿命までの穿孔数で被削性を評価した。試験条件は、ドリル径：φ５ｍｍ、ドリル材質：ＳＫＨ５１、切削速度：２０ｍ／ｍｉｎ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：なし（乾式）、穿孔深度：１５ｍｍ、評価方法：穿孔不能までの穴数である。
【００２３】
２）疲労試験（回転曲げ疲労試験）
φ２０ｍｍの熱間鍛造材を旋削にて試験部φ８ｍｍの回転曲げ疲労試験片に加工し、回転曲げ疲労試験を行い疲労強度で評価した。
【００２４】
３）転がり寿命試験（スラスト荷重）
φ６５ｍｍの鍛造材よりφ６０×７．２ｍｍの試験片を旋削により加工し、高周波焼入れ焼戻し後、表面研磨して転がり寿命試験をＰｍａｘ＝５２９２ＭＰａ、荷重：スラスト方向、温度：室温の条件で行い、Ｌ10寿命で評価した。
【００２５】
４）転がり寿命試験（ラジアル荷重）
φ２０ｍｍの鍛造材よりφ１２×２２ｍｍの試験片を旋削により加工し、高周波焼入れ焼戻し後、表面研磨して転がり寿命試験を、Ｐｍａｘ＝５８８０ＭＰａ、荷重：ラジアル方向、温度：室温の条件で行い、Ｌ10寿命で評価した。
【００２６】
上記の試験において、１）の被削性（ドリル寿命試験）の評価における目標値は、ＪＩＳ−Ｓ５３Ｃよりも５０％ｕｐのドリル穿孔数９０以上とする。本発明の鋼のＮｏ．１〜９は、いずれもドリル穿孔数１０５以上である。
【００２７】
２）の疲労試験（回転曲げ疲労試験）の評価における目標値は、ＪＩＳ−Ｓ５３Ｃにおける回転曲げ疲労強度２７０ＭＰａ以上とする。本発明の鋼のＮｏ．１〜９は、いずれも回転曲げ疲労強度３５０ＭＰａ以上である。
【００２８】
３）の転がり寿命試験（ラジアル荷重）の評価における目標値は、ＪＩＳ−Ｓ５３Ｃにおける転がり疲労寿命３．０×１０7以上とする。本発明の鋼のＮｏ．１〜９は、いずれも転がり疲労寿命５．０×１０7を超えている。
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月27日(2004.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３２５３５号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６９３８号公報