(57)【要約】【課題】  確実にフェライト＋パーライト組織とすることのできる温度範囲で、比較的短時間な恒温保持によってマルテンサイト面積率を限りなくゼロとし、白点性欠陥を皆無にした浸炭或いは浸炭窒化部品を提供すること。【解決手段】  浸炭或いは浸炭窒化処理後の冷却時に、Ｔ＝（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５となる温度Ｔ[℃］で、ｔ≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）となる時間ｔ[ｈｒ］、恒温保持する熱処理を施し、焼入れ硬化してなる金属組織を有することを特徴とする。上記式中、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎは、それぞれの合金鋼中の含有率（重量％）の数値を表す。この場合、熱処理品は、その成分が重量％で、Ｃ：０．１８〜０．５０％、Ｎｉ：０．３０〜３．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％、Ｍｏ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜１．５０％を含有する合金鋼である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１８〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．３０〜３．５０重量％、Ｃｒ：０．３０〜１．００重量％、Ｍｏ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜１．５０重量％の合金元素を含有する鋼において、
浸炭或いは浸炭窒化処理後の冷却時に、
Ｔ＝（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５となる温度Ｔ[℃］で、
ｔ≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）となる時間ｔ[ｈｒ］、
恒温保持する熱処理を施し、焼入れ硬化してなる金属組織を有することを特徴とする熱処理品。
上記式中、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎは、それぞれの含有率（重量％）の数値を表す。
【請求項２】
浸炭或いは浸炭窒化処理後に恒温保持した後、直ちに昇温して焼入れを施すことを特徴とする請求項１に記載の熱処理品。
【請求項３】
Ｃ：０．１８〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．３０〜３．５０重量％、Ｃｒ：０．３０〜１．００重量％、Ｍｏ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜１．５０重量％の合金元素を含有する鋼の浸炭或いは浸炭窒化処理後の冷却時に、
Ｔ＝（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５となる温度Ｔ[℃］で、
ｔ≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）となる時間ｔ[ｈｒ］、
恒温保持することを特徴とする鋼の熱処理方法。
上記式中、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎは、それぞれの含有率（重量％）の数値を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、鉄道車両、農業機械、建設機械及び鉄鋼機械等に使用される高い疲労強度が要求される機械部品であって、特に軸受、歯車、シャフト等に使用される浸炭或いは浸炭窒化処理が施される合金鋼の熱処理品およびその熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐摩耗性、疲労強度、または靭性等が要求される機械部品には、機能性の向上を図るため、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ等の合金元素が多量に添加された合金鋼が一般的に使用される。これらの合金元素は焼入れ性を高め、焼入れ時に不完全焼入れ組織の形成を防止する作用も担っている。また、軸受や歯車等、特に高い耐摩耗性や疲労強度が要求される機械部品には、合金鋼に浸炭或いは浸炭窒化の表面硬化処理が施される。
【０００３】
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ等の合金元素が多量に添加された合金鋼に長時間浸炭或いは浸炭窒化処理を施した部品に於いては、水素に起因する割れ、すなわち白点性欠陥の発生防止が重要である。白点性欠陥は、毛割れ状の内部欠陥が熱処理後の冷却時や室温放置時に生じるもので、破面の断面を観察すると白点が認められる。
【０００４】
白点性欠陥を防止する方法が、特許文献１に開示されている。その特徴は、浸炭或いは浸炭窒化後にＡ1変態点〜Ｍｓ点の温度範囲で恒温保持を施すことによって、金属組織をフェライト＋パーライトにし、マルテンサイト量を低減させることである。
【特許文献１】特開平１０−１６８５１５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、上記合金元素を多量に含有した鋼種においては、等温変態図（ＴＴＴ図）が二重Ｓ曲線となり（図１参照）、Ａ1〜ＴPBで恒温保持すればフェライト＋パーライト組織となるが、ＴPB〜Ｍｓ点で恒温保持すればベイナイト組織となる。つまり、特許文献１で開示された温度範囲であるＡ1変態点〜Ｍｓ点で恒温保持を施したとしても、温度によっては必ずしもフェライト＋パーライト組織にはならないという問題点がある。
また、特許文献１で示された恒温保持時間は非常に長いため、稼働時間の長時間化による納期の長期化やコストアップなど、工業的に不都合な点が多かった。
【０００６】
本発明は、確実にフェライト＋パーライト組織とすることのできる温度範囲で、比較的短時間な恒温保持によってマルテンサイト面積率を限りなくゼロとし、白点性欠陥を皆無にした浸炭或いは浸炭窒化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】
【０００７】
本発明は、下記の通りである。
１）Ｃ：０．１８〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．３０〜３．５０重量％、Ｃｒ：０．３０〜１．００重量％、Ｍｏ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜１．５０重量％の合金元素を含有する鋼において、
浸炭或いは浸炭窒化処理後の冷却時に、
Ｔ＝（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５となる温度Ｔ[℃］で、
ｔ≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）となる時間ｔ[ｈｒ］、
恒温保持する熱処理を施し、焼入れ硬化してなる金属組織を有することを特徴とする熱処理品。
上記式中、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎは、それぞれの含有率（重量％）の数値を表す。
【０００８】
２）浸炭或いは浸炭窒化処理後に恒温保持した後、直ちに昇温して焼入れを施すことを特徴とする（１）に記載の熱処理品。
【０００９】
３）Ｃ：０．１８〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．３０〜３．５０重量％、Ｃｒ：０．３０〜１．００重量％、Ｍｏ：０．２０〜０．５０重量％、Ｍｎ：０．２０〜１．５０重量％の合金元素を含有する鋼の浸炭或いは浸炭窒化処理後の冷却時に、
Ｔ＝（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５となる温度Ｔ[℃］で、
ｔ≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）となる時間ｔ[ｈｒ］、
恒温保持することを特徴とする鋼の熱処理方法。
上記式中、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎは、それぞれの含有率（重量％）の数値を表す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱処理品およびその熱処理方法によれば、浸炭或いは浸炭窒化による表面硬化法を適用して製造される熱処理品において、短時間の処理で従来問題となっていた白点性欠陥の発生を確実に防止することができ、しかも、組織を改善して靭性を高めることができるので、機械部品の寿命延長を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
長時間の浸炭品は水素が多量に侵入してしまい白点性欠陥の発生の危険性が高まる。水素は侵入型元素であり、拡散が非常に速く、熱処理後の冷却中にもある程度排出されるが、冷却速度が極度に速いと水素の排出が間に合わず、高濃度の水素が鋼中に残存してしまう。
白点性欠陥の発生は、鋼中への水素の侵入が主要因であるが、鋼中に高濃度の水素がチャージされても白点性欠陥が必ずしも発生するのではなく、鋼中にある量以上の水素がチャージされ、かつ外的な応力の付加、例えばマルテンサイト変態のような内部応力が付加されなければ発生しない。
【００１２】
白点性欠陥は組織に依存し、フェライト＋パーライト組織中にマルテンサイトが混在する場合に最も割れの感受性が高まる。（増補版、鉄鋼と合金元素（上）日本学術振興会  製鋼第１９委員会編、誠文堂新光社  第４５２頁参照）。特に合金元素の偏析により帯状に未変態のオーステナイト（残留オーステナイト）が存在すると、このオーステナイトが水素拡散の障壁となり、外部への水素の排出が阻害され、水素がトラップされ易くなるのに加え、周囲から変態中に排出された水素がオーステナイト中に濃縮されてしまう。冷却によりこのオーステナイトはマルテンサイト変態を生じるが、マルテンサイト中では水素が外にパージされにくいため水素の拡散が遅く、更に変態応力の作用も相まって、白点性欠陥に対する感受性が高くなってしまう。
【００１３】
したがって、浸炭及び浸炭窒化処理した部品における白点性欠陥の防止には、浸炭或いは浸炭窒化時に鋼中に侵入した水素を室温に冷却する前に外部に排出すればよい。
白点性欠陥が生じる危険性が高まる鋼中水素濃度は４ｐｐｍ以上（増補版、鉄鋼と合金元素（上）日本学術振興会  製鋼第１９委員会編、誠文堂新光社  第４４８頁参照）であることから、水素量は４ｐｐｍ以下にする必要があり、安全性を見越して２ｐｐｍ以下（更に好ましくは１ｐｐｍ以下）とする。
【００１４】
更に、白点性欠陥の防止には、マルテンサイトをなくして変態応力を除去する必要がある。また、見方を変えると、マルテンサイトをなくすことは水素のトラップサイトをなくすこと、つまり鋼中の水素量が減少することを意味する。
【００１５】
次に、図を参照してさらに詳述する。図２に鋼中の水素の溶解度と温度との関係を示す。図２から明らかなように、オーステナイト温度域で水素の溶解度は５ｐｐｍ以上と高いが、フェライト（非浸炭部）温度域では３．５ｐｐｍ以下と大幅に溶解度が減少している。すなわち、浸炭或いは浸炭窒化後にオーステナイト温度域に恒温保持するよりフェライト温度域に保持する方が鋼中にチャージされた水素を短時間で排出できることを意味する。
【００１６】
図３に温度と鋼中の水素の透過量（透過速度に相当）の関係を示す。図３から明らかなように、Ａ1変態点以下の温度での透過速度は浸炭温度であるＡ1変態点以上の温度よりも大きい。これは、水素の拡散の速さが鋼の組織に依存しており、オーステナイト組織中よりもフェライト＋パーライト組織中の方が拡散が速く、Ａ1変態点以下で保持することにより鋼中にチャージされた水素を効率よく排出できることを意味する。
【００１７】
なお、浸炭後、恒温保持せずに放冷した際に、バンド状のマルテンサイトが形成される鋼においては、このマルテンサイトが水素の拡散を阻害し、水素がトラップされやすく水素濃度が高くなるのに加え、マルテンサイト変態による内部応力によって、白点性欠陥の生じる危険が最も高い。このような鋼では、浸炭又は浸炭窒化後に恒温保持する熱処理を施すと、水素のトラップされる部位であるマルテンサイトが減って水素濃度を低下させることができ、応力の発生も防止できるので、白点性欠陥をいずれも防止するのに特に適している。
【００１８】
図１に、等温変態図（ＴＴＴ図）を模式的に示す。ＴＴＴ図とは過冷オーステナイトを任意の温度で恒温保持したときの組織変化を示したものである。合金鋼のＴＴＴ図には２種類あって、（ａ）一対のノーズ（鼻）とベイ（湾）を有するもの（一段変態型）と、（ｂ）２対のノーズとベイを有するもの（二段変態型）である。（ａ）は、ノーズより高い温度ではパーライト変態を、ノーズより低い温度ではベイナイト変態を起こす。（ｂ）は、比較的高い温度帯にあるノーズとベイはパーライト変態によるもので、もう一方のノーズとベイはベイナイト変態を示すものである。
【００１９】
ＴＴＴ図の形状が（ａ）と（ｂ）に分かれる基準は、鋼に含まれる合金元素の種類による。すなわち、（ｂ）は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂが含有されている鋼について示される。なお、これらの合金元素は加熱オーステナイトに固溶している必要があり、オーステナイト化温度が低い場合には、合金元素はあまり固溶せずに炭化物または炭窒化物として遊離しているため、ＴＴＴ図に及ぼす影響が無くなる（熱処理技術便覧、（社）日本熱処理技術協会編、日刊工業新聞社）。
【００２０】
つまり、本発明によれば、上記炭化物および炭窒化物生成元素を含む鋼において、Ａ3（浸炭温度）又はＡcm（浸炭窒化温度）以上の温度でオーステナイト化した後に、直ちにＡ1〜ＴPBで恒温保持することによってフェライト＋パーライト組織にし、恒温保持中に鋼中水素を外部に排出させるとともに、水素トラップサイトであるマルテンサイト体積率を限りなくゼロにすることで、白点性欠陥を無くすことができる。
【００２１】
かかる目的を達成するために、上記１）に係る熱処理品は、浸炭或いは浸炭窒化処理後の冷却時に、Ｔ＝（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５となる温度Ｔ[℃］で、ｔ≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）となる時間ｔ[ｈｒ］、恒温保持する熱処理を施し、焼入れ硬化してなる金属組織を有することを特徴とする。上記式中、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎは、それぞれの合金鋼中の含有率（重量％）の数値を表す。
この場合、熱処理品は、その成分が重量％で、Ｃ：０．１８〜０．５０％、Ｎｉ：０．３０〜３．５０％、Ｃｒ：０．３０〜１．００％、Ｍｏ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜１．５０％を含有する合金鋼である。
【００２２】
また、浸炭または浸炭窒化後、恒温保持した熱処理品のマルテンサイトの面積率が０．１％以下、水素濃度が２ｐｐｍ以下が好ましく、更に好ましくは熱処理品のマルテンサイトの面積率が０％、水素濃度が１ｐｐｍ以下がよい。
【００２３】
以下、本発明を図を参照して説明する。
先ず、好適な熱処理条件範囲について述べる。
【００２４】
［浸炭或いは浸炭窒化後の恒温保持温度］
白点性欠陥の防止の点から恒温保持温度を検討した。図３に示した温度と水素の透過量（透過速度）との関係から、水素の透過速度はＡ1変態点直下が最も大きな値をとっており、水素排出の効率からみると恒温保持温度はＡ1変態点直下が最も適している。保持温度が６００℃以下になると、浸炭温度である９００〜９５０℃よりも水素の拡散速度が遅くなって水素の排出が有効に行われないので、最低６００℃以上で保持することが望ましい。
【００２５】
一方、図１のＴＴＴ図に示した温度と保持時間との関係から見ると、図中にハッチングで示してある、パーライト変態を起こすことのできる温度域（ＴPB〜Ａ1）かつＰf線を通過できる時間領域において、パーライト組織が得られる。中でも、最も短時間にパーライト組織を得ることができるのは、ノーズ温度（ＴPP）においてであり、ノーズ温度よりも高くなればなるほど、あるいは低くなればなるほど、必要な保持時間は伸びていく。
【００２６】
以上のことから、白点性欠陥を防止する際の恒温保持温度としては、ＴPB〜Ａ1変態点が好ましく、さらにはノーズ温度ＴPPが最も良い。上記合金元素を含有した鋼においては、（６２０〜６４０）＋（２．０Ｃｒ＋０．３Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ）×５の範囲となる温度で保持することが望ましい。
【００２７】
［恒温保持時間］
鋼の恒温変態が完了する時間は、通常、合金元素の添加により遅くなる。ここで、本発明者等は恒温変態特性に影響する添加元素として、パーライト変態を遅らせるＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎの４元素に注目して調査をした結果、変態の遅延の程度はＣｒ＞Ｍｏ＞Ｎｉ＞Ｍｎとなっており、これら元素の含有量をパラメータとした計算式により、上記恒温保持温度範囲で恒温保持した際の変態完了時間を決定できることを実験的に見出し、下記（１）式に示す。
ｔ[ｈｒ］≧０．８＋ｅｘｐ（４．０Ｃｒ＋１．７Ｍｏ＋０．５Ｎｉ＋０．１Ｍｎ−２．９）        （１）
【００２８】
前式より、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｍｎ含有率から最低限必要な最低恒温保持時間を決定することができる。また、（１）式で決定された最低恒温保持時間ｔ（Ｈｒ）を満たす熱処理を施せば、二次焼入れの場合に結晶粒が微細化しない材料を用いた機械部品であっても微細化ができ、機械的性質の向上、例えば転がり軸受に用いた場合には転がり軸受寿命を長寿命とすることができる。
【００２９】
［冷却方法、冷却速度］
浸炭或いは浸炭窒化温度から恒温保持温度への冷却時に冷却速度が遅すぎると、基地であるオーステナイトから炭素が吐き出され、セメンタイトがオーステナイト粒界に沿って網目状に析出し、網目状炭化物近傍のオーステナイト中の炭素濃度が減少する。この状態でＡ1変態点以下に温度が低下すると、共析変態によりオーステナイトからパーライトが生じるが、炭化物の核が存在しているために層状に炭化物は析出せずに、網目状炭化物の粗大化が優先的に進行してしまい、網目状炭化物近傍は炭素濃度が減少しているため、フェライトとなる。この状態から二次焼入れ処理でオーステナイト温度域に再加熱を行っても、網目状炭化物の一部は基地中に再溶解するものの、網目状炭化物近傍のオーステナイト中の炭素濃度は低いため十分な球状化セメンタイトの析出は起こらず、球状化セメンタイトの欠乏領域が形成され硬さが低下する。これを防止するには、粒界初析セメンタイト析出を抑制するように最低２〜３℃／ｍｉｎ以上の速度で、所定の恒温保持温度まで冷却を行うとよい。
【００３０】
生産性を考慮した場合、２０℃／ｍｉｎ程度の冷却速度で速やかに冷却することが好ましい。したがって、冷却速度は２〜２０℃／ｍｉｎ、好ましくは１０〜２０℃／ｍｉｎで冷却するのがよい。
【００３１】
また、恒温保持の段階に入る前に所定の恒温保持温度より低下して、芯部（非浸炭部）のＭｓ点以下にまで低下した場合は、マルテンサイトが形成され、且つ、多量の水素が残存した状態であるため、放冷割れと白点性欠陥のいずれもが生じる危険が高まる。したがって、浸炭或いは浸炭窒化後の恒温保持を施す前に、芯部のＭｓ点以下に温度が低下するのは避けなければならない。なお、恒温保持後、室温への冷却時の冷却速度は既に恒温保持によりパーライト変態が完了しているので任意の冷却速度で冷却できる。
【００３２】
次に、鋼の化学成分の限定範囲について述べる。なお、％は重量％とする。
Ｃ：０．１８％未満になると、浸炭又は浸炭窒化処理時間が長くなり、熱処理生産性が悪化する一方、０．５０％を超えると、靭性が大きく低下するので、Ｃの含有量は０．１８％〜０．５０％とする。
【００３３】
Ｃｒ：Ｃｒは焼入れ性を向上させ、基地を固溶強化する他、浸炭或いは浸炭窒化により表面層に炭化物、窒化物及び炭窒化物を析出させ、機械的性質の向上、例えば転がり軸受では転動疲労寿命の向上に役に立つので、Ｃｒ含有量の下限値は０．３０％とする。０．３０％以下ではその添加効果が少ない。また、多量に添加すると、表面にＣｒ酸化物が形成され、浸炭或いは浸炭窒化時に炭素や窒素が表面から侵入するのを阻害し、熱処理生産性を低下させるので、Ｃｒの含有量は０．３０〜１．００％とする。
【００３４】
Ｍｎ：Ｍｎは焼入れ性を向上させると共に残留オーステナイト（異物混入下での転がり寿命に有効）の生成元素であるため、含有量を０．２０％以上とする。但し、Ｍｎは素材のフェライトを強化する元素であり、含有量が多すぎると冷間加工性が著しく低下するので、Ｍｎの含有量は０．２０〜１．５０％とし、０．４０〜０．７０％とすることが好ましい。
【００３５】
Ｎｉ：Ｎｉは鋼の焼入れ性を向上させ、靭性を高める。その効果は０．３０％以上の添加で顕著になる。しかし、含有量が３．５０％を超えてもその効果は向上せず、過剰な添加はコストが高くなるので、Ｎｉの含有量は０．３０〜３．５０％とし、１．５０〜２．５０％とすることが好ましい。
【００３６】
Ｍｏ：Ｍｏは鋼の焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗性を増大させ、浸炭窒化により表面層に炭化物、窒化物及び炭窒化物を析出して、材料の硬さを向上する。また、パーライト変態を遅らせ、ＴＴＴ図において変態域を２段に分ける効果がある。その効果は０．２０％以上の含有量で顕著となる。しかしながら、Ａｒ’変態の遅れは含有量が０．５０％までが最も遅滞作用が強く、これを超えてもＴＴＴ図はあまり変化しなくなるので、Ｍｏの含有量は０．２０〜０．５０％とし、０．２０〜０．４０％とすることが好ましい。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により、本発明を説明する。
（実施例及び比較例）
表１に示す組成の鋼種１〜６を材料とするＮＵ２４０相当リング材各２００個について次のＡ〜Ｅの条件で熱処理を行った。表２に熱処理条件を示す。
【００３８】
【表１】
2005281780.tif 000002
【００３９】
【表２】
2005281780.tif 000003
【００４０】
［熱処理Ａ］
９５０±１０℃で２０時間、ＲＸガス＋エンリッチガスの雰囲気で浸炭を行なった後、炉内において窒素ガス雰囲気中で５５０℃まで炉冷した後、炉外において室温にまで空冷し、再度炉内で８４０±１０℃に加熱し、焼入れを行ない、さらに、１８０±１０℃で２時間の焼戻しを行なう。
【００４１】
［熱処理Ｂ］
９５０±１０℃で２０時間、ＲＸガス＋エンリッチガスの雰囲気で浸炭を行なった後、窒素ガス雰囲気中において６４０±１０℃で１０ｈｒ恒温保持し、室温まで空冷した後、再度炉内で８４０±１０℃に加熱し、焼入れを行ない、次いで、１８０±１０℃で２時間の焼戻しを行なう。
【００４２】
［熱処理Ｃ］
９５０±１０℃で２０時間、ＲＸガス＋エンリッチガスの雰囲気で浸炭を行なった後、窒素ガス雰囲気中において６４０±１０℃で２ｈｒ恒温保持し、室温まで空冷した後、再度炉内で８４０±１０℃に加熱し、焼入れを行ない、次いで、１８０±１０℃で２時間の焼戻しを行なう。
【００４３】
［熱処理Ｄ］
９５０±１０℃で２０時間、ＲＸガス＋エンリッチガスの雰囲気で浸炭を行なった後、窒素ガス雰囲気中において６４０±１０℃で１０ｈｒ恒温保持し、再度８４０±１０℃に加熱し、焼入れを行ない、次いで、１８０±１０℃で２時間の焼戻しを行なう。
【００４４】
［熱処理Ｅ］
９５０±１０℃で２０時間、ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス７％の雰囲気で浸炭窒化を行なった後、窒素ガス雰囲気中において６４０±１０℃で１０ｈｒ恒温保持し、室温まで空冷した後、再度炉内で８４０±１０℃に加熱し、焼入れを行ない、次いで、１８０±１０℃で２時間の焼戻しを行なう。
ここで、熱処理Ａ及びＣは比較例であり、熱処理Ｂ、Ｄ及びＥは実施例である。
【００４５】
Ａ〜Ｅの熱処理を行なったリング材について、後述する方法にて鋼中の水素濃度を測定すると共に、組織観察よりマルテンサイト面積率を調査した。組織観察は、恒温保持を終えて焼入れをする前のものについても行なった。また、疲労試験により疲労強度を調査した。疲労強度試験機は、図４に示すように、リング材（試験片）１を回転可能に狭持する荷重ロール２及び駆動ロール３と、リング材１の外周部を支持するサポートロール４とを備える。疲労試験は、駆動ロール３の回転数をＮ＝１０００ｒｐｍで行い、１×１０6回を疲労限とした。各種測定の結果をまとめて表３に示す。
【００４６】
【表３】
2005281780.tif 000004
【００４７】
鋼中の水素濃度測定方法を説明する。Ｂ〜Ｅの恒温保持を終えたリング材（φ３０×１０ｍｍ）を１００個作製し、その内５０個は直ちにドライアイスを入れたジュワー瓶に入れて保存した。これらの試験片は表面研磨後、脱脂、冷風乾燥してから水素測定を行ない、該測定はジュワー瓶から試験片を取り出してから１時間以内で開始した。残りの５０個の試験片については中心軸線を含む断面を切り出し、光学顕微鏡を用いた組織観察によりマルテンサイト面積率を調査した（全断面積に対するマルテンサイトの占める面積の比を求めた。）。
【００４８】
水素の測定は真空加熱法により行った。測定条件を以下に示す。
加熱炉：赤外線イメージ炉
加熱温度：室温〜７００℃
昇温速度：１０℃／ｍｉｎ
【００４９】
表３の結果を、熱処理条件ごとに説明する。
表３において、マルテンサイト面積率とは、恒温変態終了後の金属組織全体に対するマルテンサイトの占める割合を示している。
【００５０】
熱処理Ａ（比較例）では、恒温保持の工程がないため、水素の排出が十分に行われず、且つ、浸炭後の放冷により組織全体がマルテンサイトとなっており、白点性欠陥と放冷割れの両方が生じる危険性が極めて高くなっている。また、恒温保持を施していないので、二次焼入れ時にマルテンサイト組織は微細化しないため疲労強度はいずれの鋼種も低い。
【００５１】
熱処理Ｂ（実施例）では、いずれも上述した（１）式から求めた最低恒温保持時間が１．３〜９．３[ｈｒ］の範囲で実際の恒温保持時間の１０時間を下回っているので、いずれの鋼種１〜６も水素濃度が１ｐｐｍ以下と少なく、また、マルテンサイト面積率が０％となっており、白点性欠陥の発生の可能性は皆無である。しかも、二次焼入れ時のマルテンサイト組織微細化の効果により高い疲労強度を示している。
【００５２】
熱処理Ｃ（比較例）は、（１）式から算出される最低恒温保持時間が４．２〜９．３[ｈｒ］の範囲で、実際の恒温保持時間の２時間よりも大きい値となるため、２時間の保持時間では高温変態が完了しておらず、したがってマルテンサイトが多量に形成され、しかも、水素濃度が高い値を示しているため、白点性欠陥が発生する危険性が高い。また、疲労強度が低いが、これは高温変態が完了していないため、二次焼入れ処理でのマルテンサイト組織の微細化が十分に進行しなかったためである。
【００５３】
熱処理Ｄ（実施例）は、上述した熱処理Ｂと同じ理由により、どちらの鋼種も水素濃度のレベルが低く、また、マルテンサイト面積率が０％となっており、白点性欠陥の発生の可能性は皆無である。
【００５４】
熱処理Ｅ（実施例）は、上述した熱処理条件Ｂと同様の理由で、浸炭窒化処理の場合でもいずれの鋼種にも割れの発生は認められず、高い疲労強度を示している。浸炭処理のみならず浸炭窒化処理においても本発明に係る熱処理方法は割れの防止、組織の改善に極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】等温変態図（ＴＴＴ図）の模式図である。
【図２】鋼中の水素溶解度と温度との関係を示す図面である。
【図３】温度と鋼中水素の透過量の関係を示す図面である。
【図４】疲労試験機の概要を示す図面である。
【符号の説明】
【００５６】
１  試験片
２  荷重ロール
３  駆動ロール
４  サポートロール
【図１】
2005281780.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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