(57)【要約】【課題】良好な強度を有し、しかも安価な鍛造歯車の製造方法を提供する。【解決手段】鋼成分に応じて、Ａ３変態点以上に加熱した素材又は加熱しないそのままの素材に、３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施す。また、鋼成分に応じて、熱間鍛造又は冷間鍛造して得られた中間鍛造品に、３５０〜６００℃の温度域における同様の鍛造加工を施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼をＡ３変態点を超える温度に加熱した後、３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｖ：０．３０％以下、Ｓ：０．１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼をＡ３変態点を超える温度に加熱した後、３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｎｉ：２．５０％以下、Ｃｒ：２．０％以下及びＭｏ：１．００％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼を熱間鍛造して得られるフェライト・パーライト組織を有する中間鍛造品に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項５】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｖ：０．３０％以下、Ｓ：０．１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼を熱間鍛造して得られるフェライト・パーライト組織を有する中間鍛造品に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項６】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｎｉ：２．５０％以下、Ｃｒ：２．０％以下及びＭｏ：１．００％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼を熱間鍛造して得られるフェライト・パーライト組織を有する中間鍛造品に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項７】
中間鍛造品鍛造時の余熱を利用して、上記温度域での鍛造加工を行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項に記載の歯車の製造方法。
【請求項８】
中間鍛造品の温度を常温まで低下させた後、上記温度域に加熱して鍛造加工を行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項に記載の歯車の製造方法。
【請求項９】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｎｉ：２．５０％以下、Ｃｒ：２．０％以下及びＭｏ：１．００％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼を冷間鍛造して得られる中間鍛造品に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項１０】
中間鍛造品を上記温度域に加熱して鍛造加工を行うことを特徴とする請求項９に記載の歯車の製造方法。
【請求項１１】
窒化処理、コーティング及びめっき処理から選ばれる表面硬化処理を施すことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製部品の鍛造技術に係り、具体的には、疲労強度及び衝撃強度に優れた歯車の鍛造による製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鍛造品の強度、例えば疲労強度や衝撃強度を向上させるため、さらには表面強度を向上するための表面改質として、浸炭焼入れ焼戻しが一般的に行われているが、エネルギーコスト、熱処理による製品品質（寸法精度）の悪化や、この修正に伴うコスト、所要時間の増加という問題を有している。
【０００３】
このため、例えば特許文献１には、高レベルの強度が必要な部位に、熱間鍛造後の冷却過程において、Ａｒ１変態点以下〜２００℃の温度域で鍛造加工を施すことによって、所望の強度を確保することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０５５７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鍛造加工が青熱脆性域で施される場合、脆化回復のために熱処理が必要となり、製造コストの増加を招く。一方、６００℃以上の温度域で鍛造加工が施される場合、Ａ１変態点に近い温度での加工となるため、先に得られたフェライト＋パーライト組織が成長を始め、パーライト粒の粗大化が始まる。また、加工後の歪を基点としてパーライト粒内にフェライト析出が起こることにより、目標とする強度を得ることが難しい。
【０００６】
また、歯車などのように、内部には疲労強度と衝撃強度が、表面には耐磨耗性や耐疲労性が必要な部品においては、浸炭焼入れ焼戻しなどによる表面改質熱処理を行っている。  しかし、処理温度が９００℃以上で、しかも焼入れ（急冷）を行うことによる熱処理歪が避けられず、品質悪化の修正、雰囲気温度加熱、焼入れ後焼戻し再加熱によるエネルギーの大量消費、１０時間を越える熱処理時間など、コストの低減が困難である。
【０００７】
本発明は、従来の鍛造方法における上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、良好な強度を有し、しかも安価な鍛造歯車の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を繰り返した結果、鋼種に応じて、Ａ３変態点以上に加熱した素材もしくは加熱しない素材に、又は熱間もしくは冷間鍛造して得られた中間鍛造品に、３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明の歯車の製造方法は、Ｃ：０．１０〜０．６０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．３０〜２．０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼をＡ３変態点以上に加熱した後、３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴としている。
このとき、上記鋼には、必要に応じて、Ｖ：０．３０％以下、Ｓ：０．１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を添加することができる。
【００１０】
また、Ｃ：０．１０〜０．６０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．３０〜２．０質量％と、Ｎｉ：２．５０質量％以下、Ｃｒ：２．０質量％以下及びＭｏ：１．００質量％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成るフェライト＋パーライト鋼に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことによっても、歯車を製造することができる。
【００１１】
さらに、本発明の歯車の製造方法は、Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、必要に応じて、さらにＶ：０．３０％以下、Ｓ：０．１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼、あるいはＣ：０．１０〜０．６０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．３０〜２．０質量％と、Ｎｉ：２．５０質量％以下、Ｃｒ：２．０質量％以下及びＭｏ：１．００質量％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼を熱間鍛造して得られるフェライト・パーライト組織を有する中間鍛造品に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明の歯車の製造方法は、Ｃ：０．１０〜０．６０質量％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０質量％、Ｍｎ：０．３０〜２．０質量％と、Ｎｉ：２．５０質量％以下、Ｃｒ：２．０質量％以下及びＭｏ：１．００質量％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成る鋼を冷間鍛造して得られる中間鍛造品に３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鋼種に応じて、Ａ３変態点以上に加熱した素材や、加熱することなくそのままの素材に、熱間鍛造あるいは冷間鍛造を施して得られた中間鍛造品に、３５０〜６００℃の温度域で鍛造加工を施すようにしたため、安価で、良好な強度を有する歯車を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の歯車の製造手順を示すそれぞれ工程図である。
【図２】本発明の歯車の製造方法における中間鍛造品（ａ）及び鍛造粗材（ｂ）の形状を示すそれぞれ斜視図である。
【図３】本発明の実施例１において製造した歯車の歯部（ａ）及び歯底部（ｂ）からの衝撃試験片の採取位置と硬度測定位置を示すそれぞれ説明図である。
【図４】本発明の実施例１において製造した歯車の歯部及び歯底部における内部硬さに及ぼす鍛造加工温度の影響を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１において製造した歯車の歯部及び歯底部における衝撃強度に及ぼす鍛造加工温度の影響を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２において製造した試験用鍛造粗材の形状を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例２において製造した鍛造粗材における内部硬さに及ぼす鍛造加工温度の影響を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２において製造した鍛造粗材における衝撃強度に及ぼす鍛造加工温度の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の歯車の製造方法について、これに用いる鋼成分などと共に、さらに詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を意味するものとする。
【００１６】
図１は、本発明の歯車の製造方法の手順を示す工程図であって、当該製造方法は、切断工程、鍛造工程及び機械加工工程に大別できる。
すなわち、切断工程においては、後述する成分の鋼材が切断されて、各種歯車、例えばディファレンシャルギヤにおけるサイドギヤやピニオンメイトギヤ、ハイポイドギヤにおけるドライブピニオンやリングギヤなどの素材が得られる。
【００１７】
鍛造工程においては、後述するように、切断された素材に対して、その素材鋼成分に応じて、図１（ａ）〜（ｄ）に示すような種々の工程から成る鍛造が施され、母材や目的部位の疲労強度や衝撃強度が向上する。
【００１８】
そして、機械加工工程においては、鍛造工程を経た常温の鍛造品に対して、切削加工及び研削加工が施されて、各種の歯車が得られる。切削加工においては、例えば、張り出しているバリ等が除去される。研削加工においては、例えば、傘歯、はすばなどが形成される。
【００１９】
この後、さらなる表面強度を必要とする場合には、表面硬化処理、例えば窒化処理（５００〜６００℃）を施すことが望ましく、これによって本発明方法の特長を最大限に発揮させることができる。
すなわち、窒化処理は、変態点以下の温度で行われるため、相変態による膨張を防止することができ、熱処理歪の影響の少ない形状品質の高い歯車とすることができる。また、浸炭処理に較べて、処理温度が低く、短い時間での処理ができるため、エネルギー消費を抑え、低コストでの処理が可能となる。なお、窒化処理に替えて、ＤＬＣコーティングや、めっき処理などを施すことも適宜可能である。
【００２０】
次に、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照して、上記した鍛造工程について、ディファレンシャルギヤを構成するサイドギヤの製造を例にとって詳述する。
【００２１】
まず、素材鋼として、０．１０〜０．６０％のＣ、０．０５〜１．５０％のＳｉ、０．３０〜２．０％のＭｎを含有する鋼（以下、『第１の鋼』と称することがある）が適用される場合には、図１（ａ）に示す工程が採用される。
【００２２】
すなわち、切断工程において所定形状に切断されたギヤ素材は、図１（ａ）に示すように、まず、Ａ３変態点を上回る温度に加熱される。
次に、素材温度が３５０〜６００℃の温度域に到達したところで鍛造加工が施され、例えば、図２（ｂ）に示すような形状の鍛造粗材となり、これによって高い強度を与えることができる。この鍛造加工は、例えば、１分程度の時間で、０．１ｍｍ／ｍｍ以上の相対歪みが付与される。
【００２３】
そして、上記温度域で鍛造加工された鍛造粗材は、常温に冷却され、機械加工工程において、切削加工及び研削加工が施される。
そして、必要に応じて、窒化処理などの表面硬化処理が施され、サイドギヤが完成する。
【００２４】
なお、上記素材を変態点を超える温度に加熱した後、３５０〜６００℃の温度域に下がるまでの冷却過程においては、冷却速度が５℃／秒以下として、フェライトとパーライト混合組織が得られるような冷却を実施することが好ましい。５℃／秒を超える冷却速度では、ベイナイト組織となり鍛造性や機械加工性を著しく損ねてしまう可能性があることによる。
【００２５】
上記素材鋼（第１の鋼）、すなわち、０．１０〜０．６０％のＣ、０．０５〜１．５０％のＳｉ、０．３０〜２．０％のＭｎを含有する鋼には、必要に応じて、０．３０％以下のＶ、０．１０％以下のＳ及び０．３０％以下のＢｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種を添加することができる（以下、この鋼を『第２の鋼』と称することがある）。
この場合にも、上記同様に、図１（ａ）に示した工程が採用される。
【００２６】
素材鋼として、０．１０〜０．６０％のＣ、０．０５〜１．５０％のＳｉ、０．３０〜２．０％のＭｎと、２．５０％以下のＮｉ、２．０％以下のＣｒ及び１．００％以下のＭｏよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する鋼（以下、『第３の鋼』と称することがある）が適用される場合には、図１（ｂ）に示す工程が採用される。
すなわち、この場合には、所定形状に切断されたギヤ素材をＡ３変態点を上回る温度に加熱する必要はなく、素材は、そのまま３５０〜６００℃の温度に加熱され、当該温度域で鍛造加工が施される。これ以外は、上記同様の工程によって、サイドギヤが完成する。
【００２７】
上記第１〜３の鋼を適用する場合、図１（ｃ）に示す工程を採用することもできる。
すなわち、所定形状に切断されたギヤ素材には、まず、変態点を下回らない温度域において、例えば１分間程度の熱間鍛造が施される。その後、上記したように、５℃／秒以下の冷却速度で制御冷却されることによって、図２（ａ）に示すような形状の、フェライト＋パーライト組織を有する中間鍛造品が得られる。
【００２８】
そして、１〜１０分経過して、中間鍛造品の温度が３５０〜６００℃の温度域に到達したところで、中間鍛造品における目的部位、すなわち歯が形成される部分に鍛造加工が施され、図２（ｂ）に示すような鍛造粗材が得られ、歯部に高い強度を与えることができる。なお、３５０〜６００℃の温度域での上記鍛造加工においては、例えば、上記同様に、１分程度で、０．１ｍｍ／ｍｍ以上の相対歪が付与される。
【００２９】
この後、常温となった鍛造粗材には、同様に、機械加工と、必要に応じて、表面硬化処理が施され、サイドギヤが完成する。
【００３０】
なお、上記製造方法においては、中間鍛造品の熱間鍛造時の余熱を利用して、その温度が３５０〜６００℃の温度域に低下したところで、鍛造加工を施すようにしていることから、熱エネルギーを節約することができ、低コストの製造が可能になる。
これに対して、熱間鍛造後の中間鍛造品の温度を常温にまで低下させた後に、再度上記温度域に加熱して鍛造加工を施すようにすることもでき、鍛造工程の自由度が向上することになる。
【００３１】
素材鋼として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種以上を含有する第３の鋼を用いる場合には、中間鍛造品の鍛造を冷間で行うことができ、図１（ｄ）に示す工程が採用される。
すなわち、所定形状に切断されたギヤ素材には、２００℃程度以下の温度で冷間鍛造が施され、図２（ａ）に示すような形状の中間鍛造品が得られる。
【００３２】
冷間鍛造された上記中間鍛造品は、そのまま、あるいは一旦常温にまで冷却された後、３５０〜６００℃の温度に加熱され、当該温度域で、中間鍛造品における歯型形成部分に鍛造加工が施され、上記同様に、図２（ｂ）に示すような鍛造粗材が得られる。
【００３３】
この後、常温となった鍛造粗材には、同様に、機械加工と、必要に応じて、表面硬化処理が施され、サイドギヤが完成する。
【００３４】
本発明の歯車の製造方法では、上記いずれの場合においても、素材鋼あるいは中間鍛造品に施す鍛造加工が６００℃以下での加工であるため、当該鍛造加工によって発熱したとしても、オーステナイトが析出する温度に到達することはない。また、パーライト粗大化やパーライト粒内のフェライト成長が抑制されるため、鍛造加工により目標とする強度（疲労強度、衝撃強度）を得ることができる。
そして、３５０℃以上の温度での鍛造加工であるため、青熱脆性域より高温であり、脆化回復のための熱処理（例えば、焼戻しやサブゼロ処理）が不要となって、製造コストを低減することができ、良好な強度を有し、しかも安価な歯車を製造することが可能となる。
【００３５】
また、上記鍛造加工の温度は、相対的に低く、材料熱膨張率が小さいため、寸法精度が向上する。また、鍛造加工における材料変形抵抗は、冷間に比べて小さくなるため、設備規模を縮小したり、変形量を上げること（例えば、芯部まで歪付与できる強加工）も可能となる。
【００３６】
本発明の歯車製造方法には、上記したように、第１の鋼（Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物）、第２の鋼（Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｖ：０．３０％以下、Ｓ：０．１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物）、及び第３の鋼（Ｃ：０．１０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．０％と、Ｎｉ：２．５０％以下、Ｃｒ：２．０％以下及びＭｏ：１．００％以下よりなる群から選ばれる少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物）が素材として用いられる。
以下に、これらの鋼における各成分の作用を、成分値の限定理由と共に説明する。
【００３７】
Ｃ：０．１０〜０．６０％
Ｃは、強度向上元素として重要な成分であり、０．１０％未満では強度不足となることがあり、０．６０％を超えると、靱延性が低下すると共に、引張強度が過度に大きくなり、切削性の低下を招く虞がある。したがって、Ｃの含有量は０．１０〜０．６０％が好ましい。
【００３８】
Ｓｉ：０．０５〜１．５０％
Ｓｉは、脱酸性元素として作用し、また、フェライト地に固溶して耐力や疲労強度の向上に有効であるが、０．０５％未満では効果が顕著でなく、１．５０％を超えると、切削性の低下や熱間鍛造後の脱炭を増加させる虞がある。したがって、Ｓｉの含有量は０．０５〜１．５０％が好ましい。
【００３９】
Ｍｎ：０．３０〜２．０％
Ｍｎは、熱間鍛造後の強度や靱性を高める元素であるが、０．３０％未満では効果が顕著でなく、２．００％を超えると、ベイナイトが生成して切削性が低下する虞がある。したがって、Ｍｎの含有量は、０．３０〜２．０％が好ましい。
【００４０】
Ｖ：０．３０％以下
Ｖは、熱間鍛造後に炭化物を析出し、強度及び耐力の向上に寄与するが、その作用は、０．３０％程度で飽和し、それを超える添加はコスト上昇を招くことから、Ｖを添加する場合には、その含有量は０．３０％以下とする。
【００４１】
Ｓ：０．１０％以下
Ｓは、Ｂｉと同様に、鋼の切削性を向上させるために、必要に応じて添加するが、０．１０％を超える添加は、熱間鍛造時に割れが生じやすくなることがあるので、０．１０％以下の含有量とする。
【００４２】
Ｂｉ：０．３０％以下
Ｂｉも、鋼の切削性を向上させるために、必要に応じて添加する成分であるが、０．３０％を超えて添加しても、効果が飽和し、無駄となるので、その含有量は０．３０％以下とする。なお、切削性向上元素としては、これらの他にＰｂが知られているが、環境負荷低減の観点から、添加しないことが望ましい。
【００４３】
Ｎｉ：２．５０％以下
Ｃｒ：２．０％以下
Ｍｏ：１．００％以下
これら成分は、焼入硬化性並びに靭性を向上させ、鋼の強度を増し、耐摩耗性や耐衝撃性を向上させる作用を有することから、上記各元素の１種以上を必要に応じて添加する。
【００４４】
しかし、Ｎｉの含有量が２．５０％を超えると、機械加工性を著しく損ねるため、Ｎｉ含有量については２．５０％以下とする。
また、Ｃｒの含有量が過剰となると、ベイナイトが生成し、切削性を低下させることがあるので、Ｃｒの含有量は、２．０％以下とする。Ｍｏについては、Ｃｒ、Ｎｉと比較し高価であることから、１．００％以下とする。
【００４５】
本発明において、Ｎは、時効後の固溶Ｎに水素が吸着することによって、水素脆化を引き起こすことから、本発明に用いる素材鋼にＮを故意に添加することはなく、Ｎ含有量は不可避的レベルとする。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００４７】
（１）実施例１
〔発明例１、比較例１〕
表１に示した成分組成を有する鋼Ａ（第３の鋼相当）から、歯車素材を切り出し、それぞれ９００℃、７５０℃、５００℃の加熱、および常温にて鍛造し、図２（ｂ）の形状（下面径：約７０ｍｍ、上面径：約４０ｍｍ、高さ：約３０ｍｍ、内径：約２５ｍｍ）を得た。９００℃、７５０℃、５００℃で加工した鍛造品は約４℃／秒の冷却速度で放冷した。
なお、得られた鍛造品については、フェライト＋パーライト組織となっていることが確認された。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
なお、表１に示した各鋼におけるＰ含有量、Ｃｕ含有量、Ｎｉ含有量、鋼Ｂ及びＣにおけるＣｒ含有量、鋼Ａ、Ｃ及びＤにおけるＳ含有量については、スクラップなどの原料に由来するものであって、故意に添加したものではなく、いずれも不可避的不純物に該当することになる。
また、上記各鋼には、窒素を添加しておらず、Ｎ含有量については、ＪＩＳに準拠した活性ガス溶解−熱伝導度法（ＴＤＣ法）により分析した結果、いずれも０．００３０％未満であることが確認された。
【００５０】
そして、上記によって得られた各鍛造粗材について、歯部及び歯底部の内部硬さ（ロックウェル硬度Ｂスケール）及び衝撃強度をそれぞれ調査した。
なお、歯部における硬さ測定位置及び衝撃試験片（□１ｍｍ×２０ｍｍサイズ）の採取位置を図３（ａ）に、歯底部における測定位置及び採取位置を図３（ｂ）にそれぞれ示す。
【００５１】
上記試験結果として、歯部及び歯底部の内部硬さに及ぼす鍛造加工温度の影響を図４に示す。また、歯部及び歯底部の衝撃強度に及ぼす鍛造加工温度の影響を図５に示す。
【００５２】
図４及び図５に示す結果から以下のことが言える。
すなわち、７５０℃や９００℃といった高温度で鍛造加工を施した場合には、衝撃強度は高いものの、硬さが低く、表面及び内部硬さを増すためには浸炭焼入れ焼戻しが必要となり、熱処理歪みによって製品品質（精度）が劣化することが予測される。
【００５３】
一方、１００℃における鍛造加工では、冷間加工硬化の結果として、高い硬度を示している。しかし、表面硬化処理を窒化処理とした場合には、加工硬化品は窒化温度域では焼きなまし効果により大幅に母材硬さが低下してしまうことから、浸炭焼入れ焼戻しを採用せざるを得ず、その場合には、上記同様に、製品品質が劣化することになる。
【００５４】
これに対して、本発明の温度範囲である５００℃で鍛造加工を行った場合には、硬さが冷間同等レベルまで向上しながら、衝撃強度も上昇しており、硬さ（疲労強度）と衝撃強度のバランスに優れていることが確認された。
また、衝撃値が向上していることから回復（時効）現象を起しており、焼戻し処理は不要となり、すでに窒化処理温度で内部形成（時効）されているため、窒化処理を行っても硬さが大幅に下がることはなく、窒化による表面硬化処理が可能と考えられる。
【００５５】
（２）実施例２
〔発明例２〕
表１に示した成分組成を有する鋼Ｂ（第２の鋼相当）、鋼Ｃ（第１の鋼相当）及び鋼Ｄ（第３の鋼相当）から、素材をそれぞれ切り出し、４００℃から６００℃まで１００℃ごとに鍛造加工温度を設定し、加工温度に１００℃を加えた温度まで加熱したのち、設定温度まで低下するのを待って、鍛造加工を施すことによって、図６に示す試験片形状をなす鍛造粗材を得た。なお、このときの鍛造時間は、１分、相対歪は０．１〜０．５ｍｍ／ｍｍとなるような形状とした。
そして、得られた各鍛造粗材について、相対歪０．１ｍｍ／ｍｍとなる部位の中心部の内部硬さをそれぞれ調査した。この結果を図７に示す。また、鋼Ｄによる鍛造粗材の衝撃強度を調査し、その結果を図８に示す。
【００５６】
〔比較例２〕
表１に示した鋼Ｂ、Ｃ及びＤからそれぞれ素材を切り出し、鍛造加工温度を３００℃としたこと以外は、上記実施例２と同様の操作を繰り返すことによって、図６に示す同様の鍛造粗材を得た。なお、このときの鍛造時間も１分とした。
そして、得られた各鍛造粗材について、相対歪０．１ｍｍ／ｍｍとなる部位の中心部の内部硬さ上記同様に調査した。この結果を図７に併せて示す。また、鋼Ｄによる鍛造粗材の衝撃強度の調査結果を図８に示す。
【００５７】
〔比較例３〕
また、表１に示した鋼Ｂ、Ｃ及びＤからそれぞれ素材を切り出し、鍛造加工温度を７００℃から１０００℃まで１００℃ごととし、それぞれ加工温度に１００℃を加えた温度まで加熱したのち、設定温度まで約４℃／秒の冷却速度で放冷することによって、フェライト＋パーライト組織を有する冷却条件を経て試験片形状をなす鍛造粗材を得た。約４℃／秒の冷却速度で放冷したこと以外は、上記実施例２と同様の操作を繰り返すことによって、同様の鍛造粗材を得た。なお、このときの鍛造時間も１分とした。
そして、得られた各鍛造粗材について、相対歪０．１ｍｍ／ｍｍとなる部位の中心部の内部硬さ上記同様に調査した。この結果を図７に併せて示す。そして、鋼Ｄによる鍛造粗材の衝撃強度の調査結果を図８に示す。
【００５８】
しかし、鋼Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて鍛造加工温度を７００℃から１０００℃とした試験片においては、成形時に金型による吸熱により急激に温度が低下したためベイナイト組織となり、硬さは高くなるものの、機械加工性を損なうことが予測される結果となった。
【００５９】
〔発明例３〕
表１に示した鋼Ｄから、素材を切り出し、８００℃まで加熱したのち、５００℃の温度に低下するまで約４℃／秒の冷却速度で放冷したのちに鍛造加工することによって、フェライト＋パーライト組織を有する図６に示したような試験片形状をなす鍛造粗材を得た。  このときの鍛造時間は、１分、相対歪は０．１〜０．５ｍｍ／ｍｍであった。
そして、得られた各鍛造粗材について、内部硬さ及び衝撃強度を上記同様の要領でそれぞれ調査した。内部硬さの結果を図７中に白抜き◇として示す。また、衝撃強度については、同じく白抜き◇として、図８中に示す。
【００６０】
図７、図８の結果から、鋼成分におけるＣ量の違いで絶対値と極点加工温度が異なるものの、炭素鋼、合金鋼といった鋼の種類、加熱、冷却（余熱）の熱履歴に関わりなく、硬さ及び衝撃強度を満足する加工温度範囲が存在することが確認された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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