(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．４０〜０．６０％（質量％を意味する、以下同じ）、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％、及びＳ：０．００４〜０．１００％を含有し、
更に他の元素として、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まず）、Ａｌ：０．０００５〜０．１０％、及びＮ：０．００２〜０．０２０％よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有し、
残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる棒鋼であって、
８２０℃以上の温度からの焼入れ及び、６８０℃以上で２０分以下の焼戻しによって、棒鋼の表面から深さＤ／４（Ｄは棒鋼の直径を示す）の部分の焼入れ・焼戻し組織が、下記１）及び２）のように調整されている曲げ特性に優れたステアリングラック用鋼。
１）焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織が合計で２０〜１００％（面積百分率）
２）再生パーライト組織が０〜５０％（面積百分率）
【請求項２】
更にＢ：０．０００５〜０．００２０％を、単独で又はＴｉ：０．００５〜０．０５０％と共に、含有するものである請求項１記載のステアリングラック用鋼。
【請求項３】
Ｃ：０．４０〜０．６０％（質量％を意味する、以下同じ）、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％、及びＳ：０．００４〜０．１００％を含有し、更に他の元素として、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まず）、Ａｌ：０．０００５〜０．１０％、及びＮ：０．００２〜０．０２０％よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を圧延し、得られる棒鋼を温度８２０℃以上に加熱し、水冷にて室温まで制御冷却した後、温度６８０℃以上の雰囲気温度に加熱した炉に入れて２０分以下の短時間焼戻し処理を行い室温まで空冷することによって、棒鋼の表面から深さＤ／４（Ｄは棒鋼の直径を示す）の部分を、焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織が合計で２０〜１００％（面積百分率）となるようにし、かつ再生パーライト組織が０〜５０％（面積百分率）となるようにした曲げ特性に優れたステアリングラック用鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリングギアに使用するラック（ステアリングラック）を製造するのに有用な棒鋼及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングは自動車の方向を制御する装置であり、その機能が失われると重大な事故となるため重要保安部品に指定されている。中でもステアリングラックは、骨組み的役割も有しているため、例えば自動車が縁石に乗り上げた時などのように大きな衝撃荷重が作用しても大きく割損しないことが望まれている。従ってステアリングラック用の鋼材は、高い耐衝撃特性と曲げ変形能（耐割れ性）が求められている。さらにステアリングラックは、ピニオンと噛合うための歯型部（ラック）を有している。この歯形部は耐磨耗性が要求される。
【０００３】
上記の要求を満たすため、ステアリングラックは、通常、中炭素鋼から製造される。すなわち中炭素鋼を圧延し、得られた棒鋼を焼入れ焼戻し処理した後、切削によって歯型部（ラック）を形成し、高周波焼入れすることによってステアリングラックを製造している。焼入れ焼戻し処理した中炭素鋼は、高い耐衝撃特性と曲げ変形能を有している。また中炭素鋼は高周波熱処理硬化特性も有しているため、歯形部（ラック）の耐磨耗性を高めることもできる。
【０００４】
しかし前記焼入れ焼戻し処理は、一般には、焼入炉で加熱した後、水冷し、温度６００℃で２時間程度焼戻し処理を行うことによって行っており、生産性が低く、高コストになっている。コストダウンするためには、焼戻し時間を短縮することが考えられるものの、焼戻し時間を短縮すると棒鋼の軟化が不十分となって、歯形部（ラック）の切削加工性が低下してしまいコストダウンの効果が相殺されてしまう。なお切削加工を行うためには、ビッカース硬さで、例えば３０５ＨＶ以下であることが要求される。
【０００５】
一方、コストダウンのために鋼の非調質化を提案している発明もある。例えば、特開平１０−８１８９号公報に記載の発明は、ステアリングラックなど高周波焼入れ処理を施される部品において、部品に過大な負荷が作用しても脆性的な破断を生じることなく、曲げ変形することによって破断を防止することを課題としており、さらには製造コストの低減を図るため従来から実施されている焼入れ焼戻し処理を省略すると共に、これら焼入れ焼戻し処理を省略しても同等の強度特性を得ることを課題としている。そしてこの発明では、前記課題を解決するため、鋼にＢを添加することによって高周波焼入れ処理部の曲げ特性を改善すると共に、高周波焼入れ部の有効深さをｔ、部品半径をｒとしたとき、ｔ／ｒを０．３以上にすることによって、強度を高めている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、低コストでありながら曲げ特性に極めて優れるステアリングラックを製造するのに有用なステアリングラック用鋼及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記低コストの課題を達成するため、中炭素鋼を圧延・焼入れした後に焼戻しする際の焼戻し時間を２０分以下にすることを目標とした。そしてこのような短い焼戻し時間でも、切削性を維持できる（コストダウンの効果を相殺しない）と共に、高周波誘導加熱した後の曲げ特性をも高めることができる製造条件について鋭意研究を重ねた結果、焼戻し温度を６８０℃以上にすれば焼戻し時間を短時間（２０分以下）にしても、切削加工可能な程度にまで（例えば、３０５ＨＶ以下程度まで）硬さを低減できること、しかも短時間の焼戻し処理を行う際に鋼の組織を制御すると鋼をステアリングラックに加工したときの曲げ特性を高めることができることを発見した。すなわち、前記中炭素鋼にＭｎを添加し、焼入れ時に制御冷却することによってベイナイト組織やマルテンサイト組織を合計で２０％（面積百分率）以上導入しておくと共に、前記短時間の焼戻しの際に、焼戻しベイナイト組織及び焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積が２０％を下まわらないように、かつ再生パーライト組織が５０％（面積百分率）を超えないように焼戻しを行えば、得られた鋼（棒鋼）を、切削・高周波焼入れしてステアリングラックを製造したとき、例えば、１５０°程度の極めて大きな曲げを行っても、ステアリングラックの表層部に形成された高周波焼入れ部には割れが入るものの、高周波焼入れ部と高周波焼入れされなかった部分との境界［通常、棒鋼の表面から深さＤ／４（Ｄは棒鋼の直径を示す）の部分；以下、前記深さＤ／４の部分を単にＤ／４部と称する場合がある］に残存している前記焼戻しベイナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織によって割れの伝播を防止でき、ステアリングラック自体が割れるのを防止できることを発見した。
【０００８】
以上のことをデータに基づいて説明すると、下記の通りになる。
【０００９】
１）切削加工性について
図１は昇温過程を含めて２０分間棒鋼を焼戻しするときの炉の温度と焼戻し後の棒鋼のＤ／４部の硬さとの関係を示すグラフであり、図２は、温度７５０℃で２０分間の焼戻しを行った後のＤ／４部の電子顕微鏡写真であり、図３は、従来の条件で焼入れ・焼戻し処理（温度６００℃、１２０分間）を行った後のＤ／４部の電子顕微鏡写真である。図１より明らかなように、焼戻し時間を２０分間に短縮しても、炉の温度を６８０℃以上にすれば、棒鋼の硬さを３０５ＨＶ以下程度にすることができ、切削加工性の低下を防止できる。短時間の焼戻しでも棒鋼の硬さを低減できるのは、棒鋼の温度が上がるために炭化物の周辺がオーステナイト化し、炭化物の球状化が促進されているためと推定される（図２、図３参照）。
【００１０】
２）曲げ特性について
曲げ特性は、焼戻し後の棒鋼（直径３０ｍｍ）を直径２７．５ｍｍに引抜き加工した後、歯型切削加工を施し、高周波熱処理したもの（ステアリングラック）について曲げ試験を行うことで評価した。曲げ試験では、３点曲げ試験（支点間距離４００ｍｍ）によって歯の反対側を押圧し、角度１５０°の曲げを行い、割れの有無を目視で観察した。なおこの試験で「割れ有り（下記表１中、×印で表記）」とは、高周波焼入れ部（棒鋼の表面からＤ／４部程度までの部分）のみならず、高周波焼入れされていない部分まで（Ｄ／４部よりも深い部分から中心部付近まで）割れが伝播していることを意味し、「割れ無し（下記表１中、○印で表記）」とは、完全に割れがないか又は割れがあっても中心部付近まで伝播していないことを意味する。表１に、焼戻し後の棒鋼のＤ／４部の組織と、この棒鋼から得られるステアリングラックの曲げ試験結果との関係を示す。なお前記特開平１０−８１８９号公報に記載の方法に従って、焼入れ焼戻しを省略することによって得られるステアリングラックについても同様に曲げ試験を行った。この結果も併せて表１に示す。
【００１１】
【表１】
0003851552.tif 000002
【００１２】
表１より明らかなように、Ｄ／４部の焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積百分率（以下、Ｂ＋Ｍ百分率と表記する場合がある）が０％であればステアリングラックが割れてしまうのに対して（Ｎｏ．２）、Ｂ＋Ｍ百分率が２０％以上であれば、高周波焼入れ部からの割れの伝播を防止できるため、ステアリングラック自体の割れを防止できる（Ｎｏ．１，３〜６）。なお上述したように、短時間焼戻しでは、温度６８０℃以上の高温で焼戻しを行っているため、制御冷却によってベイナイト組織やマルテンサイト組織を導入しても、焼戻し後は球状化した炭化物が分散した組織になっている（上記図２参照）。しかし球状化した焼戻しベイナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織であっても、割れの伝播を抑制する効果は何ら損なわれない。
【００１３】
さらに短時間焼戻し処理では、再生パーライト組織の割合が大きくなり過ぎないようにすることが重要である（例えば、焼戻し温度を高くしすぎないことにより、又は焼戻し時間を２０分よりもさらに短くすることにより、パーライト組織の再生を抑制できる）。再生パーライトは組織が粗く靭性に乏しいため、５０％（面積百分率）を超えると、たとえＢ＋Ｍ百分率を２０％以上にしても充分な曲げ特性を確保できない（表１のＮｏ．７）。
【００１４】
なお電子顕微鏡写真において、再生パーライト組織、焼戻しベイナイト組織及び焼戻しマルテンサイト組織は、以下のようにして識別している。図４は、再生パーライト組織が形成された棒鋼の一例を示す電子顕微鏡写真である。この図４から明らかなように、再生パーライトのラメラー組織はほとんど分断されていない。再生パーライトのラメラー組織が分断されていないのは、短時間（高温）焼戻し時に生じたオーステナイトが空冷されることによってパーライト組織を生成するためである。一方、焼戻し前にあったパーライト組織は、焼戻し時の加熱により分断されている。従って、再生パーライト組織（分断されていないパーライト組織）は、焼戻し前から存在していたパーライト組織と容易に区別できる。
【００１５】
またフェライト及びパーライト組織（ラメラー組織）以外の焼戻し組織を焼戻しベイナイト組織及び焼戻しマルテンサイト組織としている。すなわち焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織とを区別することは困難であるものの、フェライト及びパーライト組織（ラメラー組織）以外の焼戻し組織の面積を計測することにより、Ｂ＋Ｍ百分率を求めることができる。
【００１６】
本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものである。すなわち上記目的を達成し得た本発明の曲げ特性に優れたステアリングラック用鋼とは、Ｃ：０．４０〜０．６０％（質量％を意味する、以下同じ）、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％、及びＳ：０．００４〜０．１００％を含有し、
更に他の元素として、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まず）、Ａｌ：０．０００５〜０．１０％、及びＮ：０．００２〜０．０２０％よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有し、
残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる棒鋼であって、
焼入れ及び短時間焼戻しによって、棒鋼の表面から深さＤ／４（Ｄは棒鋼の直径を示す）の部分の焼入れ・焼戻し組織が、下記１）及び２）のように調整されている点に要旨を有するものである。
【００１７】
１）焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織が合計で２０〜１００％（面積百分率）
２）再生パーライト組織が０〜５０％（面積百分率）
前記ステアリングラック用鋼は、更にＢ：０．０００５〜０．００２０％を、単独で又はＴｉ：０．００５〜０．０５０％と共に、含有していてもよい。
【００１８】
また本発明に係る曲げ特性に優れたステアリングラック用鋼の製造方法とは、Ｃ：０．４０〜０．６０％（質量％を意味する、以下同じ）、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％、及びＳ：０．００４〜０．１００％を含有し、
更に他の元素として、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まず）、Ａｌ：０．０００５〜０．１０％、及びＮ：０．００２〜０．０２０％よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有し、
残部はＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼材を圧延し、
得られる棒鋼を温度８２０℃以上に加熱し、水冷にて室温まで制御冷却した後、
温度６８０℃以上の雰囲気温度に加熱した炉に入れて２０分以下の短時間焼戻し処理を行い室温まで空冷することによって、
棒鋼の表面から深さＤ／４（Ｄは棒鋼の直径を示す）の部分を、焼戻しベイナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織が合計で２０〜１００％（面積百分率）となるようにし、かつ再生パーライト組織が０〜５０％（面積百分率）となるようにする点に要旨を有するものである。
【００１９】
なお以下本明細書においては、用語「焼入れ」は、圧延後の棒鋼の焼入れ・焼戻し時の焼入れを意味し、用語「高周波焼入れ」と区別して使用する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明では、Ｃ：０．４０〜０．６０％（質量％を意味する、以下同じ）、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５０％、及びＳ：０．００４〜０．１００％を含有し、
更に他の元素として、Ｃｒ：１．５％以下（０％を含まず）、Ａｌ：０．０００５〜０．１０％、及びＮ：０．００２〜０．０２０％よりなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する鋼材を用いる（以下、鋼材１と称する）。なお残部はＦｅ及び不可避的不純物である。
上記成分の限定理由は、以下の通りである。
【００２１】
Ｃの含有量を０．４０％以上とするのは、鋼材に高周波硬化特性を付与して、得られるステアリングラックの歯形部（ラック部）の耐磨耗性を高めるためである。好ましいＣの含有量は、０．４５％以上、特に０．４８％以上である。ただしＣの含有量が多過ぎると、ステアリングラックの耐衝撃特性が低下し、また高周波熱処理時に焼割れを生じ易くなる。そのためＣの含有量は、０．６０％以下、好ましくは０．５５％以下、さらに好ましくは０．５３％以下にする。
【００２２】
Ｓｉの含有量を０．０５％以上とするのは、鋼材の脱酸を行うためである。好ましいＳｉの含有量は、０．１５％以上、特に０．２０％以上である。ただしＳｉの含有量が多過ぎると、歯形部（ラック部）を形成する際の切削加工性が低下する。そのためＳｉの含有量は、０．５０％以下、好ましくは０．３５％以下、さらに好ましくは０．３０％以下にする。
【００２３】
Ｍｎの含有量を０．０５％以上とするのは、鋼材の強度を高めるためだけでなく、焼入れ性を高めてベイナイト組織を導入し易くすることにより、鋼材をステアリングラックに加工したときの曲げ特性を高めるためである。好ましいＭｎの含有量は、０．７０％以上、特に０．８０％以上である。ただしＭｎの含有量が多過ぎると、高周波熱処理時に焼き割れが生じ易くなる。そのためＭｎの含有量は、１．５０％以下、好ましくは１．３０％以下、さらに好ましくは１．２０％以下にする。
【００２４】
Ｓの含有量を０．００４％以上とするのは、歯形部（ラック部）を形成する際の切削加工性を高めるためである。好ましいＳの含有量は、０．０４０％以上、特に０．０５０％以上である。ただしＳの含有量が多過ぎると、鋼材をステアリングラックに加工したときの曲げ特性が低下する。そのためＳの含有量は、０．１００％以下、好ましくは０．０８０％以下、さらに好ましくは０．０７０％以下にする。
【００２５】
Ｃｒを含有させるのは、焼入れ性向上のためである。Ｃｒの含有量の下限は特に限定されないが、例えば、０．０５％程度、好ましくは０．１０％程度、さらに好ましくは０．１５％程度である。ただしＣｒの含有量が多過ぎると、高周波熱処理時に焼割れが生じ易くなる。そのためＣｒの含有量は、例えば、１．５％以下、好ましくは１．０％以下、さらに好ましくは０．５０％以下にする。
【００２６】
Ａｌを含有させるのは、Ｎと結合してＡｌＮを形成させることにより、高周波熱処理時のオーステナイト粒を微細化するためである。Ａｌの含有量は、例えば、０．０００５％以上、好ましくは０．０１０％以上、さらに好ましくは０．０２０％以上である。ただしＡｌの含有量を多くし過ぎてもその効果が飽和する。そのためＡｌの含有量は、例えば、０．１０％以下、好ましくは０．０５０％以下、さらに好ましくは０．０４０％以下にする。
【００２７】
Ｎを含有させるのは、Ａｌと結合してＡｌＮを形成させることにより、高周波熱処理時のオーステナイト粒を微細化するためである。Ｎの含有量は、例えば、０．００２％以上、好ましくは０．００３％以上、さらに好ましくは０．００４％以上である。ただしＮの含有量を多くし過ぎてもその効果が飽和する。そのためＮの含有量は、例えば、０．０２０％以下、好ましくは０．０１０％以下、さらに好ましくは０．００７％以下にする。
【００２８】
前記鋼材１は、更にＢ：０．０００５〜０．００２０％を、単独で又はＴｉ：０．００５〜０．０５０％と共に、含有していてもよい（以下、鋼材２と称する）。
【００２９】
Ｂを含有させるのは、高周波焼入れ性を高めるためである。Ｂの含有量は、例えば、０．０００５％以上、好ましくは０．００１０％以上、さらに好ましくは０．００１５％以上である。ただしＢの含有量を多くし過ぎてもその効果が飽和する。そのためＢの含有量は、例えば、０．００２０％以下、好ましくは０．００１７％以下にする。
【００３０】
ＴｉをＢと併用するのは、鋼中のＮと結びついてＴｉＮを形成することによってＢＮの生成を抑制し、Ｂによる高周波焼入れ性向上効果を確保するためである。Ｔｉの含有量は、例えば、０．００２％以上、好ましくは０．０１５％以上、さらに好ましくは０．０２０％以上である。ただしＴｉの含有量を多くし過ぎると、ステアリングラックの靭性や疲労強度が低下する。そのためＴｉの含有量は、例えば、０．０５０％以下、好ましくは０．０４０％以下、さらに好ましくは０．０３５％以下にする。
【００３１】
本発明では前記鋼材１〜２を圧延することによって棒鋼にしている。得られる棒鋼の直径は特に限定されないが、ステアリングラックに加工することを考慮すると、通常、２０〜４０ｍｍ程度、好ましくは２３〜３８ｍｍ程度、さらに好ましくは２５〜３５ｍｍ程度である。
【００３２】
得られた棒鋼は、温度８２０℃以上に加熱し、水冷にて室温まで制御冷却することによって、焼入れする。この焼入れ操作によって、棒鋼にベイナイト組織と、必要に応じてマルテンサイト組織とを導入することができる。ベイナイト組織やマルテンサイト組織を導入しておくと、後述の焼戻し処理の条件を適切に制御することによって焼戻しベイナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織を残存させることができ、ステアリングラックに加工したときの曲げ特性を高めることができる。なおフェライトとパーライトだけの組織の鋼を焼戻ししても組織は殆ど変化せず、曲げによる割れを防止することができない。
【００３３】
加熱の温度を８２０℃以上とするのは、粗大なフェライト組織の生成を抑制するためである。粗大フェライトが多くなると、制御冷却によってベイナイト組織やマルテンサイト組織を導入しても、棒鋼の靭性が低下してしまい、この棒鋼を加工することによって得られるステアリングラックの割れの防止が困難になる。加熱温度は、好ましくは８４０℃以上、さらに好ましくは８６０℃以上である。なお加熱温度の上限は、通常、９００℃程度である。
【００３４】
制御冷却では、棒鋼のＤ／４部でのベイナイト組織及びマルテンサイト組織の合計が２０％（面積百分率）以上、好ましくは３５％（面積百分率）以上、さらに好ましくは５０％（面積百分率）以上となるように行う必要がある。このような制御冷却の条件は、鋼の組成などに応じて適宜設定できるが、例えば、温度８８０〜３００℃（好ましくは８５０〜３５０℃）程度の領域を、冷却速度３０〜８０℃／秒（好ましくは４０〜７０℃／秒）で冷却するのが望ましい。
【００３５】
上述のようにして得られたベイナイト組織やマルテンサイト組織が導入された棒鋼は、昇温過程を含めて２０分以下（好ましくは１５分以下、さらに好ましくは１０分以下）の焼戻し処理をする。焼戻し時間を２０分以下としたのは、生産コストを低減するためである。なお焼戻し時間は、通常、３分以上、好ましくは４分以上、さらに好ましくは５分以上である。
【００３６】
そして本発明では、前記のような短時間の焼戻しであっても、棒鋼の切削加工性の低下を抑制してコストダウンの効果が相殺されるのを防止すると共に、棒鋼の曲げ特性を高めることが重要である。そこで本発明では、焼戻し処理に使用する炉の雰囲気温度を６８０℃以上にしている。炉の温度を６８０℃以上にすれば、２０分以下の短時間焼戻しであっても、棒鋼のビッカース硬さを低減でき（例えば、３０５ＨＶ以下にすることができ）、切削加工性を高めることができる。なお前記炉の温度は、好ましくは７００℃以上である。炉の温度を高くする程、棒鋼の硬さを確実に低減でき、例えば、通常の焼戻し材と同程度の硬さ（例えば、２００〜２７０ＨＶ程度）にすることができる場合もある。
【００３７】
一方、棒鋼の曲げ特性を高めるためには、焼戻し後のＤ／４部の焼戻しベイナイト組織及び焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積百分率（Ｂ＋Ｍ百分率）が２０％以上を維持するようにし、かつＤ／４部のパーライト組織の再生を５０％（面積百分率）以下（０％を含む）に抑制する必要がある。焼戻し後の組織を前記のように制御することによって、この棒鋼を切削・高周波熱処理することによって得られるステアリングラックに曲げを加えても、高周波焼入れ部に発生する割れの伝播を前記組織によって停止することができ、ステアリングラック自体の割れを防止できる。Ｂ＋Ｍ百分率は、好ましくは３５％以上、さらに好ましくは５０％以上である。なおＢ＋Ｍ百分率の上限は特に限定されず、例えば、１００％であってもよい。また再生パーライト組織は、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２０％以下である。
【００３８】
焼戻し後の組織を制御するためには、上記焼戻し条件（６８０℃以上、２０分以内）の範囲内で、焼戻し条件を強くし過ぎないことが重要である。焼戻し条件を強くするほど、制御冷却によって導入したベイナイト組織及びマルテンサイト組織が低減しやすくなり、かつパーライトが再生しやすくなるため、曲げ特性が低下しやすくなる。
【００３９】
焼戻し後の組織を制御するための焼戻し条件（温度、時間）は、鋼の組成や制御冷却時に導入されたベイナイト組織やマルテンサイト組織の量に応じて適宜設定できるが、例えば、焼戻し時間が３〜２０分程度の場合、温度は８００℃以下（好ましくは７５０℃以下）程度とするのが望ましい。
【００４０】
以上のようにして焼戻しした棒鋼は、室温まで空冷する。
【００４１】
上述のようにして得られた棒鋼は、ステアリングラック用鋼として有用である。すなわち前記棒鋼は、例えば、必要に応じてさらなる引抜加工や切断を施した後、切削によって歯形部（ラック部）を形成し、高周波熱処理（高周波焼入れ）をすることによってステアリングラックに加工される。前記歯形部としては、深さＤ／４程度の歯形を形成することが多い。また前記高周波熱処理では、Ｄ／４部程度の深さまで高周波焼入れすることが多く、高周波焼入れ部の硬さは６００〜８００ＨＶ程度とすることが多い。
【００４２】
上記のようにしてステアリングラックを製造する場合、上述のようにして得られた棒鋼を用いると、棒鋼はＤ／４部の表面の硬さが低く、例えば、３０５ＨＶ以下程度であるため、前記切削加工時に容易に歯形部を形成できる。しかもステアリングラックは高周波焼入れ部（表層部）が極めて硬いために大きな曲げを施すと高周波焼入れ部に割れが発生しやすいものの、上記ようにして得られた棒鋼を用いれば、高周波焼入れ部と高周波焼入れされなかった部分との境界（通常、Ｄ／４部付近）に焼戻しベイナイト組織や焼戻しマルテンサイト組織が残存しているため、高周波焼入れ部の割れが内部に伝播するのを防止でき、ステアリングラック自体の割れを防止できる。
【００４３】
【実施例】
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って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勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４４】
実験例Ａ１〜Ａ１７、Ｂ１〜Ｂ５、及びＣ１
所定の組成の鋼材を用いて、圧延によって直径３０ｍｍの棒鋼にした後、所定の温度に加熱した後、室温まで制御冷却した。制御冷却の条件は、目的の棒鋼組織を得るため、水量や水冷時間を変えて調製した。冷却した棒鋼は、所定の雰囲気温度に加熱した炉に所定時間滞留させることによって焼戻しした。焼戻し後の棒鋼は放冷した。
【００４５】
焼入れ後の棒鋼のＤ／４部の組織、及び焼戻し後の棒鋼のＤ／４部の組織を電子顕微鏡で観察し、また焼戻し後の棒鋼のＤ／４部のビッカース硬さを測定した。さらに焼戻し後の棒鋼を下記のようにしてステアリングラックに加工し、その曲げ特性を曲げ試験によって評価すると共に、ステアリングラックのラック部のビッカース硬さを測定した。
【００４６】
［ステアリングラック加工］
上記のようにして得られた棒鋼を引抜き加工して直径２７．５ｍｍにした後、切削して歯型（ラック）を形成した。歯型の深さは約Ｄ／４程度である。そして歯底から約１ｍｍ程度の深さまでの有効硬化層深さで高周波焼入れした。
【００４７】
［曲げ試験］
支点間距離４００ｍｍの３点曲げ試験において、ステアリングラックの歯の反対側を押圧して角度１５０°までの曲げを行い、下記基準に従って割れの有無を判断した。
【００４８】
（×）割れ有り：高周波焼入れ部（表面からＤ／４部程度までの部分）のみならず、高周波焼入れされていない部分まで（Ｄ／４部よりも深い部分から中心部付近まで）割れが伝播している
（○）割れ無し：完全に割れがないか又は割れがあっても中心部付近まで伝播していない
結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
0003851552.tif 000003
【００５０】
実験例Ａ１〜Ａ４では、焼戻し炉の滞留時間（焼戻し時間）の影響について検討した。滞留時間が２０分以下である実験例Ａ１〜Ａ３の場合は、焼戻し後の棒鋼のＢ＋Ｍ百分率が２０％以上であり再生パーライト組織が５０％以下であるため、曲げ試験においてステアリングラックの割れが発生しない。これに対して、滞留時間が３０分である実験例Ａ４の場合は、生産性が低下するのみならず、焼戻し後の棒鋼のＢ＋Ｍ百分率が完全に消失し、略焼ならし組織の状態となって全体がフェライト＋パーライト組織になってしまうため、曲げ試験においてステアリングラックが割れてしまう。
【００５１】
実験例Ａ５〜Ａ１０は、前記実験例Ａ３の焼戻し条件（炉温度＝８００℃、滞留時間＝２０分）のうち、炉の温度（焼戻し温度）を変更した例である。実験例Ａ５では炉の温度が６５０℃と低すぎるために焼戻し後の硬さが３１０ＨＶとなって切削加工性が低下する。実験例Ａ９〜Ａ１０では炉の温度が８８０〜９３０℃と高すぎるために再生パーライト組織が５０％を超えてしまい、曲げ試験においてステアリングラックが割れてしまう。これに対して、実験例Ａ６〜Ａ８では、炉の温度を６８０℃以上としているため焼戻し後の硬さを３０５ＨＶ以下にでき、切削加工性の低下を防止できると共に、炉の温度を上げすぎていないためＢ＋Ｍ百分率の低減やパーライト組織の再生を抑制でき、曲げ試験においてステアリングラックが割れるのを防止できる。なお前記実験例Ａ９〜Ａ１０程度の炉の温度であっても、滞留時間を短くしてパーライト組織の再生を抑制すれば、ステアリングラックの割れを防止できる。
【００５２】
実験例Ａ１１〜Ａ１４では、前記実験例Ａ１に対して制御冷却の条件を変更することにより、制御冷却後の組織の影響について検討した。実験例Ａ１１〜Ａ１２では、制御冷却後のＢ＋Ｍ百分率が０〜１５％と小さいため、その後の焼戻し棒鋼でもＢ＋Ｍ百分率が小さく、曲げ試験においてステアリングラックが割れてしまう。これに対して、実験例Ａ１３〜Ａ１４では、制御冷却によってＢ＋Ｍ百分率を３５〜６０％とし、その後の焼戻し棒鋼でもＢ＋Ｍ百分率の低減を抑制しているため、曲げ試験においてステアリングラックが割れるのを防止できる。
【００５３】
実験例Ａ１５〜Ａ１６では、焼入れ時の加熱温度の影響について検討した。加熱温度が７９０℃である実験例Ａ１６では、Ｂ＋Ｍ百分率が３０％であるにも拘らず加熱時に粗大フェライトが生成するため、曲げ試験においてステアリングラックが割れてしまう。これに対して加熱温度が８２０℃である実験例Ａ１５では、目的どおり、ステアリングラックの割れを防止できる。
【００５４】
実験例Ｂ１〜Ｂ３では、鋼材のＣ量の影響について検討した。Ｃ量が０．３８％と少ない実験例Ｂ３では、高周波硬化特性が低下するため、ステアリングラックのラック部の硬さが低下し、耐磨耗性が低下する。これに対してＣ量が０．５３〜０．５５％である実験例Ｂ１〜Ｂ２では、耐磨耗性に優れたステアリングラックを得ることができる。
【００５５】
実験例Ｂ４〜Ｂ５では、鋼材のＭｎ量の影響について検討した。Ｍｎ量が０．０１％と少ない実験例Ｂ４では、制御冷却を行ってもＢ＋Ｍ百分率を２０％以上とするのが困難であり、曲げ試験においてステアリングラックが割れてしまう。これに対してＭｎ量が１．５％である実験例Ｂ５では、制御冷却によってＢ＋Ｍ百分率を容易に２０％以上にすることができ、曲げ試験においてステアリングラックの割れを防止できる。
【００５６】
実験例Ｃ１では、Ｂの添加効果について検討した。Ｂを添加することによって高周波焼入れ性を高めることができる。しかもＢを添加しても、Ｂ＋Ｍ百分率を２０％以上にでき所定の曲げ特性を維持できるだけでなく、所定の焼戻しによって、焼戻し棒鋼の硬さを低減できるため、切削加工性を損なうことはない。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、焼戻し温度を２０分以下としても、所定温度以上で焼戻ししているため、切削加工性を犠牲にする虞がなく、棒鋼の生産コストを低減できる。しかも前記焼戻しによって棒鋼の組織を制御しているために曲げ特性を向上でき、この棒鋼を加工することによって得られるステアリングラックに１５０°程度の曲げを加えても、ステアリングラックの割れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は焼戻し炉の温度と焼戻し後の棒鋼の硬さとの関係を示すグラフである。
【図２】図２は温度７５０℃で２０分間の焼戻しを行った後の棒鋼のＤ／４部の電子顕微鏡写真である。
【図３】図３は従来の条件で焼入れ・焼戻し処理（温度６００℃、１２０分間）を行った後の棒鋼のＤ／４部の電子顕微鏡写真である。
【図４】  図４は再生パーライト組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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