JP2002212703A

JP2002212703A - 鉄系合金の加工方法

Info

Publication number: JP2002212703A
Application number: JP2001004005A
Authority: JP
Inventors: Kinsei Kino; 欣成嬉野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】従来技術の表面処理よりも簡単で疲労強度等の
諸特性に優れた部材を得ることができる鉄系合金の加工
方法を提供すること。【解決手段】本発明の鉄系合金の加工方法は、鉄系合金
で構成された部材の少なくとも一部に相当歪み（＝ε）
が４以上となる強加工を含む塑性加工工程と、得られた
強加工材に表面から元素を拡散侵入させる表面処理工程
と、を有することを特徴とする。つまり、窒化処理等の
表面処理工程の前に所定の強加工を行うことで、窒化処
理等の表面処理時の元素侵入および拡散の特性を向上さ
せることができるものと推定される。すなわち、部材に
所定の歪みを付与することで、結晶粒の微細化および結
晶内に転位の集積する領域の形成が進行し、この微細化
した結晶粒の結晶粒界や転位部位に侵入した元素が大量
にトラップされることで侵入元素の部材内部への拡散が
促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄系合金の加工方
法に関し、詳しくは曲げ疲労強度、転動疲労強度等の耐
疲労特性、耐摩耗特性等の諸性能に優れた部材が得られ
る鉄系合金に対する加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機械装置の高性能化に伴い、構成
部品は高速、高負荷の過酷な条件下で使用されるように
なっており、構成部品の特性向上が望まれている。この
有効な解決手段として窒化処理等の表面処理が知られて
おり、可能な限り高い疲労強度等が得られる処理方法に
ついて種々の検討・提案がなされている。

【０００３】従来、鉄系合金に表面処理を行う方法とし
ては、Ｃ：０．１５〜０．４０％、Ｓｉ：１．００％以
下、Ｍｎ：０．４０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２％
以下、Ｎ：０．００６％以下、Ｂ：０．００５〜０．０
５０％を含有し残部がＦｅおよび不可避不純物からなる
組成と、フェライト相およびグラファイト相を主体とす
る組織とをもつ鋼に対して冷間加工した後に、８５０〜
９２０℃で浸炭焼き入れを行う浸炭焼き入れ方法が特開
平６−１１６６７９号公報に、Ｓ１０ｃ〜Ｓ２０ｃの低
炭素鋼を球状化焼鈍後、冷間鍛造により中空ピストンピ
ンを形成し、透過浸炭により所定値まで炭素濃度を均一
に上昇させ、浸炭拡散処理により内外表面の炭素濃度を
上昇させてピストンピンの内外表面からの距離に応じた
炭素濃度勾配を付け、所定の熱処理を施して内外表面部
の硬さを調節するピストンピンの製造方法が特開平６−
１００９４２号公報に、Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓ
ｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．２％〜２．５
％、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｎｉ：０．２５〜０．７
５％で、且つ１．８≦Ｃｕ／Ｎｉ≦２．２、Ｃｒ：０．
５〜２．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ａｌ：０．０
１〜０．３％、Ｍｏ：０〜０．３％、Ｓ：０〜０．１３
％、Ｐｂ：０〜０．３５％、Ｃａ：０〜０．０１％、残
部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成をもつ鋼に熱
間加工、球形化焼鈍および冷間加工を行った後に軟窒化
した軟窒化部品が特開平９−２５６０４５号公報に、
Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓｉ：０．１を超え０．５
０％まで、Ｍｎ：０．２％〜２．５％、Ｃｒ：０．５〜
２．０％、Ｖ：０．０５〜０．５％、Ａｌ：０．０１〜
０．３％、Ｓ：０〜０．１３％、Ｐｂ：０〜０．３５
％、Ｃａ：０〜０．０１％、残部がＦｅおよび不可避不
純物からなる組成をもつ鋼に熱間加工、球形化焼鈍およ
び冷間加工を行った後に軟窒化した軟窒化部品が特開平
９−２５６０４６号公報に、それぞれ開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面処理方法には以下の不都合があった。すなわち、特
開平６−１１６６７９号公報および特開平６−１００９
４２号公報に開示された浸炭処理では、充分な特性を得
るためには長時間の高温処理が必要であり、コスト上昇
や最終加工品の歪みの増大等が大きくなるという不都合
があった。また、特開平６−１００９４２号公報および
特開平９−２５６０４６号公報に開示されている窒化部
品に適用される窒化方法では、処理温度は浸炭処理より
も低温であり最終製品の精度はある程度確保できるもの
の、曲げ疲労強度、転動疲労強度等を充分に向上させる
には長時間もしくは高温での処理が必要でありコスト上
昇が避けられないことに加え、長時間処理・高温で処理
を行った部材でも必ずしも充分な諸特性が得られるとは
限られなかった。また、従来の表面処理では、局所的に
特性を向上させることが困難又は煩雑であった。

【０００５】したがって、本発明の鉄系合金の加工方法
は、従来技術の表面処理よりも簡単で疲労強度等の諸特
性に優れた部材を得ることができる鉄系合金の加工方法
を提供することを解決すべき課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ここで表面処理として窒
化処理を例に挙げ、特性を向上する方法を検討した。窒
化処理を行った部材の特性に影響を与える要因としては
窒化処理による硬化層深さと窒化化合物層の厚さとが考
えられる。硬化層は強度が高く、その厚さを増加させる
ことで部材表面の強度が向上し曲げ疲労強度等を向上さ
せることができる。窒化化合物層は厚くなると、上層・
下層で組成が変化し２層状態（ε層、γ層）となり非常
に脆い状態となる。また、窒化化合物層の厚みが増すと
上層部分にポーラス層と呼ばれる気泡が混合した脆い層
が生成しやすくなる。したがって、窒化化合物層の厚み
低減によって、いずれかに単層化することや安定的にポ
ーラス層のない良質な化合物層を得ることができ靭性の
向上が可能となる。つまり、窒化化合物層は脆いのでク
ラック等が生成しやすいために、生成したクラック等は
疲労破壊の起点となるので、この窒化化合物層の厚さを
低減することで強度（曲げ疲労強度等）を向上させるこ
とができる。

【０００７】硬化層深さの増加には処理時間の長時間
化、処理温度の高温化、析出強化元素の添加が効果
的である。また、窒化化合物層の厚さ低減には処理時
間の短時間化、処理温度の低温化が効果的である。し
たがって、硬化層深さの増加と窒化化合物層の厚さ低減
とを同時に達成するには、ととの条件およびと
との条件のそれぞれが相反する条件を同時に満たす必要
があり、そのままでは同時に達成することは困難であ
る。

【０００８】そして、硬化層を深くするための処理時
間の長時間化には生産性の低下および高コスト化が、
処理温度の高温化には焼歪み増加、結晶粒粗大化、内部
硬度の低下および高コスト化がそして析出強化元素の
添加には高コスト化がそれぞれ問題となる。また、窒化
化合物層の厚さ低減のための処理時間の短時間化には
充分な硬化層を得るために長時間の処理が必要であり生
産性の低下や高コスト化が、処理温度の低温化には充
分な硬化層が得られないという問題がある。

【０００９】また、一般的な窒化方法では必要な部分の
みに深い硬化層を形成したり薄い硬化層を得たりする等
の部材の部分的な特性改善を行うことは困難である。

【００１０】上記課題を解決する目的で本発明者は鋭意
研究を行った結果、窒化処理を行う前に相当歪みが４以
上となる強加工を強度が必要な部分に行うことで、硬化
層の深さが増加できると共に窒化化合物層の厚さが低減
でき、窒化処理を行った部材の諸特性を向上できること
を発見した。この知見は窒化以外の元素を拡散侵入させ
る表面処理においても適用できると考えられる。本発明
は本知見に基づいて完成されたものである。

【００１１】すなわち、本発明の鉄系合金の加工方法
は、鉄系合金で構成された部材の少なくとも一部に相当
歪み（＝ε）が４以上となる強加工を含む塑性加工工程
と、得られた強加工材に表面から元素を拡散侵入させる
表面処理工程と、を有することを特徴とする。

【００１２】つまり、窒化処理等の表面処理工程の前に
所定の強加工を行うことで、窒化処理等の表面処理時の
元素侵入および拡散の特性を向上させることができるも
のと推定される。すなわち、部材に所定の歪みを付与す
ることで、結晶粒の微細化および結晶内に転位の集積す
る領域の形成が進行し、この微細化した結晶粒の結晶粒
界や転位部位に侵入した元素が大量にトラップされるこ
とで侵入元素の部材内部への拡散が促進される。部材内
部への侵入元素の拡散が促進される結果、表層部の侵入
元素も迅速に内部に拡散でき硬化層が深くなる。また、
窒化時においては、窒素の拡散が促進される結果、窒化
化合物の生成が抑制され、窒化化合物層の厚さが低減で
きるという効果も有する。

【００１３】以上のように、窒化性等の表面処理性を向
上させる目的で添加される種々の添加元素の量を低減す
ることが可能となり、適正に表面処理が進行できる鋼の
種類が広くなることで、廉価な材料の使用も可能とな
る。

【００１４】また、強加工を行う部分を制御すること
で、部材の部分による選択的な強化が可能となる。

【００１５】なお、本明細書における「相当歪み」とは
下式（Ｉ）で導出される値である。

【００１６】

【数１】

【００１７】（ε_n（ｎ＝１、２、３）：主歪み）ここで、主歪みε_nはそれぞれ微小長さｌ₀の部分がｌに
なったときにε_n＝ｌｎ（ｌ／ｌ₀）で導き出される値で
ある。具体的にこの相当歪みを導出するためには、ＣＡ
Ｄ、ＣＡＭ等を用いたコンピュータシミュレーションに
より計算機科学的に導出する方法、歪みゲージを用いる
方法等により行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明についてさらに詳し
く説明する。なお、成分含有量等の表記中において
「％」とは、特に限定しない場合には質量基準の百分率
を示す。

【００１９】（本発明方法が適用できる鉄系合金の組
成）本発明が適用できる鉄系合金は特に限定されず、後
述する表面処理工程で行う表面処理の種類に応じて適正
に選択することができる。たとえば、後述する表面処理
工程が窒化処理である場合には以下の組成をもつ鉄系合
金とすることが好ましい。

【００２０】Ｃは部材の強度を確保するために必要な元
素である。含有量としては、延性、靭性、冷間加工性の
確保および窒化処理の容易さの観点からは０．５５％以
下、好ましくは０．４５％以下である。下限は、部品の
必要強度を考慮して決定される。

【００２１】Ｓｉは鉄系合金の焼き入れ性を高めると同
時に強度を向上させるために必要な元素である。含有量
としては、部材の強度を確保する観点からは０．０１％
以上であれば充分であり、好ましくは０．１％以上であ
る。そして靭性、冷間加工性の確保の観点からは１．０
０％以下、好ましくは０．５％以下である。そして、こ
れらの上限と下限とを任意に組み合わせることが可能で
ある。

【００２２】Ｍｎは鉄系合金の焼き入れ性を高めると同
時に強度を向上させるために必要な元素である。含有量
としては、部材の強度を確保する観点からは０．１％以
上であれば充分であり、好ましくは０．２５％以上であ
る。そして冷間加工性の確保の観点からは１．５％以
下、好ましくは１．０％以下である。そして、これらの
上限と下限とを任意に組み合わせることが可能である。

【００２３】Ｃｒは窒化処理時に部材表面から侵入して
くる窒素と結合して表面硬度を高めると共に、硬化層深
さを増加させる働きがある。

【００２４】Ｖは窒化処理時に部材表面から侵入してく
る窒素および炭素と結合して微細なバナジウム炭窒化物
として析出することで表面硬度を向上させ、さらに硬化
層深さを増加させる働きがある。ＶはＣｒと比較して添
加による表面硬度を向上させる効果は小さいものの、硬
化層の深さを増加させる効果に優れている。

【００２５】Ｍｏは焼き入れ性を向上させると同時に芯
部の軟化抵抗を高める作用を有する。

【００２６】ＣｒとＶとＭｏとをそれぞれ添加する割合
としては、Ｃｒをｘ％とＶをｙ％とＭｏをｚとした場合
に少なくとも０．５０≦ｘ＋１０ｙ＋４ｚ≦１１の関係
を満足する必要があり、さらに１≦ｘ＋１０ｙ＋４ｚ≦
７の関係を満足することが好ましい。

【００２７】そして、本発明方法が適用できる鉄系合金
の組成としては、さらに不可避不純物を含むことは排除
されず、残部としてはＦｅを含む。不可避不純物として
は、Ｓ、Ｐ、Ｃｕ等のように原料由来もしくは製造過程
で混入するものの他、Ｎｉ、Ａｌ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｔ
ｉ、Ｎｂ等のような一般的に鉄系合金に含有できる元素
が例示できる。

【００２８】そして、後述する表面処理工程としての窒
化処理を行った後に部材の表面が、窒素の浸入深さが
０．２５ｍｍ以上であり、窒化化合物層の厚さが１０μ
ｍ以下であるように組成を調整することが好ましい。こ
れより窒素の侵入深さを増加させ、かつ窒化化合物層の
厚さを低減させれば好ましい機械的特性を持つ部材とす
ることができる。

【００２９】また、後述する表面処理が浸炭処理である
場合にはＮｉの添加等の一般的に知られる浸炭処理に好
ましい鉄系合金組成とすることができる。

【００３０】（塑性加工工程）塑性加工工程は本工程終
了後に所定の相当歪みが残存する加工方法（強加工）で
あれば特に限定されない。たとえば、冷間加工である鍛
造、圧延、押し出し、引き抜き、スピニング、コイニン
グ、せん断加工、曲げ加工、深絞り加工である。冷間加
工とすると最終的な精度等の諸性質を向上できるので好
ましい。

【００３１】本塑性加工工程は、部材の全体に対して行
ってもよいし、部材のなかで強度が必要な部分に対して
のみ行ってもよい。たとえば、歯車や軸受け等の高負荷
が加わる部分に対して部分的・選択的に強加工を行って
強度を向上させることができる。ここで、窒化処理を例
に挙げると、窒化化合物層は高負荷が加わる部分におい
ては疲労破壊等の原因となり薄いことが好ましいが、部
材の加わる負荷の小さい部分等においては、反対に窒化
化合物層が摺動性向上等の好ましい性質を発揮する場合
も考えられる。このようなことは他の種類の表面処理に
おいても考えられる。

【００３２】したがって、強加工を行う部分を必要に応
じて変化させることで、後述する表面処理工程の作用を
部材の部分に応じて好ましいものとすることができる。
たとえば、歯車において冷間コイニング、冷間しごき等
の強加工を仕上げ加工として行うことで歯面及び歯元部
分に選択的に加えることでその部分の硬化層厚みの増加
及び窒化化合物層の厚みの低減ができる。

【００３３】強加工は前述した鉄系合金で構成された部
材の少なくとも一部（強化したい部分）の相当歪み（＝
ε）を４以上とする。相当歪みは式（Ｉ）で導出される
値であり、一般的に加工度が進むにつれて大きくなる値
である。

【００３４】なお、後述する表面処理工程として窒化処
理を採用する場合には窒化処理を行った後に部材の強度
を必要とする表面が、窒素の浸入深さが０．２５ｍｍ以
上であり、窒化化合物層の厚さが１０μｍ以下であるよ
うに強加工を調整することが好ましい。

【００３５】（表面処理工程）表面処理工程は上記塑性
加工工程により得られた強加工材に対して窒化、浸炭、
浸硫、ＣＶＤ等の元素を部材表面から部材内部に拡散侵
入させる機構の表面処理方法であれば特に限定されるも
のではないが、表面処理を窒化処理とすることが好まし
い。それは本発明方法によれば窒化処理による硬化層の
深さを増加させる作用のみならず、窒化化合物層の厚さ
を低減できる作用をもつからである。また、複数の表面
処理方法を組み合わせることも可能である。

【００３６】表面処理工程を窒化処理とする場合には、
何らかの方法で生成させた原子状ないし分子状窒素を部
材の表面から部材内部に拡散させる窒化反応の方法であ
れば、いずれかの公知の方法で進行させることができ
る。また、その他の窒化反応の方法であっても部材を窒
化できる方法であれば、本発明の表面処理工程の窒化と
して採用することができる。たとえば、部材をアンモニ
アと窒素等との混合ガス雰囲気下において加熱する方
法、ＮａＣＮ等を含む塩浴を用いる方法（タフトライ
ド）等が挙げられる。窒化時に加熱する温度としては、
好ましくは４００℃〜６５０℃、より好ましくは５００
℃〜６００℃程度がよい。そして、窒化を行う部分は、
部材の必要な部分にのみに行えば充分であるが、部材の
全体について窒化されることを排除するものではない。

【００３７】表面処理工程を浸炭処理とする場合には、
何らかの方法で生成させた原子状ないし分子状炭素を部
材の表面から部材内部に拡散させる浸炭反応の方法であ
れば、いずれかの公知の方法で進行させることができ
る。また、その他の浸炭反応の方法であっても部材を浸
炭できる方法であれば、本発明の表面処理工程の浸炭と
して採用することができる。

【００３８】表面処理工程を浸硫処理とする場合には、
何らかの方法で生成させた原子状ないし分子状硫黄を部
材の表面から部材内部に拡散させる浸硫反応の方法であ
れば、いずれかの公知の方法で進行させることができ
る。また、その他の浸硫反応の方法であっても部材を浸
硫できる方法であれば、本発明の表面処理工程の浸硫と
して採用することができる。

【００３９】ＣＶＤは高温とした部材上に反応性のガス
を導入し、部材表面ないしは内部に固体層を析出・拡散
・侵入させる方法である。ＣＶＤには一般的なＣＶＤに
加えてプラズマＣＶＤ等をも含む。

【００４０】

【実施例】本発明の加工方法を以下に示す実施例に基づ
いてさらに説明する。

【００４１】〈実施例１〉（試験部材）表１に示す１３種類の組成の鉄系合金を部
材番号１〜１３の試験部材とした。部材番号１〜９の試
験部材の材料組成は上記した請求項２に記載の鉄系合金
に含まれるものである。これら試験部材のそれぞれにつ
いて塑性加工工程としての冷間据え込み加工によって相
当歪みの値を０から１０の間の所定値となるように制御
した。相当歪みの値は塑性加工工程を有限要素法にてシ
ミュレーションを行い算出した。その後、各試験部材を
５７０℃で３時間、ガス軟窒化処理を行った。

【００４２】

【表１】

【００４３】（試験及び結果）各試験部材の窒化処理に
よるＮ侵入深さ（硬化層の厚み）は、マイクロビッカー
スにより表層から深さ方向に硬度分布測定を行い、表層
から内硬＋５０ＨＶとなる点までの距離とした。また、
各試験部材の窒化処理による窒化化合物層の厚み測定を
断面顕微鏡観察による実測で行った。そして各試験部材
について相当歪みの値に対するＮ侵入深さの値と、そし
て相当歪みの値に対する窒化化合物層の厚みの値をそれ
ぞれプロットした。Ｎ侵入深さについては図１に、窒化
化合物層の厚さについては図２にそれぞれ結果を示す。

【００４４】図１から明らかなように、実線で範囲を示
した部材番号１〜９の試験部材におけるＮ侵入深さの値
は相当歪みの値が４を境界に０．２ｍｍ程度から０．３
ｍｍ程度へと深くなっている。それに対して、破線で範
囲を示した部材番号１０〜１３の試験部材におけるＮ侵
入深さの値は相当歪みが１〜１０の範囲においては相当
歪みの値に関わらずほぼ一定の値（０．１ｍｍ）であっ
た。したがって、部材番号１〜９の試験部材はそれ自
身、部材番号１０〜１３の試験部材よりもＮ侵入深さの
値が大きいのみならず、相当歪みの値を４以上とするこ
とでさらにＮ侵入深さ、すなわち硬化層の厚みを飛躍的
に大きくすることができることが明らかとなった。

【００４５】そして、図２から明らかなように、実線で
範囲を示した部材番号１〜９の試験部材における窒化化
合物層の厚さの値は相当歪みの値が４を境界に２０μｍ
程度から５μｍ程度へと薄くなっている。それに対し
て、破線で範囲を示した部材番号１０〜１３の試験部材
における窒化化合物層の厚さの値は相当歪みが１〜１０
の範囲においては相当歪みの値に関わらずほぼ一定の値
（２０μｍ）であった。したがって、部材番号１０〜１
３の試験部材では相当歪みの値に関わらず窒化化合物層
の厚さは変わらないのに対して、部材番号１〜９の試験
部材は、相当歪みの値を４以上とすることで窒化化合物
層の厚さを飛躍的に低減することができることが明らか
となった。

【００４６】〈実施例２〉前述の実施例１において用い
た部材番号１、６、８、１０、１３の試験部材を用いて
小野式回転曲げ疲労試験およびローラーピッチング試験
のそれぞれのテストピース（小野式テストピースおよび
ローラーピッチングテストピース）を作製した。そして
各テストピースについて冷間コイニングもしくは冷間し
ごきにより相当歪みの値が０から１０の所定値となるよ
うに制御した。その後、各テストピースを５７０℃で３
時間、ガス軟窒化処理を行った。

【００４７】（試験及び結果）各小野式テストピースに
ついて小野式回転曲げ疲労試験を行った。疲労強度は、
ＪＩＳに従い試験機によって、１０００万回の耐久寿命
荷重を求めた。具体的には回転数３０００回／分、Ｒ＝
１ｍｍの切り欠け有りの条件で試験を行った。

【００４８】そして各ローラーピッチングテストピース
についてローラーピッチング試験を行った。ピッチング
疲労強度は、１０００万回の耐久寿命荷重を求めた。具
体的には回転数２０００回／分、すべり率−４０％、ク
ラウニングＲ＝３００ｍｍ、油温８０℃、ＡＴＦ使用の
条件で試験を行った。

【００４９】各部材番号のテストピースについて相当歪
みの値に対する疲労強度の値を図３に、相当歪みの値に
対するピッチング疲労強度の値を図４にそれぞれ結果を
示す。

【００５０】図３から明らかなように、実線で範囲を示
した部材番号１、６、８のテストピースにおける疲労強
度の値は相当歪みの値が４を境界に３５０〜４００ＭＰ
ａ程度から４５０ＭＰａ程度へと大きくなっている。そ
れに対して、破線で範囲を示した部材番号１０、１３の
テストピースにおける疲労強度の値は相当歪みが１〜１
０の範囲においては相当歪みの値に関わらずほぼ一定の
値（３５０〜４００ＭＰａ程度）であった。これは実施
例１における硬化層の厚みおよび窒化化合物層の厚さの
結果とも良く対応している。したがって、部材番号１、
６、８のテストピースは、相当歪みの値を４以上とする
ことで疲労強度の値を飛躍的に大きくすることができる
ことが明らかとなった。

【００５１】そして、図４から明らかなように、実線で
範囲を示した部材番号１、６、８のテストピースにおけ
るピッチング疲労強度の値は相当歪みの値が４を境界に
１８００ＭＰａ程度から２２００ＭＰａ程度へと大きく
なっている。それに対して、破線で範囲を示した部材番
号１０、１３のテストピースにおけるピッチング疲労強
度の値は相当歪みが１〜１０の範囲においては相当歪み
の値に関わらずほぼ一定の値（１８００ＭＰａ程度）で
あった。これは実施例１における硬化層の厚みおよび窒
化化合物層の厚さの結果とも良く対応している。したが
って、部材番号１、６、８のテストピースは、相当歪み
の値を４以上とすることでピッチング疲労強度の値を飛
躍的に大きくすることができることが明らかとなった。

【００５２】そして、実施例１と実施例２との結果から
窒素侵入深さを０．２５μｍ以上、かつ窒化化合物層の
厚みを１０μｍ以下とすることで製造されたテストピー
スの機械的特性が向上することが明らかとなった。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の加工方
法は鉄系合金からなる部材に表面処理を行う前に相対歪
みが４以上となる強加工を施すことにより、部材の表層
部の結晶粒が微細化し転位の集積する領域を形成でき、
この領域に侵入元素がトラップされることで大量に部材
内部に元素を導入することができる。

【００５４】したがって、本発明の加工方法によると、
処理層（硬化層）の厚み増加の目的で導入される元素の
添加量を不要ないし低減することができ廉価な材料を用
いることができる。そして、強加工を与える部分を調節
することで、部材の必要な部分に必要な深さの処理層
（硬化層）を形成することができる。その結果、低温・
短時間での加工ができ、コスト低減、環境負荷低減が可
能となる。そして、低温処理により製品の低歪み化、炉
壁、治具等の長寿命化も達成できる。さらに、低温処理
とできるので冷間加工により付与された好ましい加工硬
化を残存させる条件を選択することが可能となる。

【００５５】さらに表面加工を窒化処理とすると、硬化
層の厚み増加のみならず、窒化化合物層の厚み低減を図
ることができる。窒化化合物層が厚くなると、上層・下
層で組成が変化し２層状態（ε層、γ層）となり非常に
脆い状態となる。また、窒化化合物層の厚みが増すと上
層部分にポーラス層と呼ばれる気泡が混合した脆い層が
生成しやすくなる。したがって、窒化化合物層の厚み低
減によって、いずれかに単層化することや安定的にポー
ラス層のない良質な化合物層を得ることができ靭性の向
上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のＮ侵入深さの値と相当歪みの値との
関係を示すグラフである。

【図２】実施例１の窒化化合物層の厚みの値と相当歪み
の値との関係を示すグラフである。

【図３】実施例２の疲労強度の値と相当歪みの値との関
係を示すグラフである。

【図４】実施例２のピッチング疲労強度の値と相当歪み
の値との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 8/22 Ｃ２３Ｃ 8/22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系合金で構成された部材の少なくとも
一部に相当歪み（＝ε）が４以上となる強加工を含む塑
性加工工程と、得られた強加工材に表面から元素を拡散侵入させる表面
処理工程と、を有することを特徴とする鉄系合金の加工
方法。
【請求項２】前記鉄系合金は、質量基準で、Ｃを０．
０１〜０．５５％とＳｉを０．０１〜１．００％とＭｎ
を０．１〜１．５％とＣｒをｘ％とＶをｙ％とＭｏをｚ
％（ここでｘ、ｙ、ｚは、０．５０≦ｘ＋１０ｙ＋４ｚ
≦１１の関係を満足する。）と不可避不純物と残部がＦ
ｅとからなり、前記表面処理工程は窒化処理である請求項１に記載の鉄
系合金の加工方法。
【請求項３】前記鉄系合金は、質量基準で、Ｃを０．
０１〜０．４５％とＳｉを０．０１〜０．５０％とＭｎ
を０．１〜１．０％とＣｒをｘ％とＶをｙ％とＭｏをｚ
％（ここでｘ、ｙ、ｚは、１≦ｘ＋１０ｙ＋４ｚ≦７の
関係を満足する。）と不可避不純物と残部がＦｅとから
なる請求項２に記載の鉄系合金の加工方法。
【請求項４】前記塑性加工工程は、前記部材に冷間加
工を行う工程である請求項１〜３のいずれかに記載の鉄
系合金の加工方法。
【請求項５】前記窒化工程後に前記部材の窒化を行っ
た表面は、窒素の浸入深さが０．２５ｍｍ以上であり、
窒化化合物層の厚さが１０μｍ以下である請求項１〜４
のいずれかに記載の鉄系合金の加工方法。