JP5668882B1 - Ｍｏ無添加の浸炭用電炉鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｍｏを添加することなく、Ｃｒ−Ｍｏ鋼と同等以上の浸炭品質を確保でき、Ｃｒ−Ｍｏ鋼と同等以上の性能の電炉鋼を提供可能とすること。【解決手段】スクラップ材を用いて電気炉により製鋼してなる電炉鋼であって、質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２８％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６５〜０．９５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３５〜１．９０％、Ａｌ：０．０２０〜０．０５０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２３０％を含有し、かつ、上記スクラップ材に含有されていることにより電炉鋼に含有される不純物としてのＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが、式１を満足するように上記スクラップ材の選定がなされており、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなる。式１：（［Ｃｕ］＋２?［Ｎｉ］）０．７６?［Ｍｏ］≧０．００４０。【選択図】なし

Description

本発明は、電気炉を用いて製鋼する方法（以下、適宜、電炉法という）によって作製した鋼（以下、適宜、電炉鋼という）であって、Ｍｏ無添加でＣｒ−Ｍｏ鋼と同等の浸炭品質を有する浸炭用電炉鋼及びその製造方法に関する。

自動車、産業用機械等で使用される歯車等の鋼部品は、エンジン等からの駆動力を長期間受けた状態で部品交換せずに使用可能なように、疲労強度、耐摩耗性を確保する必要がある。そのため、従来の疲労強度及び耐摩耗性が要求される部品は、炭素量が０．２０％程度のＳＣｒ、ＳＣＭ等の合金鋼を用い、表面硬化処理である浸炭処理を行なうことにより必要な強度を確保して使用されている。

特に強度面で厳しい要求がされる部品については、Ｍｏが添加されたＳＣＭ材を用いるのが通常である。なぜなら、Ｍｏは浸炭異常層の発生を抑制しつつ焼入性を向上させることができる元素であるため、Ｍｏ添加鋼は、部品形状にかかわらず、必要な焼入性を確保して、優れた強度を有する部品を製造するのに有効だからである。

しかしながら、近年、電炉鋼の原料となるスクラップ、合金鉄等の、特殊鋼を製造するのに必要な原料の価格変動が非常に大きくなる場合が頻発している。Ｍｏ添加に必要なフェロモリブデンの価格変動も例外ではない。従って、フェロモリブデンの価格が極端に高騰したような場合に備えて、Ｍｏの添加に頼らなくても、ＳＣＭ材と同程度の性能を確保できる浸炭用鋼を開発し、準備しておく必要がある。

例えば、特許文献１には、高価な元素であるＮｉおよびＭｏを極力含有しない場合であっても、ＳＮＣＭ２２０ＨおよびＳＣＭ４２０Ｈと同等の曲げ疲労強度とピッチング強度を確保することを課題として開発された肌焼鋼について記載されている。

特許文献１では、その課題を解決すべく、ＮｉおよびＭｏ含有率の低減によって生じる焼入性の低下を、Ｃｒ、ＳｉおよびＭｎの成分バランスを適正化することにより補っている。また、曲げ疲労強度およびピッチング強度の低下や、熱間加工時や冷間鍛造時の割れの原因となる粗大なＭｎＳを極力少なくするために、Ｍｎ、Ｓの含有率のバランスの適正化が重要であることを見出し、３０≦Ｍｎ／Ｓ≦１５０に制御して、粗大なＭｎＳ生成の抑制を図っている。さらに、ＮｉおよびＭｏを極力添加させないことによる粒界酸化層や不完全焼入層等の浸炭異常層の深さが拡大するという問題を、Ｃｒ、ＳｉおよびＭｎの含有率を０．７≦Ｃｒ／（Ｓｉ＋２Ｍｎ）≦１．１にすることにより、解決することを提案している。

また、特許文献２には、フェロモリブデンが高騰した場合でも、Ｍｏを添加することなくＭｏ添加鋼と同等の性能を確保する肌焼鋼について記載されている。一般的にＭｏの減少による焼入性の低下を抑えるには、Ｍｏ以外の焼入性向上元素であるＣ、Ｍｎ、Ｃｒを増量するか、焼入性向上元素であるＢを添加する必要がある。ところが、これらの元素をＭｏ添加鋼と焼入性が同等となるよう単純に増量するのみでは、浸炭異常層が増加したり、浸炭層中のトルースタイトが増加したりしてしまい、Ｍｏ添加鋼と同等の性能を確保することが困難である。

そこで、特許文献２では、通常であれば不純物として特に管理することのないＢの含有率を厳しく管理し、その上限を０．０００２％未満としたことを特徴としている。これにより、Ｍｏを添加しなくても浸炭層におけるトルースタイトの生成を抑制することが可能となり、さらに、Ｃｒ％−（Ｓｉ％＋Ｍｎ％＋Ｃｕ％＋Ｎｉ％＋Ｍｏ％）≧０．３０％を満足させることにより焼入性を確保できることが開示されている。

特開２００９−２４９６８４号公報 特開２０１１−２６６８８号公報

しかしながら、上記の従来技術では、以下の問題がある。
特許文献１は、Ｍｏを極力含有しないとしながらも、Ｍｏ含有率が０．０４〜０．１０％となるようＭｏを添加し、Ｍｏにより焼入性を高めて、浸炭焼入後の表面硬さ、硬化層深さおよび芯部硬さを向上させて、浸炭部品の強度を確保している。したがって、特許文献１の鋼は、高価なＭｏを少量といえども添加しており、Ｍｏを全く添加することなくＳＣＭ材と同等の強度を確保可能とするものではない。

また、特許文献２は、Ｂの含有率の上限を０．０００２％未満と厳しく管理することにより、Ｍｏを添加しなくても浸炭層におけるトルースタイトの生成を抑制することを特徴としているが、Ｂ含有率が０．０００２％未満の鋼を製造するためには、原料に含まれるＢを極めて厳重に管理する必要がある。そのため、鉄鉱石を原料として高炉を用いて鋼を製造する高炉法であれば容易に製造することが可能であるかもしれないが、スクラップを原料として鋼を製造する電炉法においては、非常に困難である。電炉法において、原料に含まれる不純物を特に管理しないで製造すると、Ｂの含有率は、添加しなくても不純物として最大０．０００５％程度含有する可能性がある。そのため、Ｂ含有率を０．０００２％未満とするには、原料となるスクラップ自体の選定を厳重に管理することが必要となり、電炉法によって定常的に製造することは困難を伴う。

浸炭用鋼は、歯車のように高強度負荷状態で繰返し使用される機械用部品に多く使用されるため、浸炭品質（表面硬さ、浸炭表面粒界酸化層（浸炭異常層）、浸炭層トルースタイト量、浸炭深さ、内部硬さ）が極めて重要である。そのため、Ｍｏを完全無添加としても、ＳＣＭ材と同等の強度品質を確保できる鋼を大量生産可能とすることは、極めて重要である。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、フェロモリブデンが高騰したような場合において、Ｍｏを添加せず、かつ原材料に含まれるＢ含有率を厳しく管理することなく、従来のＣｒ−Ｍｏ鋼（ＳＣＭ）と同等の性能を有する浸炭用電炉鋼の提供を可能にすることを目的とするものである。

本発明の一態様は、主原料としてスクラップ材を用いて電気炉により製鋼してなる電炉鋼を製造する方法であって、
上記電炉鋼に不純物として含有される上記スクラップ材由来のＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが、式１を満足するように上記スクラップ材の選定を行い、
式１：（［Ｃｕ］＋２×［Ｎｉ］）^０．７６×［Ｍｏ］≧０．００４０
（ここで、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］及び［Ｍｏ］は、それぞれ、鋼中のＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有率（質量％）を意味する。）、
上記スクラップ材を電気炉により溶解すると共に、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏをさらに添加することなく他の成分調整用合金を添加して、
質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２８％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６５〜０．９５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３５〜１．９０％、Ａｌ：０．０２０〜０．０５０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２３０％を含有し、
かつ、上記電炉鋼に不純物として含有されるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが、上記式１を満足すると共に、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、及びＭｏ：０．０６％以下に制限され、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなるよう製鋼することを特徴とするＭｏ無添加の浸炭用電炉鋼の製造方法にある。

電炉鋼の製造において、スクラップ材等から不純物として鋼中に混入する元素については、本来の鋼における作用効果を妨げない限り、その含有率の制御を行わないのが普通である。また、不純物の中でも製鋼時に除去することが難しい成分（Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏ等）については、その含有率を低減すること自体が非常に困難である。したがって、このような含有率低減制御が難しい元素が不純物として含有された結果として、仮に何らかの影響がもたらされたとしても、その影響を取り除くことは困難であると考えられていた。また、仮に影響があるとしても、電炉法による新鋼種を検討する際に、原料中の不純物の含有率については、特に悪影響が明確に確認されている場合を除き、詳細に検討されることがないのが普通である。

本発明は、スクラップに含有されているＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが、作製する鋼中に不純物として含有されることによって生じる効果を、従来のように無視するのではなく、積極的に利用することを特徴とするものである。但し、本来不純物として扱う元素を積極的に利用するために、前記特許文献２のように、スクラップの厳しい選別が必要となれば、実際の製造に困難を伴い、実現が難しくなる。すなわち、製鋼時に除去することが困難な元素について管理する場合、不純物の上限を管理する特許文献２のような手法では、管理すべき元素の含有量の少ない高級なスクラップのみを使用する必要がある。

そこで、本発明では、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有レベルによってスクラップを複数種類に分類し、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏの３元素の含有割合が上記式１を満たす範囲で、不純物の混入を許容してスクラップを選択することによって、基本的に不純物の上限を管理することなく製造することができるようになる。すなわち、本発明においては、上記３元素が不純物として含有されることによる効果を積極的に利用して目的の効果を得ようとするものであるため、ある程度上記３元素の含有量の多いスクラップを利用して製造することができ、特許文献２の場合と比べてはるかに製造しやすくなる。

本発明は、スクラップに含まれていることにより混入する不純物としてのＣｕ、Ｎｉ及びＭｏを積極的に活用して、焼入性向上を補う効果を得ると共に、この効果を勘案した上で、添加元素であるＭｎ、Ｃｒの含有率を、必要な焼入性を確保しつつ浸炭層中のトルースタイト及び浸炭異常層の生成抑制に最適な範囲に調整するものである。その結果、本発明では、Ｍｏの意図的な添加や、Ｂ含有率上限の厳しい管理を行わなくても、Ｍｏが積極的に添加された鋼であるＳＣＭ材と同等以上の優れた浸炭品質を確保可能な浸炭用電炉鋼を提供できる。

ここで、前記の浸炭層中のトルースタイト（以下、トルースタイトと記す。）とは、通常ガス浸炭等を行なった場合の鋼部品の表面に観察される不完全焼入層（浸炭ガス雰囲気の酸素が鋼部材の表面から拡散し、素材に含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の合金元素と酸化物を形成するため、その周辺部のＳｉ、Ｍｎ等の固溶合金元素が欠乏し、焼入性が低下して生じる組織）とは全く異なり、浸炭処理後の焼入による冷却時に主に浸炭層に析出する微細パーライトのことを意味する。

なお、前記特許文献２の実施例には、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏを不純物として含有する鋼が記載され、トルースタイトに関する評価がなされている。そして、特許文献２では、不純物として含有するこれらの元素の影響を十分考慮することなく、トルースタイトの抑制については、Ｃｒ含有率とその他焼入元素とのバランス添加及びＢの抑制で達成できるとされている。

特許文献２において、実施例で評価された鋼のＭｏの含有率は０又は０．０１％のみであり、不純物として含有されるＭｏ含有率の影響に対する検討が十分でない。そして、特許文献２では、基本的にはＣｒとその他焼入元素とのバランス添加の効果でトルースタイト抑制を図ることとし、関係式が作成されている。

ところが、Ｍｏだけでなく、不純物として含有されるＣｕ、Ｎｉも含めたトルースタイト抑制への影響をさらに検討した結果、電炉法においては、Ｍｏは不純物として０．０６％程度までは含有する可能性があること（例えばＳＡＥ規格のクロム鋼では、Ｍｏは不純物として０．０６％まで許容されている。）が判明し、かつ、特許文献２の実施例で未評価だったＭｏ０．０２％以上の含有によるトルースタイト抑制への効果が非常に大きいことが判明した。さらに、Ｍｏと同様に不純物として含有されるＣｕ、ＮｉとＭｏとの複合効果によるトルースタイト抑制効果も予想以上に大きいことも判明した。そして、これらの不純物による複合効果を利用すれば、Ｂを２ｐｐｍ未満に抑制することなくＳＣＭ材と同程度にトルースタイトを抑制でき、同等の性能を得られることが確認され、本発明の完成に到ったのである。この複数の不純物による複合効果を定量的に表した関係式が本願において示した式１である。

本発明は、スクラップ中に含有されていることによって不純物として混入するＣｕ、Ｎｉ及びＭｏをスクラップの選別等により適切な含有率となるよう調整して製造することを特徴とするものであり、全くスクラップを選別することなく製造した場合には、安定して式１を満足する鋼を製造できない。また、本発明では、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏを積極的に添加することなく、つまり、Ｍｏ無添加としてもＳＣＭ材と同等性能が得られる電炉鋼を得ることができる。

以上説明した通り、本発明は、Ｍｏを全く添加せずに、ＳＣＭ材と同等の性能が得られる電炉鋼を提案するものであり、Ｍｏ添加に必要な合金鉄であるフェロモリブデンが高騰したような場合であっても、Ｍｏ無添加で性能の優れた安価な鋼材を提供可能となり、ユーザーからの強い希望である省Ｍｏ化の対応が容易に可能となる。

上記Ｍｏ無添加の浸炭用電炉鋼の各成分の上下限の限定理由について、以下に説明する。
Ｃ（炭素）：０．１２〜０．２８％、
Ｃは、浸炭処理後の必要な内部硬さを確保するために不可欠の元素であり、焼入性を高める元素でもあるため、０．１２％以上の含有が必要である。しかしながら、Ｃ含有率を高めすぎると、焼入性が上昇し、内部硬さを高めることは可能であるが、その一方で浸炭処理前の素材硬さが上昇し、浸炭前に行なわれる所定形状への機械加工時の工具寿命が大きく低下する。従って、Ｃ含有率は、上限を０．２８％とする。

Ｓｉ（ケイ素）：０．１５％以下、
Ｓｉは焼もどし軟化抵抗を高める効果があり、歯車として使用の際の温度上昇による硬さ低下を防止する効果があるため、浸炭用鋼でも積極的に添加される場合もある。しかしながら、不純物として含有するＭｏの効果を活用し、Ｍｏを無添加としても同等の性能を確保できることを最大の目的とする場合には、Ｍｏを積極添加する場合に比較すると、浸炭異常層低減効果が同程度には期待できない。そのため、浸炭処理時に酸化しやすく浸炭異常層生成を助長する可能性のあるＳｉは極力低減する必要がある。従って、本発明ではＳｉ含有率の上限を０．１５％とする。

Ｍｎ（マンガン）：０．６５〜０．９５％、
Ｍｎは必要な焼入性と内部硬さを確保し、浸炭層のトルースタイトを抑制するために必要な元素であるため、少なくとも０．６５％以上の含有が必要である。しかしながら、Ｍｎは酸化されやすい元素であり浸炭時に酸化され浸炭異常層発生の原因になる。また多量に含有させすぎると被削性が低下し浸炭前の機械加工が難しくなるため、Ｍｎ含有率の上限を０．９５％とする。

Ｐ（リン）：０．０３５％以下、
Ｐは、オーステナイト粒界に偏析しやすい元素であり、偏析すると曲げ疲労強度低下の原因となる元素である。Ｐは製造上、少量の含有が避けられない元素であるが、製鋼工程の改善等により、含有率を低めに抑えて製造することは可能であり、Ｐ含有率の上限を０．０３５％とする。望ましくは、０．０２０％以下とするのが良い。

Ｓ（硫黄）：０．０３５％以下、
Ｓは被削性向上に効果のある元素としてよく知られているが、多量に含有すると硫化物系の非金属介在物が増加し、これが疲労破壊の起点となり、疲労強度低下の原因となる。そのため、Ｓ含有率の上限を０．０３５％とする。

Ｃｒ（クロム）：１．３５〜１．９０％、
Ｃｒは焼入性向上に効果のある元素であり、Ｍｏを無添加とすることによる焼入性の低下を補うために不可欠な元素である。また、Ｃｒは、浸炭層のトルースタイト生成を抑制する効果がＭｎよりも大きい元素である。従って、ＪＩＳ規格のＳＣｒ鋼に比較してＣｒ含有率を若干高めとする必要があるため、Ｃｒ含有率の下限を１．３５％とする。しかしながら、多量に含有しすぎると浸炭異常層の抑制が困難になるとともに、浸炭前の硬さが上昇し、被削性が低下することにより機械加工が難しくなるため、Ｃｒ含有率の上限を１．９０％とする。

なお、Ｃｒは浸炭時に雰囲気ガス中の酸素と反応して酸化する可能性があり、含有率を高めると浸炭異常層が増加する懸念がある。しかし、これについては浸炭異常層生成と関係の大きいＳｉ量を極力低減しているので、必要とする焼入性が確保できることを条件に、過剰にＣｒを増量しないこと等で対応することが可能になる。

Ａｌ（アルミニウム）：０．０２０〜０．０５０％、
Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、ピン止め効果により浸炭後の結晶粒微細化に効果があるだけでなく、その異常粒成長を抑制する元素であり、最低でも０．０２０％の含有が必要である。しかしながら、Ａｌ含有率が高くなると、その効果が飽和するとともに、アルミナ系の非金属介在物が増加して疲労強度低下の原因となるため、上限を０．０５０％とする。

Ｎ（窒素）：０．００８０〜０．０２３０％、
Ｎは、Ａｌと結合してＡｌＮを形成し、浸炭後の結晶粒微細化と異常粒成長抑制に効果のある元素である。Ｎは大気中に多量に存在し、大気溶解の場合には、製造上不純物として含有が避けられない元素であるが、前記理由から製造時に含有率の下限を制御し、必要に応じ意図的な添加も必要となる。そのため、Ｎ含有率の下限を０．００８０％とする。しかしながら、多量に含有させすぎても効果が飽和するため、Ｎ含有率の上限を０．０２３０％とする。

式１：（［Ｃｕ］＋２×［Ｎｉ］）^０．７６×［Ｍｏ］≧０．００４０、ここで、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］及び［Ｍｏ］は、それぞれ、鋼中のＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有率（質量％）を意味する。
不純物であるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏのトルースタイト抑制効果を活用し、Ｍｎ、Ｃｒの添加量を抑えつつ、浸炭異常層の生成を抑制可能とするためには、最終的に得られる電炉鋼中のＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有率が上記式１を満たすように、原料スクラップを選定することが必要となる。

不純物として含有されるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏは、多いほどＭｎ、Ｃｒの抑制効果が高くなるが、不純物の管理により含有され、積極的に添加するものではない。ＪＩＳで定められた不純物としての上限は、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下であり、これを超える含有率は好ましくなく、そもそも不純物としてはそこまで含有されることは殆どない。スクラップを原料として用いた場合のＭｏの不純物としての上限は、０．０６％程度であるが、ＪＩＳにおいては特に定められていない。ただし、不純物量が多すぎる場合には、工業的に品質の変動等が起こりうるため、上述したＣｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、及びＭｏ：０．０６％以下を上限とする。

具体的なスクラップの選定方法は、最終的に得られる電炉鋼の化学成分における不純物としてのＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有率が式１を満たすようにスクラップの組合せを実現できる限り、種々の方法を採用することができる。具体的な一例を示す。不純物レベルは、スクラップの入手方法毎に異なる。そのため、まず、スクラップの入手方法別に分類して各スクラップを保管する。また、分類された群ごとに、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有レベルを把握して、３元素含有率データとして保管する。スクラップ選定時には、３元素含有率データを用いて、最終的に得られる電炉鋼の化学成分におけるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが式１を満足するように、各分類群から採用するスクラップの重量を決定し、原料として選定する。

本発明の浸炭用電炉鋼は、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒをタイトに制御し、かつＳｉを極力添加しないように成分バランスを適正化するとともに前記の不純物として含有されるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの効果を有効活用することにより、Ｍｏ無添加による焼入性の低下を補うよう成分調整して焼入性を確保している。したがって、Ｃｒ鋼（省Ｍｏ化）であっても、浸炭処理後において、Ｃｒ−Ｍｏ鋼と同等の浸炭異常層深さ及びトルースタイト析出量とすることで、ＳＣＭ材と同等以上の性能を得ることが可能になる。

次に、本発明の効果について、以下に実施例を示すことにより明らかにする。
表１は、実施例として用いた供試材の化学成分を示すものである。このうち、１〜５鋼（炭素含有率がＳＣＭ４１５相当）、８〜１２鋼（炭素含有率がＳＣＭ４２０相当）、及び２８〜３２鋼（炭素含有率がＳＣＭ４２５相当）が本発明の条件を満足する発明鋼である。一方、１３〜２５鋼は炭素含有率がＳＣＭ４２０相当であって、かつ一部の条件が本発明で規定した条件を満足しない比較鋼である。また、６、７、２６、２７、３３、及び３４鋼は、それぞれ、従来鋼であるＳＣＭ４１５、ＳＣｒ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２５及びＣを０．２５％含有するクロム鋼である。

表１に記載の供試材は、原料となるスクラップとして、最終的に得られる電炉鋼中に含有されると予測されるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有量が狙いの値となるようなスクラップの種類及び使用割合を決定して母材とし、電気炉溶解にて化学成分を調整し、準備されたものである。また、クロム鋼やクロムモリブデン鋼において通常Ｂの含有率を記載することはほとんどないが、表１には、不純物として含有するＢの含有率も含めて記載した。さらに、本発明鋼にとって、不純物ではあるが、積極的に利用するとしているＣｕ、Ｎｉ及びＭｏについてもその含有率を記載した。このうち、Ｃｕ、Ｎｉについては全て積極添加したものではなく、使用したスクラップ中に含有されていたことが原因で最終的に製造された電炉鋼中に不純物として含有されていた値を記載したものである。ＭｏについてもＳＣＭ材である６、２６、３３鋼を除く鋼については、積極添加はしておらず、不純物として含有されていた値を記載したものである。

そして、表１に記載の成分からなる供試材を用い、熱間圧延及び機械加工により、直径３０ｍｍの試験片を製作し、これを９５０℃×２．５ｈｒの条件でガス浸炭処理した。処理後の試験片を光学顕微鏡で観察することにより、表面から深さ０．５ｍｍの範囲内におけるトルースタイトの平均析出面積率と平均の浸炭異常層深さを測定した。結果を表２に示す。

従来鋼である６、７鋼（炭素含有率０．１５％）、２６、２７鋼（炭素含有率０．２０％）、３３、３４鋼（炭素含有率０．２５％）の同じ炭素含有率同士のＣｒ鋼とＣｒ−Ｍｏ鋼のトルースタイト析出面積率の結果から明らかなように、Ｍｏの含有による効果は極めて大きく、Ｃｒ鋼と比較してＣｒ−Ｍｏ鋼はトルースタイト析出面積率が極端に低い。トルースタイトの析出は、疲労強度低下の原因となるため、Ｍｏを積極添加しない場合においても、従来鋼のＣｒ−Ｍｏ鋼と同等かそれ以下にトルースタイト析出面積率を抑制することが重要である。

ここで、トルースタイト析出面積率は、炭素含有率が高いほど低下傾向となることが知られている。そこで、本実施例では、炭素含有率による浸炭品質への影響を考慮した評価とするために、炭素含有率が０．１３〜０．１７％である１〜５鋼については、ＳＣＭ４１５（６鋼）と、炭素含有率が０．１８〜０．２３％である８〜１２鋼については、ＳＣＭ４２０（２６鋼）と、炭素含有率が０．２４〜０．２８％である２８〜３２鋼については、ＳＣＭ４２５（３３鋼）とそれぞれ評価結果を比較することにより、ＳＣＭ材と同等以上の浸炭品質を有しているかについて評価した。その結果、全ての発明鋼について、ＳＣＭ材と比べて同等か、より低いトルースタイト析出面積率、浸炭異常層深さが得られていることが確認できた。

これに対し、比較鋼である１３〜２５鋼は、本発明で規定したいずれかの条件を満足していないために、ほぼ同じ炭素含有率であるＳＣＭ材であるＳＣＭ４２０（２６鋼）と比較して浸炭品質が劣る結果となった。

より具体的には、１３、１４、１６鋼は、浸炭異常層深さに影響するＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒのうちいずれかの含有率が高いため浸炭異常層深さが深くなった。１５、１７鋼は、トルースタイト析出量の減少に効果的なＭｎ、Ｃｒのいずれかの含有率が低いため、トルースタイト析出面積率の値が高くなった。１８〜２５鋼は、関係式（式１）を満足せず、積極的に利用している不純物元素であるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの効果を十分利用できていないため、トルースタイト析出面積率が高くなった。

なお、前記の通り、本願と同じ出願人による特許文献２において、Ｂ含有率を２ｐｐｍ未満に制御すればトルースタイトをＳＣＭ材と同程度以下に抑制できるという知見が既に明らかにされている。本発明は、特許文献２で得られた知見を利用することなく製造面でより改善した鋼とするもの、つまり、Ｂの上限の厳しい管理をすることなく優れた浸炭品質を確保可能にするものである。そこで、本実施例での評価では、供試材として意図的にＢが２ｐｐｍ以上の供試材を選択して評価した。

その結果、不純物であるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの利用による効果が十分でない比較鋼である１８〜２５鋼は、ＳＣＭ材と同等の浸炭品質を確保することができなかった。それに対し、本発明鋼である１〜５鋼、８〜１２鋼、２８〜３２鋼は、全てＢを２ｐｐｍ以上含有しているにもかかわらず、ＳＣＭ材と同等かそれ以上の浸炭品質を得ることが可能なことを確認できた。

従って、本発明によれば、今後フェロモリブデンが高騰したような場合でも、Ｂ含有率を厳しく管理することなく、Ｍｏ無添加で同等性能の電炉鋼を提供可能とすることができ、産業への貢献は極めて大きい。

Claims (1)

1. 主原料としてスクラップ材を用いて電気炉により製鋼してなる電炉鋼を製造する方法であって、
   上記電炉鋼に不純物として含有される上記スクラップ材由来のＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが、式１を満足するように上記スクラップ材の選定を行い、
   式１：（［Ｃｕ］＋２×［Ｎｉ］）^０．７６×［Ｍｏ］≧０．００４０
   （ここで、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］及び［Ｍｏ］は、それぞれ、鋼中のＣｕ、Ｎｉ及びＭｏの含有率（質量％）を意味する。）、
   上記スクラップ材を電気炉により溶解すると共に、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏをさらに添加することなく他の成分調整用合金を添加して、
   質量％で、Ｃ：０．１２〜０．２８％、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．６５〜０．９５％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３５〜１．９０％、Ａｌ：０．０２０〜０．０５０％、Ｎ：０．００８０〜０．０２３０％を含有し、
   かつ、上記電炉鋼に不純物として含有されるＣｕ、Ｎｉ及びＭｏが、上記式１を満足すると共に、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、及びＭｏ：０．０６％以下に制限され、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなるよう製鋼することを特徴とするＭｏ無添加の浸炭用電炉鋼の製造方法。