JPH083720A

JPH083720A - 転動疲労寿命に優れた鋼製部品とその製造方法

Info

Publication number: JPH083720A
Application number: JP13350194A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Murai; 暢宏村井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1996-01-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】残留オーステナイトの活用により、転動疲労で
の平均寿命はもちろん、１０％破壊寿命も同時に向上さ
せることができる、転動疲労寿命に優れた鋼製部品。【構成】母材鋼が重量％で、Ｃ：０．０５〜０．４、Ｓ
ｉ：０．０５〜１．５、Ｍｎ：０．３〜２、Ｃｒ：０．
１〜２、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１〜０．０５、Ｎ：０．
００５０〜０．０２００、Ｎｉ：０〜２．５、Ｍｏ：０
〜１．５を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物か
らなり、不純物としてのＯ（酸素）は０．００３以下の
鋼であり、浸炭処理後の表面部の浸炭層の炭素濃度分布
の最大値が１．０〜２、浸炭層の旧オーステナイト粒の
平均粒径が１０μｍ以下、残留オーステナイト量が面積
率で２０％以上、さらに直径１μｍ以下の析出セメンタ
イト粒が体積比で３％以上１０％未満である、転動疲労
寿命に優れた鋼製部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は転動疲労寿命に優れた鋼
製部品とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】歯車、軸受け等の鋼製部品では高い面圧
が繰り返し作用することから、転動疲労が部品の寿命を
支配する場合が多い。最近の機械部品の軽量化と長寿命
化との要請から、これらの部品の転動疲労寿命向上が必
要となっている。

【０００３】転動疲労寿命の向上には種々の方策がある
が、その一つは残留オーステナイトの活用である。残留
オーステナイトは鋼の浸炭焼入時に生成するが、多量に
生成させることにより転動疲労寿命の向上効果を得るこ
とができる。例えば、特開平５−59528 号公報には、各
種合金元素量の調整と浸炭焼入により残留オーステナイ
ト量を上昇させ、転動疲労寿命を向上させることができ
る歯車用鋼が示されている。

【０００４】しかし、残留オーステナイトの活用には次
のような点で問題がある。一般に、転動疲労に限らず、
疲労寿命は同一ロットの製品であっても、あるバラツキ
があるが、残留オーステナイトを増加させた場合、この
バラツキが大きくなるのである。すなわち、残留オース
テナイトの増加によって、同一ロット内の50％以上が破
損する寿命（例えばL₅₀等）は向上するが、10％が破損
する寿命（例えばL₁₀)は大きく向上しない。工業的に重
要なのは早期破損に至るまでの寿命であり、特に10％破
損寿命は軸受部品の定格寿命とされる。

【０００５】高温で浸炭する方法を示すものとして、例
えば特開昭57−5861号公報がある。

【０００６】この方法は 950〜1150℃で過剰浸炭し、冷
却により初析セメンタイトを析出させるとともに焼入れ
マルテンサイトを生成させることを特徴としており、再
加熱焼入は実施しない。この場合、初析セメンタイトは
粗大であり、かつオーステナイト粒界に沿って析出する
ので、1 μm 以下の大きさで微細に析出させることは困
難である。粗大セメンタイトは耐摩耗性には効果がある
が、転動疲労寿命の向上には悪影響を及ぼす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解決するためになされたものである。本発明の目
的は、残留オーステナイトの活用により、転動疲労での
平均寿命はもちろん、10％破壊寿命も同時に向上させる
ことができる、転動疲労寿命に優れた鋼製部品とその製
造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1) の鋼製部品と(2) のその製造方法にある。

【０００９】(1)母材鋼が重量％で、Ｃ：0.05〜0.4
％、Si：0.05〜1.5 ％、Mn：0.3 〜2 ％、Cr： 0.1〜２
％、sol.Al：0.01〜0.05％、Ｎ：0.0050〜0.0200％、N
i：０〜2.5 ％およびMo：０〜1.5 ％を含有し、残部はF
eおよび不可避的不純物からなり、不純物としてのＯ
（酸素）は0.003 ％以下の鋼であり、浸炭処理後の表面
部の浸炭層の炭素濃度分布の最大値が1.0 〜２％、浸炭
層の旧オーステナイト粒の平均粒径が10μm 以下、残留
オーステナイト量が面積率で20％以上、更に直径１μm
以下の析出セメンタイト粒が体積比で３％以上10％未満
であることを特徴とする転動疲労寿命に優れた鋼製部
品。

【００１０】(2)重量％で、Ｃ：0.05〜0.4 ％、Si：0.0
5〜1.5 ％、Mn：0.3 〜2 ％、Cr：0.1 〜２％、sol.A
l：0.01〜0.05％、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Ni：０〜2.5
％およびMo：０〜1.5 ％を含有し、残部はFeおよび不
可避的不純物からなり、不純物としてのＯ（酸素）は0.
003 ％以下の母材鋼を1000℃以上、共晶点未満の温度域
で浸炭処理後の表面オーステナイト基地部の浸炭層の炭
素濃度分布の最大値を 1.0〜２％に増大させ、次いで10
℃/sec以上の冷却速度で少なくとも浸炭層を500 ℃以下
まで冷却した後、Ａc₁点以上に再加熱して焼入すること
により、浸炭層の旧オーステナイト粒の平均粒径を10μ
m 以下、残留オーステナイト量を面積率で20％以上、さ
らに直径１μm 以下の析出セメンタイト粒を体積比で３
％以上10％未満析出させることを特徴とする転動疲労寿
命に優れた鋼製部品の製造方法。

【００１１】上記鋼ではいずれも、NiおよびMoは共に無
添加でもよい。これらを積極的に添加する場合の下限
は、Niで0.5 ％、Moで0.1 ％とするのが望ましい。

【００１２】本発明者らは、浸炭焼入により残留オース
テナイトを多量に生成させた鋼を用い、転動疲労での早
期破壊について調査した結果、次の〜のような新知
見を得た。

【００１３】浸炭鋼の表面の組織はマルテンサイトと
残留オーステナイトとを主体とするが、残留オーステナ
イトの増加には浸炭雰囲気等を調整して表面のＣ濃度を
上昇させることが不可欠である。Ｃ濃度の上昇とともに
残留オーステナイトは飛躍的に増加するが、一方のマル
テンサイトは粗大なプレート状となる。転動疲労での早
期剥離の原因は、このような粗大プレート状マルテンサ
イトである。

【００１４】粗大プレート状マルテンサイトは、旧オ
ーステナイト粒の細粒化により微細化される。微細化さ
れたマルテンサイトが存在していると転動疲労の早期剥
離が緩和され、残留オーステナイトによる寿命向上作用
が発揮される。

【００１５】転動疲労寿命の向上には残留オーステナイ
トの活用が有効であるが、更に早期破壊を改善するに
は、粗大プレート状マルテンサイトの微細化が有効であ
り、そのためには旧オーステナイト粒の微細化が必要で
ある。残留オーステナイトの増加と旧オーステナイト粒
の微細化を同時に満足させる方法を模索し、次の事実が
明らかになった。

【００１６】鋼の高温での炭素固溶量の増大を利用し
て、浸炭により高炭素のオーステナイトを生成させる。
この時、過剰浸炭によるセメンタイトは析出させない。
次にこれを冷却時の初析セメンタイト析出を阻止しつつ
冷却し、炭素過飽和組織（マルテンサイトあるいはベイ
ナイトもしくはそれらの混合組織）を生成させる。この
組織を再加熱焼入れすることにより極めて微細でかつ均
一なセメンタイトが分散する結果、オーステナイト粒は
成長が抑制され、微細化する。また、再加熱温度の調整
により残留オーステナイトの増加が可能となる。これら
の効果を十分発揮させるためには、固溶炭素量を増加さ
せることが重要であり、少なくとも重量比で1.0 ％以上
が必要である。

【００１７】上記の新知見により、通常よりも高温で過
剰浸炭によるセメンタイト析出を阻止しつつ浸炭し、オ
ーステナイト域での初析セメンタイト析出を阻止しつつ
冷却し、過飽和組織を表面に形成する。そして、次に再
加熱により過飽和組織から微細なセメンタイトを析出さ
せてオーステナイト粒を微細化し、焼入により残留オー
ステナイトと微細化されたマルテンサイトを得ることに
より、転動疲労での平均寿命、さらに10％破壊寿命も同
時に向上させるという考えで、本発明を完成させた。

【００１８】

【作用】まず、本発明の鋼（母材）の化学組成を前記の
ように限定した理由について説明する。％は重量％を意
味する。

【００１９】(1)Ｃ：0.05〜0.4 ％Ｃには母材の強度を向上させる作用と母材の靱性を低下
させる作用とがある。

【００２０】Ｃ含有量が0.05％未満であると、機械部品
としての強度が不足するので、下限は0.05％とした。一
方、0.4 ％を超えると母材の靱性が大幅に低下するの
で、上限は0.4 ％とした。望ましい範囲は0.10〜0.30％
である。

【００２１】(2)Si：0.05〜1.5 ％ Siは鋼の溶製時に脱酸剤として使用されるので、少なく
とも0.05％は含有される。Siはマルテンサイトに固溶し
て転動疲労寿命を向上する作用もあるが、 1.5％を超え
ると母材の被削性、加工性が劣化するので上限は1.5 ％
とした。

【００２２】(3)Mn：0.3 〜2 ％ Mnには鋼の焼入性を向上させる作用がある。また、残留
オーステナイトを増加させる作用もある。焼入性の確保
のため0.3 ％以上が必要である。一方、２％を超えると
母材の被削性、加工性が劣化するので上限は２％とし
た。

【００２３】(4)Cr： 0.1〜２％ Crには鋼の焼入性を向上させる作用がある。また、再加
熱によって生成する炭化物を増加させ結晶粒を微細化さ
せる作用がある。これらの効果を得るには最低0.1 ％の
Cr含有量が必要である。一方、逆に残留オーステナイト
を減少させる作用もあり、２％を超えると残留オーステ
ナイト量の確保が困難となるので、上限は２％とした。

【００２４】(5)sol.Al：0.01〜0.05％およびＮ：0.005
0〜0.0200％ Alは窒素と結合してAlＮを生成し、オーステナイト域で
の結晶粒粗大化を抑制する作用がある。本発明では微細
炭化物の析出により再加熱焼入後の結晶粒の微細化をは
かるが、この効果を補助する目的で添加する。この効果
を得るためにはsol.Alで0.01％以上が必要である。

【００２５】Ｎは不可避的に含まれてくるが、AlＮを生
成させて上記の効果を得るには0.0050％以上とする必要
がある。

【００２６】いずれも、過剰に添加すると熱間加工性等
に悪影響を及ぼすので、上限は各々0.05％、0.0200％と
した。

【００２７】(6)Ｏ（酸素）：0.003 ％以下Ｏは酸化物系介在物となる不純物であり、その含有量が
0.003 ％を超えると転動疲労寿命を低下させる作用があ
る。よって、その上限は0.003 ％としたが、望ましいの
は0.0015％以下である。

【００２８】本発明の母材鋼では、上記の各成分のほか
に次のNiおよびMoの１種または２種を含有させてもよ
い。

【００２９】(7)Ni：上限2.5 ％およびMo：上限1.5 ％これらには、母材および硬化層の基地の靱性向上、焼入
性上昇の作用があるので、目的に応じて添加する。積極
的に添加する場合の下限は、Niで0.5 ％、Moで0.1 ％と
するのが望ましい。しかし、Niが2.5 ％、Moが1.5 ％を
それぞれ超えると母材の被削性が劣化するので、上限は
Niで2.5 ％、Moで1.5 ％とした。望ましい上限はNiで２
％、Moで１％である。

【００３０】次に、本発明の製品鋼の組織を前記のよう
に限定した理由について説明する。

【００３１】(1)残留オーステナイトの量：面積率で20
％以上残留オーステナイトには転動疲労寿命を向上させる作用
がある。この作用を発揮するには面積率で20％以上が必
要であるので、下限は20％とした。望ましい上限は50％
である。

【００３２】(2)旧オーステナイトの平均粒径：10μm
以下旧オーステナイト粒径を細かくし、かつ20％以上の残留
オーステナイトを確保することにより、転動疲労の平均
寿命はもちろん、早期破損、すなわち L₁₀が向上する。
このとき、旧オーステナイトの平均粒径が10μm 以下で
ないと、この効果が十分に発揮されないので上限を10μ
m とした。この平均粒径は細かいほど望ましい。

【００３３】(3)セメンタイトの量と大きさ：直径1 μm
以下及び体積比で３％以上10％未満セメンタイトは再加熱時にオーステナイト粒の成長を抑
制し、細粒化させる作用と部品の耐摩耗性を向上する作
用がある。残留オーステナイトを増加させるには、再加
熱により炭化物をできるだけ溶かすことが望ましいが、
セメンタイト量を体積比で３％未満にしてしまうと細粒
化の効果がなくなり、耐摩耗性の向上もなくなる。よっ
て、下限は３％とした。また、セメンタイトが体積比で
10％以上残ると残留オーステナイトの生成が困難となる
ので、上限は10％未満とした。

【００３４】セメンタイトの大きさは、細かいほど細粒
化効果が大きく、硬化層の靱性の点からも細かくする必
要がある。直径１μm を超えると、これらの効果が不足
するため、上限は１μm とした。

【００３５】次に本発明の製造方法（工程と条件）の限
定理由を述べる。

【００３６】本発明方法は、前記の組成の母材鋼を、次
の〜の工程と条件にしたがって処理し、その組織を
上記とするものである。

【００３７】1000℃以上共晶点未満の温度域で浸炭処
理し、処理後の表面オーステナイト基地部の浸炭層の炭
素濃度分布の最大値を 1.0〜２％に増大させる。

【００３８】次いで10℃/sec以上の冷却速度で、少な
くとも浸炭層を500 ℃以下まで冷却する。

【００３９】次いでＡc₁点以上に再加熱して焼入す
る。

【００４０】(1)浸炭処理温度：1000℃以上、共晶点未
満浸炭処理温度の上昇は鋼表面での固溶炭素量を増加させ
る作用がある。浸炭により濃縮された表面部の炭素は再
加熱により、一部がセメンタイトを形成し、残りは基地
中に固溶する。セメンタイトはオーステナイト微細化
に、固溶炭素は残留オーステナイト形成に、それぞれ必
須であるので、両者を満足する固溶炭素を確保する必要
がある。このため、浸炭温度の下限は、十分な炭素量を
確保することができる1000℃とした。

【００４１】一方、浸炭処理温度は鋼の共晶点以上であ
ってはならない。この理由は次のとおりである。

【００４２】一般に浸炭処理は浸炭期と拡散期に分けら
れ、浸炭期では表面部のＣ濃度を上昇させ、拡散期でそ
れを内部に拡散させ所定の浸炭深さを得る。本発明でい
う「浸炭」とは、浸炭期と拡散期の両方を含む。

【００４３】浸炭期では、炭素濃度がオーステナイト基
地の炭素固溶限に対し過剰になる場合がある。この場
合、通常の処理温度であるとセメンタイト析出が起こ
り、これは拡散によって消失させることが可能である。
しかし、処理温度が高くなると炭素濃度過剰部は液化
し、母材に形状変化が発生する。このような液化は鋼の
共晶点以上の温度域で発生する。

【００４４】この共晶点はFe−Fe₃C系では約1150℃であ
り、合金元素の添加により若干の変化がある。浸炭時間
短縮の観点から、浸炭処理は共晶点直下の温度で行うの
が理想であるが、量産時のばらつきを考慮すると、望ま
しい上限温度は共晶点−30℃程度である。

【００４５】高温浸炭の利点は固溶炭素量の増加のほ
か、浸炭時間の短縮である。上記下限温度（1000℃) で
処理しても、通常浸炭(925〜950 ℃) と比較して50％以
上の時間短縮が可能となる。

【００４６】(2)表面炭素濃度表面の炭素には、再加熱でのセメンタイト析出を多量に
細かく均一分散させてオーステナイト粒を細かくする作
用と、オーステナイトに固溶して再加熱焼入後の残留オ
ーステナイトを増加させる作用とがある。両方の作用を
十分に発揮させるため、浸炭処理後の表面の炭素濃度分
布の最大値は最低限1.0 ％であることが必要である。

【００４７】一方、浸炭の際、表面の炭素濃度分布の最
大値がオーステナイト固溶限に対し過剰になると、セメ
ンタイトが析出する。浸炭時にオーステナイトから析出
するセメンタイトは粗大であり、比較的微細化が可能な
低温域浸炭でも２〜3 μm 程度のものが生成し、なおか
つオーステナイト粒界に生成する場合もあり、硬化層の
靱性を劣化させる。

【００４８】本発明の前提となるのは、このようなオー
ステナイト浸炭時の粗大セメンタイトを皆無にすること
である。このためには浸炭中に雰囲気制御を行うか、拡
散期に炭化物を溶かすことにより、浸炭処理後の表面の
炭素濃度分布の最大値を２％以下とする必要がある。

【００４９】浸炭処理に用いる浸炭炉として、現在工業
的にはガス浸炭炉が普及しているがこの炉の問題点は雰
囲気の酸素ポテンシャルが高いことである。酸素ポテン
シャルが高いと合金元素が優先酸化され、鋼の特に表面
での浸炭性が変化する。本発明方法では、浸炭処理時の
セメンタイトの析出を阻止するために雰囲気制御が必要
であることから、ガス浸炭炉における処理中の合金元素
の優先酸化やこれによる鋼表面の浸炭性の変化は、望ま
しい浸炭の制御を困難にする。

【００５０】浸炭炉としては、雰囲気の酸素ポテンシャ
ルを極めて低くコントロールすることができるタイプの
炉、例えばプラズマ浸炭炉などが適する。

【００５１】(3)冷却浸炭処理時の雰囲気制御か、またはこの制御と拡散期で
のＣの母材中心部への溶解により、浸炭終了時点では粗
大セメンタイトは存在しない。この状態を維持するため
に、冷却過程においてもオーステナイト域での初析セメ
ンタイトの析出を阻止しなければならない。冷却過程で
析出するセメンタイトもオーステナイト域での析出であ
れば粗大となり、浸炭中に析出するセメンタイトと同様
に硬化層の靱性を劣化させる。

【００５２】よって、冷却時の初析セメンタイト生成阻
止のため、少なくとも浸炭層を冷却速度10℃/sec以上で
冷却する必要がある。望ましい上限は100 ℃/secであ
る。

【００５３】本発明の目標の一つは微細セメンタイトの
均一析出である。微細セメンタイトは再加熱焼入れによ
り得ることができるが、そのためには、上記冷却時にお
いて炭素過飽和組織を形成させておく必要がある。炭素
過飽和組織とは具体的にはマルテンサイトまたはベイナ
イト、もしくはそれらの混合組織である。これらの組織
の形成のため、少なくとも浸炭層が500 ℃以下になるま
で上記速度条件で冷却しなければならないのである。

【００５４】上記冷却条件は少なくとも浸炭層について
満たされればよく、製品鋼全体としては特に制約はな
い。ただし、熱処理歪みを考慮に入れると、母材部の冷
却速度はなるべく遅くする方が望ましい。

【００５５】(4)再加熱高温浸炭を行っているため、冷却後の組織は浸炭層、母
材ともに元の母材よりも粗粒化しており、靱性が低下し
ている。従って、このままの状態では機械部品として使
用することができない。

【００５６】再加熱は、粗粒化した浸炭層と母材の組織
を、過飽和状態の組織から微細なセメンタイトを析出さ
せることにより、細粒化する作用がある。また、析出セ
メンタイトを結晶粒微細化作用が有効である範囲で溶解
させ、焼入れ後の残留オーステナイトを生成させる作用
もある。

【００５７】これらの両方の作用を満足させるために、
再加熱温度と加熱時間のバランスを考慮する必要があ
る。このバランスは、合金元素の種類、量と浸炭後の表
面炭素濃度によって変わるので特に限定しないが、残留
オーステナイト量を考慮すると再加熱温度はＡc₁点以上
にする必要がある。望ましい上限は950 ℃である。

【００５８】(5)焼入マルテンサイトまたは／およびベイナイトと残留オース
テナイトを生成させるために焼入処理を行う。本発明の
狙いである微細マルテンサイトと残留オーステナイトと
を主体とした前述の組織にすることができる方法であれ
ば、焼入れはどのような方法でもよい。

【００５９】

【実施例】

（試験１）表１に示すA1鋼を熱間鍛造、焼準し、直径φ
70mmの素形材を製作した。次に直径φ10mm×長さ100 mm
の試験片を素形材から切り出し、表２に示す条件で浸炭
処理−熱処理を実施した。

【００６０】浸炭炉はいずれもプラズマ浸炭炉を用い、
雰囲気ガスにはプロパンおよび水素を使用した。

【００６１】上記処理後、表面炭素量、旧オーステナイ
ト（γ）粒径、炭化物( セメンタイト )粒径、炭化物(
セメンタイト )量及び残留オーステナイト（γ）量を測
定した。これらの結果を表２に併せて示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】表２からわかるように、本発明で定める条
件を満たして製造することにより、旧オーステナイト粒
の平均粒径が10μm 以下、残留オーステナイト量が面積
率で20％以上、さらに直径1 μm 以下のセメンタイト粒
を体積比で10％未満析出させた組織を表面部に得ること
ができる。

【００６５】比較例A1-7鋼では、共晶点以上で浸炭した
ため硬化層に溶融部が観察された。

【００６６】比較例A1-8鋼、A1-9鋼、A1-10 鋼では、浸
炭中、あるいは浸炭後の冷却中にオーステナイト＋セメ
ンタイト２相域を通過して、粗大なセメンタイトが析出
するため、セメンタイト粒径が大きい。A1-11 鋼では表
面炭素量の不足のため、残留オーステナイト量が少な
い。また、従来例では浸炭中にオーステナイト域で粗大
セメンタイトが析出し、再加熱焼入を実施しないので旧
オーステナイト粒が粗大化している。

【００６７】（試験２）表１に示すA1〜A10 鋼を熱間鍛
造、焼準し、直径φ70mmの素形材を製作した。

【００６８】またA9〜Ａ10鋼についても同様に直径φ70
mmの素形材を製作した。次に直径φ10mm×長さ100 mmの
試験片を素形材から切り出し、表３に示す条件で浸炭処
理−熱処理を実施した。

【００６９】浸炭炉と雰囲気ガスは試験１と同じとし
た。ただし、従来例ではガス浸炭炉を用い、雰囲気はカ
ーボンポテンシャルを0.8 ％とした。

【００７０】この後、試験１と同じ測定を行った。結果
を表３に併せて示す。

【００７１】

【表３】

【００７２】表３からわかるように、本発明で定める条
件を満たして製造することにより、旧オーステナイト粒
の平均粒径が10μm 以下、残留オーステナイト量が面積
率で20％以上、さらに直径1 μm 以下のセメンタイト粒
を体積比で10％未満析出させた組織を表面部に得ること
ができる。従来例では長時間の浸炭処理が必要であり、
得られる粒径も大きい。また、本発明例ではセメンタイ
トが生成しており、従来例に比べ部品の耐摩耗性も向上
するものと考えられる。

【００７３】（試験３）表１に示すA1〜A10 鋼の直径φ
70mm素形材から、機械加工により直径φ60mm×長さ６mm
の試験片を製作し、表４に示す条件で浸炭処理−熱処理
を行った後、170 ℃で２時間の焼き戻しを施した。

【００７４】浸炭炉と雰囲気ガスは試験１と同じとし
た。ただし、従来例ではガス浸炭炉を用い、雰囲気はカ
ーボンポテンシャルを0.8 ％とした。

【００７５】次に、表面研磨することにより試験片の表
面を3.5 μm Ｒz とし、スラスト転動疲労試験を実施し
た。転動疲労試験条件は、最大面圧を560kgf/mm²、主軸
回転数を1800rpm とし、潤滑油にはスピンドル油を使用
した。試験結果を表４に併せて示す。

【００７６】

【表４】

【００７７】表３および表４に示すように、平均寿命は
残留オーステナイトの量によって決まるが、10％早期破
損（L₁₀)は旧オーステナイトの微細化により向上する。

【００７８】

【発明の効果】本発明によれば、過剰浸炭によるセメン
タイト析出を阻止しつつ浸炭し、オーステナイト域での
初析セメンタイト析出を阻止しつつ冷却し、過飽和組織
を表面に形成し、次に再加熱により過飽和組織から微細
なセメンタイトを析出させてオーステナイト粒を微細化
し、焼入により残留オーステナイトと微細化されたマル
テンサイトを得ることにより、転動疲労での平均寿命と
10％破壊寿命の向上を同時に達成することができる。本
発明は、歯車、軸受部品などの鋼製部品に好適なもので
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】母材鋼が重量％で、Ｃ：0.05〜0.4 ％、S
i：0.05〜1.5 ％、Mn：0.3 〜2 ％、Cr： 0.1〜２％、s
ol.Al：0.01〜0.05％、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Ni：０
〜2.5％およびMo：０〜1.5 ％を含有し、残部はFeおよ
び不可避的不純物からなり、不純物としてのＯ（酸素）
は0.003 ％以下の鋼であり、浸炭処理後の表面部の浸炭
層の炭素濃度分布の最大値が1.0 〜２％、浸炭層の旧オ
ーステナイト粒の平均粒径が10μm 以下、残留オーステ
ナイト量が面積率で20％以上、さらに直径１μm以下の
析出セメンタイト粒が体積比で３％以上10％未満である
ことを特徴とする転動疲労寿命に優れた鋼製部品。
【請求項２】重量％で、Ｃ：0.05〜0.4 ％、Si：0.05〜
1.5 ％、Mn：0.3 〜2 ％、Cr：0.1〜２％、sol.Al：0.0
1〜0.05％、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Ni：０〜2.5 ％お
よびMo：０〜1.5 ％を含有し、残部はFeおよび不可避的
不純物からなり、不純物としてのＯ（酸素）は0.003 ％
以下の母材鋼を、1000℃以上、共晶点未満の温度域で浸
炭処理後の表面オーステナイト基地部の浸炭層の炭素濃
度分布の最大値を 1.0〜２％に増大させ、次いで10℃/s
ec以上の冷却速度で少なくとも浸炭層を500 ℃以下まで
冷却した後、Ａc₁点以上に再加熱して焼入することによ
り、浸炭層の旧オーステナイト粒の平均粒径を10μm 以
下、残留オーステナイト量を面積率で20％以上、さらに
直径１μm 以下の析出セメンタイト粒を体積比で３％以
上10％未満析出させることを特徴とする転動疲労寿命に
優れた鋼製部品の製造方法。