JPH09176784A - 疲労特性および被削性に優れた肌焼鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦目・横目両方向に優れた曲げ疲労特性を有
すると共に、超硬旋削やホブ加工等の被削性にも優れた
肌焼鋼を提供すること。 【解決手段】 成分組成の特定された鋼材からなり、線
状または棒状圧延材の軸心を通る縦断面において、該軸
心と平行で且つ該軸心から 1/4・Ｄ（Ｄは圧延材の直径
を表わす）離れた仮想線を中心線として含む被検面積１
００ｍｍ² 中に存在する、酸化物系と硫化物系からなる
直径１０μｍ以上の複合介在物が２０個以下であり、且
つ上記と同一の被検面積中に存在する直径３μｍ以上１
０μｍ未満の硫化物系介在物が５０個以上である、疲労
特性および被削性に優れた肌焼鋼を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浸炭焼入れ処理も
しくは浸炭・窒化焼入れ処理により表面硬化処理の行な
われる機械部品用素材として用いられる肌焼鋼の改質技
術に関し、特に自動車等の歯車、シャフト、等速ジョイ
ント等の機械部品として優れた疲労特性を発揮すると共
に、被削性にも優れた肌焼鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】肌焼鋼は、例えば自動車や建設機械等の
機械部品のうち特に高疲労特性の求められる部品等に適
用され、浸炭処理や浸炭・窒化処理等の表面硬化処理を
施して用いられる。その中でも代表的なものに歯車があ
り、近年自動車の軽量化および高出力化を増進するた
め、一層の高強度化が求められている。

【０００３】ところで歯車用鋼として実用化するに当た
っては、歯車としての高強度化を達成するため、曲げ疲
労特性やピッチング寿命、衝撃疲労特性も問題とされて
おり、このうち歯車の寿命は、特に曲げ疲労特性で律速
されることが多いところから、高強度肌焼鋼の適用（特
開平１−３０６５４５号）や浸炭後のショットピーニン
グ処理による表面硬質化処理（特開平１−３０６５２１
号）等によって曲げ疲労特性を高める方法が採用されて
きた。

【０００４】一方、肌焼鋼の高強度化が進んでくるにつ
れて、鋼中に存在する粗大介在物に起因する疲労寿命の
劣化が注目される様になり、例えば特開平２−２７０９
３５号公報では、疲労特性に悪影響を及ぼす粗大な酸化
物系あるいは窒化物系の介在物を少なく抑えることによ
って疲労特性を高める技術も提案されている。しかしな
がら歯車等では、酸化物系介在物や窒化物系介在物の大
きさを規定するだけでは必ずしも満足のいく疲労特性は
得られず、酸化物系介在物と硫化物系介在物の存在形態
によっては疲労特性が著しく変わってくる。

【０００５】また実際の肌焼き部品では、例えばはす歯
歯車の様に鋼材の圧延方向に対して２０〜４０°程度の
傾斜方向に外力が作用することもあるため、縦目と横目
の両方に優れた疲労強度が要求される。特に横目の疲労
強度は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の硬質な粒状介在物よりも、酸化
物系と硫化物系の複合介在物の方が顕著な影響を及ぼ
す。さらに歯車を製造する際には、熱間鍛造の後に超硬
旋削やホブ加工等により機械加工が施されるが、合金元
素の添加量を増大して素材強度を高めるにつれて鍛造後
あるいは焼ならし後の硬さは高くなってくるので、被削
性の問題が生じてくる。

【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、縦目
・横目両方向に優れた曲げ疲労特性を有すると共に、超
硬旋削やホブ加工等の被削性にも優れた肌焼鋼を提供し
ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る肌焼鋼は、 Ｃ ：０．１０〜０．３０％ Ｍｎ：０．３０〜２．０％ Ｓｉ：１．０％以下（０％を含む） Ｓ ：０．００３〜０．０７０％ Ａｌ：０．０１〜０．０６％ Ｎ ：０．００３〜０．０３％ Ｏ ：０．００２％以下（０％を含む） 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 の要件を満足する鋼材からなり、線状または棒状圧延材
の軸心を通る縦断面において、該軸心と平行で且つ該軸
心から 1/4・Ｄ（Ｄは圧延材の直径を表わす）離れた仮
想線を中心線として含む被検面積１００ｍｍ² 中に存在
する、酸化物系と硫化物系からなる直径１０μｍ以上の
複合介在物が２０個以下であり、且つ上記と同一の被検
面積中に存在する直径３μｍ以上１０μｍ未満の硫化物
系介在物が５０個以上であるところに要旨を有してい
る。

【０００８】上記本発明の肌焼鋼においては、更に他の
元素として他の元素としてＮｉ：０．２０〜４．５％、
Ｃｒ：０．２０〜２．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０
％、Ｃｕ：０．２０〜１．０％よりなる群から選択され
る少なくとも一種、あるいは更に他の元素としてＢ：
０．０００３〜０．００５０％および／またはＴｉ：
０．００３〜０．０５％、更にはＶ：０．０３〜１．５
％および／またはＮｂ：０．００５〜１．５％、更には
Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｐｂ：０．２％以下
（０％を含まない）、Ｔｅ：０．１％以下（０％を含ま
ない）、Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりな
る群から選択される少なくとも一種を含有させることに
よって、肌焼鋼としての特性を更に改質することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、本発明で使用する鋼材の化
学成分を規定した理由について説明する。 Ｃ：０．１０〜０．３０％ Ｃは、強化元素として芯部硬さを確保するのに欠くこと
のできない元素であり、少なくとも０．１０％以上含有
させなければならない。しかし、０．３０％を超えて過
多に含有させると靭性や被削性が悪くなるので、上限を
０．３０％と定めた。Ｃのより好ましい含有量は０．１
０〜０．２５％の範囲である。

【００１０】Ｓｉ：１．０％以下（０％を含む） Ｓｉは、溶製時に脱酸剤として有効に作用する他、強化
元素としても作用して芯部硬さの向上に寄与するが、多
過ぎると浸炭性を害すると共に粒界酸化を助長して曲げ
疲労特性にも悪影響を及ぼすので、多くとも１．０％以
下、好ましくは０．３０％以下に抑えるべきである。

【００１１】Ｍｎ：０．３０〜２．０％ Ｍｎは溶製時に脱酸剤として有効に作用する他、焼入性
を高めて表層および芯部硬さを高め疲労強度の向上に寄
与する元素であり、それらの作用を有効に発揮させるに
は０．３０％以上含有させなければならない。しかし、
多過ぎると素材が硬くなり過ぎて加工性や被削性が悪く
なるので２．０％以下に抑えるべきである。Ｍｎのより
好ましい含有量は０．３０〜１．６％の範囲である。

【００１２】Ｓ：０．００３〜０．０７０％ Ｓは被削性向上成分として必要な元素であり、少なくと
も０．００３％以上含有させなければならない。しかし
多量に含有させ過ぎると、硫化物系介在物および酸化物
系と硫化物系との粗大な複合介在物の生成量が多くなり
過ぎ、特に横目の曲げ疲労特性や衝撃特性に悪影響が現
われてくるので、０．０７０％以下、より好ましくは
０．０３５％以下に抑えるべきである。

【００１３】Ａｌ：０．０１〜０．０６％ Ａｌも溶製時に脱酸成分として有効に作用し、複合介在
物の生成量を抑える作用を有する他、加熱処理時におけ
るオーステナイト結晶粒の成長を抑制して靭性を高める
作用も有しており、こうした作用は０．０１％以上含有
させることによって有効に発揮される。しかし、それら
の作用は約０．０６％で飽和し、それ以上になるとオー
ステナイト結晶粒を却って粗大化させ靭性を悪化させる
ので、０．０６％以下に抑えなければならない。Ａｌの
より好ましい含有量は０．０１５〜０．０４０％の範囲
である。

【００１４】Ｎ：０．００３〜０．０３％ Ｎは、上記Ａｌと結合してＡｌＮを生成しオーステナイ
ト結晶粒を微細化して靭性向上に寄与するが、０．００
３％以下ではこうした効果が期待できず、一方０．０３
％を超えて過多に含有させると、鋳造時や熱間加工時に
割れを起こし易くなる。こうした利害得失を考えてＮの
より好ましい含有量は０．００３〜０．０２％の範囲で
ある。

【００１５】Ｏ：０．００２％以下（０％を含む） ＯはＡｌ₂ Ｏ₃ やＳｉＯ₂ 等の酸化物系介在物の生成源
となり、疲労特性や切削加工時の超硬工具寿命に悪影響
を及ぼすと共に、複合介在物の核となる酸化物を粗大化
して該複合介在物のサイズを大きくし、特に横目の疲労
特性を劣化させるので、多くとも０．００２％以下、よ
り好ましくは０．００１５％以下に抑えるべきである。

【００１６】本発明に係る肌焼鋼の残部成分はＦｅおよ
び不可避的不純物であるが、必要により更に他の元素と
して下記の様な元素を適量含有させることによって、肌
焼鋼としての特性を一段と改善することが可能である。

【００１７】Ｎｉ：０．２０〜４．５％、Ｃｒ：０．２
０〜２．５％、Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｃｕ：０．
２０〜１．０％よりなる群から選択される少なくとも一
種 これらの元素は、焼入れ性の向上に寄与する点で同効元
素であるといえるが、夫々の作用を詳述すると下記の通
りである。即ちＣｕは、良好な焼入れ性を確保すると共
に靭性の向上に有効に作用する元素であり、且つ耐食性
の向上にも有効に作用する。その効果は０．２０％程度
以上含有させることによって有効に発揮される。しか
し、多過ぎると熱間割れを生じ易くなって熱間加工性を
害するので、１．０％以下、より好ましくは０．６０％
以下に抑えるべきである。またＮｉは、浸炭部の焼入れ
性を確保して不完全焼入組織の生成を抑えると共に靭性
の向上に有効に作用する元素であり、こうした作用は
０．２０％程度以上含有させることによって有効に発揮
されるが、その効果は４．５％で飽和するのでそれ以上
の添加は経済的に無駄である。Ｎｉのより好ましい含有
量は０．２０〜２．０％の範囲である。

【００１８】Ｃｒも、０．２０％程度以上含有させるこ
とによって焼入れ性の向上に有効に作用するが、多過ぎ
ると浸炭を阻害するばかりでなく、炭化物の多量生成に
より該炭化物を起点とする亀裂の進展を助長し、曲げ疲
労特性や靭性に悪影響を及ぼすので、２．５％以下に抑
えるべきである。Ｃｒのより好ましい含有量は０．３０
〜２．０％の範囲である。Ｍｏは、浸炭表層部で酸化物
を形成せずに固溶状態で存在し、浸炭層の焼入れ性を高
めて不完全焼入れ組織を低減し、更にはオーステナイト
結晶粒を微細化して曲げ疲労特性や靭性の向上に有効に
作用する元素であり、これらの作用は０．０５％程度以
上含有させることによって有効に発揮される。しかし含
有量が多くなり過ぎると、被削性に悪影響が現われてく
るので１．０％以下に抑えなければならない。Ｍｏのよ
り好ましい含有量は０．０５〜０．５０％の範囲であ
る。

【００１９】Ｖ：０．０３〜１．５％および／またはＮ
ｂ：０．００５〜１．５％ これらの元素は、結晶粒を微細化して靭性向上に寄与
し、また浸炭もしくは浸炭窒化時に炭化物や炭窒化物を
析出させて表面硬さを高め曲げ疲労特性や耐ピッチング
性を高める作用を有する点で同効元素である。即ちＶは
炭化物や炭窒化物を生成して結晶粒を微細化し靭性向上
に寄与する他、浸炭量を上げたり浸窒処理によって微細
な炭化物や炭窒化物を生成して焼戻し軟化抵抗を向上さ
せ、曲げ疲労特性や耐ピッチング性を高める作用を有し
ており、それらの効果は０．０３％程度以上、好ましく
は０．２％以上含有させることによって有効に発揮され
る。しかしＶ含有量が多くなり過ぎると、芯部のＡ₃ ，
Ａ₁ 変態点が大幅に低下して芯部のγ化が不十分とな
り、焼きが入りにくくなって硬さ不足となるので、１．
５％以下、より好ましくは１．０％以下に抑えるべきで
ある。Ｎｂも、Ｖと同様に炭化物や炭窒化物形成元素で
あり、結晶粒を微細化して靭性向上に寄与し、また表面
硬さの向上により曲げ疲労特性や耐ピッチング性の向上
に有効な元素であり、その効果は０．００５％程度以
上、より好ましくは０．０１％以上含有させることによ
って有効に発揮される。しかしその効果は１．５％で飽
和し、それ以上に添加しても経済的に不利益となるだけ
であるので、１．５％以下、より好ましくは１．０％以
下に抑えるべきである。

【００２０】Ｂ：０．０００３〜０．００５０％および
／またはＴｉ：０．００３〜０．０５％ Ｂは、焼入れ性を高めると共に粒界強度を高めるのに有
効な元素であり、その効果は０．０００３％程度以上、
より好ましくは０．０００５％以上含有させることによ
って有効に発揮される。しかしそれらの効果は０．００
５０％で飽和するので、それ以上の添加は無駄であり、
好ましくは０．００３５％程度以下に抑えることが望ま
しい。またＴｉは、鋼の脱酸・脱窒に有効に作用する
他、Ｂ添加による焼入れ性向上効果を安定的かつ効果的
に発揮させる作用を有しており、こうした作用は０．０
０３％以上含有させることによって有効に発揮される。
しかし、多過ぎるとＴｉＮ等の硬質介在物が多量生成し
て靭性や曲げ疲労特性を劣化させる傾向が生じてくるの
で、０．０５％以下、より好ましくは０．０４％以下に
抑えるのがよい。

【００２１】Ｃａ：０．０００５〜０．０１％、Ｐｂ：
０．２％以下（０％を含まない）、Ｔｅ：０．１％以下
（０％を含まない）、Ｚｒ：０．１％以下（０％を含ま
ない）よりなる群から選択される少なくとも一種 これらの元素は、いずれも被削性向上に寄与する点で同
効元素である。またＣａ，Ｔｅ，Ｚｒは、介在物を球状
化して異方性を改善する作用も有している。即ちＣａ
は、Ｍｎと共に硫化物系介在物を生成し介在物を球状化
して異方性を改善し、且つ靭性や曲げ疲労特性を劣化さ
せずに被削性を高める作用を有しており、それらの効果
は０．０００５％程度以上、より好ましくは０．０００
８％以上含有させることによって有効に発揮される。し
かし多過ぎると、粗大なＣａＳや酸化物系介在物の周り
に硫化物系介在物が結びついた粗大な複合介在物が多量
生成して曲げ疲労特性を劣化させるので、０．０１％以
下、より好ましくは０．００５％以下に抑えるべきであ
る。Ｐｂも被削性向上元素として有効に作用するが、多
過ぎると曲げ疲労特性やピッチング寿命を大幅に劣化さ
せるので、０．２％以下、より好ましくは０．１％以下
に抑えるべきである。

【００２２】Ｔｅは、Ｍｎ−Ｔｅを形成してＭｎＳの周
辺に共存し、熱間圧延時におけるＭｎＳの変形を抑制し
てＭｎＳの球状化を促し、鋼材の靭性や曲げ疲労特性を
劣化させずに被削性を高める作用を有しているが、０．
１％を超えると、非金属系介在物量の増大によって曲げ
疲労特性を却って悪化させるので、０．１％以下に抑え
なければならない。Ｚｒも、熱間圧延時におけるＭｎＳ
の変形を抑えてＭｎＳの球状化に寄与し異方性の改善に
有効に作用する他、靭性や曲げ疲労特性を劣化させずに
被削性を高める作用を有しているが、多過ぎるとＺｒＯ
₂ 等の非金属系介在物量が多くなって曲げ疲労特性を逆
に劣化させるので、０．１％以下に抑えなければならな
い。

【００２３】次に、本発明で重要な構成要素となる介在
物の大きさ及び個数の限定理由について詳述する。本発
明の肌焼鋼は、前記成分組成の要件を満足する鋼材を線
状もしくは棒状に圧延した圧延材の、軸心を通る縦断面
において、該軸心と平行で且つ該軸心から1/4・Ｄ（Ｄ
は圧延材の直径を表わす）離れた仮想線を中心線として
含む被検面積１００ｍｍ² 当たりに存在する介在物のう
ち、直径１０μｍ以上の酸化物系と硫化物系との複合
介在物が２０個以下であり、且つ直径３μｍ以上１０
μｍ未満の硫化物系介在物が５０個以上である点に大き
な特徴を有している。

【００２４】上記の要件は、肌焼鋼の疲労特性に及ぼ
す介在物の影響について様々の角度から研究を重ねた結
果到達した要件であって、前述の如く縦目の疲労特性は
もとより横目の疲労特性についても満足のいく性能を確
保するには、非金属介在物のうち、特定サイズの酸化物
系と硫化物系との複合介在物の個数を制御することが重
要であり、その評価基準として、上記の様に、圧延材の
軸心を通る縦断面において、該軸心と平行で且つ該軸心
から 1/4・Ｄ離れた仮想線を中心線として含む被検面積
１００ｍｍ² 中に存在する直径１０μｍ以上の複合介在
物を２０個以下に抑えてやれば、特に横目の疲労特性に
おいて優れた特性が安定して発揮される、と言う新たな
知見に基づいている。

【００２５】ちなみに図１は、後記実施例を含めて多く
の実験データの中から、上記被検面積１００ｍｍ² 中に
存在する直径１０μｍ以上の複合介在物の個数が、縦目
及び横目の疲労強度に与える影響を整理して示したグラ
フであり、この図からも明らかである様に、上記サイズ
の複合介在物個数が２０個未満、とりわけ１５個以下の
ものは優れた疲労強度を示しているのに対し、２０個を
超えると該疲労強度が極端に悪くなることを確認するこ
とができる。

【００２６】尚肌焼鋼においても、内部に存在する介在
物が疲労強度に悪影響を及ぼすこと自体は従来から知ら
れていたことであるが、それはあくまでも定性的且つ官
能的な傾向として確認されていたに止まり、様々の介在
物の内どの種の介在物が横目の疲労強度にどの程度悪影
響を及ぼすかといった具体的且つ定量的な傾向までも確
認されていた訳ではない。その結果として、前述の如く
従来の肌焼鋼では特に横目の疲労強度が不安定であり、
例えばはす歯車として実用化した時に疲労寿命不足がし
ばしば発生していたのであるが、本発明によれば、上記
の様に特定被検面積当たりに存在する特定サイズの複合
介在物の個数を評価基準とすることによって、縦目はも
とより横目においても安定して優れた疲労強度を示す肌
焼鋼を確実に得ることが可能となるのである。

【００２７】次に前記の要件は、横目の衝撃強度や曲
げ疲労強度を低下させることなく、被削性を高めて切削
工具寿命の延長を図るための要件として規定している。
即ち、まず被削性を向上させるには硫化物系介在物を多
くすることが望ましいが、該硫化物系介在物が直径１０
μｍを超える粗大なものでは、特に横目の衝撃強度や曲
げ疲労強度を著しく悪化させ、一方直径３μｍ未満の微
細な硫化物系介在物では、疲労強度等に与える悪影響は
少ないものの被削性の向上に殆ど寄与しない。ところ
が、直径が３μｍ以上１０μｍ未満の範囲の硫化物系介
在物は、横目の衝撃強度や曲げ疲労強度に殆ど悪影響を
及ぼすことなく優れた被削性向上効果を発揮するという
新たな知見に基づくものである。但し、本発明で意図す
る様な優れた被削性向上効果を安定して発揮させるに
は、上記適正サイズの硫化物系介在物の絶対量も重要で
あり、該介在物量についても定量化すべく更に検討を重
ねた結果、上記で特定される被検面積１００ｍｍ² 中に
上記適正サイズの硫化物系介在物が５０個以上存在する
ものは、安定して良好な被削性を発揮することが確認さ
れた。

【００２８】尚被削性向上の観点からすると、上記硫化
物系介在物の個数は多い程好ましいが、多くなり過ぎる
と、たとえ適正サイズの硫化物系介在物といえども衝撃
特性や疲労特性に悪影響を及ぼす様になるので、好まし
くは前記被検面積中の個数で２５０個程度以下に抑える
ことが望ましい。被削性と疲労特性等の物性の両面を考
慮してより好ましい個数は５０〜２５０個の範囲である
（図２参照）。

【００２９】かくして本発明によれば、鋼材の成分組成
を特定すると共に、特定断面を被検面とする特性サイズ
の複合酸化物および硫化物系介在物の個数を特定するこ
とによって、縦目および横目の衝撃特性や疲労特性と被
削性を共に満足する肌焼鋼を得ることが可能となる。

【００３０】本発明の肌焼鋼を用いて歯車等の部品を製
造する際には、常法に従って部品形状に加工した後、浸
炭もしくは浸炭・窒化処理（ガス、真空、プラズマ等に
よる浸炭もしくは浸炭・窒化）もしくは軟窒化処理を行
ない、必要によりショットピーニング加工等を行なっ
て、表面を硬質化すれば良い。

【００３１】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明の構成および作用
効果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含
まれる。

【００３２】実施例１ 表１に示す成分組成の鋼材を使用し、鋳造時の冷却速度
を変化させて複合介在物等の大きさと量を変えるため、
本発明例では１５０ｋｇ真空溶解炉を用いて溶製してか
ら鋳造し、次いで直径６５ｍｍの丸棒に鍛造し、また比
較例では７トンのインゴットに鋳造した後直径６５ｍｍ
の丸棒に圧延した。

【００３３】

【表１】

【００３４】その後、各丸棒中の非金属介在物を調べる
ため、図３に示す如く、各丸棒の軸心を含む縦断面にお
いて、該軸心と平行で且つ該軸心から直径（縦断面の
幅）６５ｍｍの１／４・Ｄ離れた仮想線を中心線として
含む位置から幅２０ｍｍ×３０ｍｍのサンプルを切り出
し、ＥＰＭＡを用いて該断面に存在する非金属介在物の
組成、大きさ、個数を調べた。測定は、連続自動運転で
倍率は４００倍とし、被検面積１００ｍｍ² 当たりに存
在する全ての非金属介在物の組成と大きさ及び個数を測
定し、そのうち平均粒径［（長径＋短径）／２］が１０
μｍ以上の酸化物系と硫化物系の複合介在物の個数を求
めた。その結果、１０μｍ以上の複合介在物の個数は、
本発明例では１１個、比較例では２８個であることが確
認された。

【００３５】また、直径６５ｍｍの各鍛造・圧延材に、
１２００℃×２時間→空冷の溶体化処理と、９００℃×
２時間→空冷の焼ならし処理を施した後、図４に示す如
く各丸棒の中心部から圧延方向に垂直な横目のサンプル
を切り出し、図５に示す寸法形状の平滑小野式回転曲げ
疲労試験片を作製した。各試験片の両端は摩擦接合し、
仕上げ加工を施した。その後、図６に示す条件で浸炭焼
入れ、焼戻し処理を行なった後回転曲げ疲労試験を行な
った。

【００３６】図７は、上記で得た介在物測定結果と回転
曲げ疲労試験結果の関係を示したグラフであり、このグ
ラフからも明らかである様に、１０μｍ以上の複合介在
物の個数が２０個以下である本発明例は、同個数が２０
個を超える比較例に比べて横目の曲げ疲労強度が格段に
優れており、且つそのバラツキも少ないことが分かる。

【００３７】実施例２ 表２に示す化学成分の鋼材を溶製し、下記の方法で鋳
造、鍛造（または圧延）を行なった。即ち、鋼Ｎｏ．１
〜１４，１６〜１８，２０〜２３は１５０ｋｇ真空溶解
炉、Ｎｏ．２４は１０ｋｇの真空炉で溶製し、鋼Ｎｏ．
１５は大気炉で溶製した後、直径６５ｍｍの丸棒に鍛造
し、また鋼Ｎｏ．１９は７トンのインゴットで鋳造して
から直径６５ｍｍの丸棒に圧延した。

【００３８】

【表２】

【００３９】その後、各丸棒中の非金属介在物を調べる
ため、図３に示した如く、各丸棒の軸心を含む縦断面に
おいて、該軸心から1/4 ・Ｄ離れた仮想線を中心線とし
て含む位置から幅２０ｍｍ×３０ｍｍのサンプルを切り
出し、前記実施例１と同様にしてＥＰＭＡにより該断面
に存在する非金属介在物の組成、大きさ、個数を調べ
た。測定は、連続自動運転で倍率は４００倍とし、被検
面積１００ｍｍ² 当たりに存在する全ての非金属介在物
の組成と大きさ及び個数を測定し、そのうち平均粒径
［（長径＋短径）／２］が１０μｍ以上の酸化物系と硫
化物系の複合介在物の個数、および平均粒径が３μｍ以
上１０μｍ未満の硫化物系介在物の個数を求めた。

【００４０】また、直径６５ｍｍの各鍛造・圧延材を、
前記実施例１と同様にして１２００℃×２時間→空冷の
溶体化処理と、９００℃×２時間→空冷の焼ならし処理
を施した後、図４に示した様に各丸棒の中心部から圧延
方向に垂直な横目のサンプルを、また各丸棒の軸心から
1/4 ・Ｄ離れた位置から圧延方向に平行に縦目のサンプ
ルを切り出し、平滑小野式回転曲げ疲労試験片を作製し
た。横目の試験片については、試験片の両端を摩擦接合
し、仕上げ加工を施した。その後、図６に示した条件で
浸炭焼入れ、焼戻し処理を行なった後回転曲げ疲労試験
を行なった。

【００４１】介在物測定結果および曲げ疲労試験結果を
表３に示す。尚、回転曲げ疲労試験結果は、１０⁷ 回の
疲労強度で比較した。また、溶体化処理および焼ならし
処理を施した各丸棒について、表４に示す条件で切削試
験を行ない、その結果を表３に併記した。

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】表３，４より次の様に考えることができ
る。鋼Ｎｏ．１〜１１は、本発明の規定要件を全て満足
する実施例であり、鋼材の成分組成が適正であり、しか
も１０μｍの複合介在物の個数が１０個以下で且つ３μ
ｍ以上１０μｍ未満の硫化物系介在物が５０個以上存在
しているため、曲げ疲労強度および被削性（超硬工具寿
命）いのいずれにおいても優れた結果が得られている。

【００４５】これに対し鋼Ｎｏ．１２〜２４は、本発明
で規定するいずれかの要件を欠く比較例であり、下記の
如く疲労強度あるいは被削性（超硬工具寿命）のいずれ
かに問題がある。

【００４６】鋼Ｎｏ．１２は、鋼材の炭素量が多過ぎる
ため焼ならし後の硬さが高くなり過ぎ、被削性が悪くて
超硬工具寿命が短い。鋼Ｎｏ．１３は、鋼材の炭素量が
不足するため芯部硬さが低く、縦目および横目の曲げ疲
労強度が低い。鋼Ｎｏ．１４は、鋼材のＳ含有量が多過
ぎるため粗大な複合介在物の個数が多くなり過ぎ、横目
の曲げ疲労強度が低い。

【００４７】鋼Ｎｏ．１５は、鋼材の酸素量が多過ぎる
ため酸化物系介在物のサイズが大きくなって粗大な複合
介在物個数が多くなり、縦目および横目の曲げ疲労強度
が低い。鋼Ｎｏ．１６，１７は、鋼材中のＳｉ量あるい
はＣｒ量が多過ぎるため表層の浸炭が阻害され、縦目お
よび横目の曲げ疲労強度が低くなっている。

【００４８】鋼Ｎｏ．１８は、鋼材中のＣａ量が多過ぎ
るため粗大な複合介在物個数が多くなり、縦目および横
目の曲げ疲労強度が低下している。鋼Ｎｏ．１９は、鋼
材中のＳ含有量が不足すると共に鋳造速度も遅いため硫
化物系介在物の個数が不足し、被削性が悪くなって満足
のいく超硬工具寿命が得られない。

【００４９】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、鋼
材の化学成分を特定すると共に、特定断面を被検面とす
る特性サイズの複合介在物および硫化物系介在物の個数
を特定することによって、縦目および横目の衝撃特性や
疲労特性と被削性を共に満足する肌焼鋼を提供し得るこ
とになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】複合介在物（１０μｍ以上）の個数と曲げ疲労
強度の関係を示すグラフである。

【図２】硫化物系介在物（３〜１０μｍ）の個数と超硬
工具寿命および曲げ疲労強度の関係を示すグラフであ
る。

【図３】介在物観察の試料採取位置を示す説明図であ
る。

【図４】曲げ疲労試験片の採取位置を示す説明図であ
る。

【図５】曲げ疲労試験片の寸法形状を示す図である。

【図６】浸炭焼入処理のヒートパターンを示す図であ
る。

【図７】介在物測定結果と回転曲げ疲労試験結果の関係
を示したグラフである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ ：０．１０〜０．３０％（以下、特記
   しない限り質量％を意味する） Ｍｎ：０．３０〜２．０％ Ｓｉ：１．０％以下（０％を含む） Ｓ ：０．００３〜０．０７０％ Ａｌ：０．０１〜０．０６％ Ｎ ：０．００３〜０．０３％ Ｏ ：０．００２％以下（０％を含む） 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 の要件を満足する鋼材からなり、線状または棒状圧延材
   の軸心を通る縦断面において、該軸心と平行で且つ該軸
   心から 1/4・Ｄ（Ｄは圧延材の直径を表わす）離れた仮
   想線を中心線として含む被検面積１００ｍｍ² 中に存在
   する、酸化物系と硫化物系からなる直径１０μｍ以上の
   複合介在物が２０個以下であり、且つ上記と同一の被検
   面積中に存在する直径３μｍ以上１０μｍ未満の硫化物
   系介在物が５０個以上であることを特徴とする疲労特性
   および被削性に優れた肌焼鋼。
2. 【請求項２】 鋼材が、他の元素としてＮｉ：０．２０
   〜４．５％、Ｃｒ：０．２０〜２．５％、Ｍｏ：０．０
   ５〜１．０％、Ｃｕ：０．２０〜１．０％よりなる群か
   ら選択される少なくとも一種を含有するものである請求
   項１に記載の肌焼鋼。
3. 【請求項３】 鋼材が、更に他の元素としてＢ：０．０
   ００３〜０．００５０％および／またはＴｉ：０．００
   ３〜０．０５％を含有するものである請求項１または２
   に記載の肌焼鋼。
4. 【請求項４】 鋼材が、更に他の元素としてＶ：０．０
   ３〜１．５％および／またはＮｂ：０．００５〜１．５
   ％を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載
   の肌焼鋼。
5. 【請求項５】 鋼材が、他の元素として、Ｃａ：０．０
   ００５〜０．０１％、Ｐｂ：０．２％以下（０％を含ま
   ない）、Ｔｅ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｚ
   ｒ：０．１％以下（０％を含まない）よりなる群から選
   択される少なくとも一種を含有するものである請求項１
   〜４のいずれかに記載の肌焼鋼。