JPH1150191A - 浸炭軸状部品とその製造方法 - Google Patents
浸炭軸状部品とその製造方法Info
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- JPH1150191A JPH1150191A JP21055597A JP21055597A JPH1150191A JP H1150191 A JPH1150191 A JP H1150191A JP 21055597 A JP21055597 A JP 21055597A JP 21055597 A JP21055597 A JP 21055597A JP H1150191 A JPH1150191 A JP H1150191A
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Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、引き抜き工程および焼鈍工程を省
略して、圧延ままの鋼材を用いて、浸炭時に粗大粒を発
生せず、曲がりのない浸炭軸状部品を製造することがで
きる浸炭軸状部品とその製造方法を提供する。 【解決手段】 Ａｌ：０．０１５〜０．０４０％、Ｎ
ｂ：０．００５〜０．０４０％、Ｎ：０．００６０〜
０．０２００％他、特定成分を特定範囲含有し、浸炭焼
入れ後の鋼部品のマトリックス中に直径０．１μｍ以下
のＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、又はＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの
複合析出物をその合計で８０個／１００μｍ2 以上分散
させて、オーステナイト粒度が８番以上の組織にせし
め、又はさらに、熱間圧延後のベイナイトの組織分率を
３０％以下に制限し、又はさらに、熱間圧延後のフェラ
イト結晶粒度番号が８〜１１番に制限した棒鋼または線
材を素材として得たことを特徴とする浸炭軸状部品およ
びその製造方法である。
略して、圧延ままの鋼材を用いて、浸炭時に粗大粒を発
生せず、曲がりのない浸炭軸状部品を製造することがで
きる浸炭軸状部品とその製造方法を提供する。 【解決手段】 Ａｌ：０．０１５〜０．０４０％、Ｎ
ｂ：０．００５〜０．０４０％、Ｎ：０．００６０〜
０．０２００％他、特定成分を特定範囲含有し、浸炭焼
入れ後の鋼部品のマトリックス中に直径０．１μｍ以下
のＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、又はＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの
複合析出物をその合計で８０個／１００μｍ2 以上分散
させて、オーステナイト粒度が８番以上の組織にせし
め、又はさらに、熱間圧延後のベイナイトの組織分率を
３０％以下に制限し、又はさらに、熱間圧延後のフェラ
イト結晶粒度番号が８〜１１番に制限した棒鋼または線
材を素材として得たことを特徴とする浸炭軸状部品およ
びその製造方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、浸炭軸状部品とそ
の製造方法に関するものである。
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】浸炭軸状部品（浸炭シャフト部品及び浸
炭焼入れで製造されるねじ類も含む）は、通常、例えば
ＪＩＳ Ｇ ４０５２、ＪＩＳ Ｇ ４１０４、ＪＩＳ
Ｇ４１０５、ＪＩＳ Ｇ ４１０６などに規定されて
いる中炭素の機械構造用合金鋼を使用し、焼鈍−引き抜
き−切削・転造・冷間鍛造により所定の形状に成形加工
された後、浸炭焼入れを行う工程で製造されている。こ
のように浸炭軸状部品の製造工程は長いために、焼鈍工
程や引き抜き工程の省略の要求が強い。さらに、もう一
つの浸炭軸状部品の大きな課題としては、熱処理歪みの
低減が挙げられる。これは、熱処理歪みでシャフトが曲
がればシャフトとしての機能が損なわれるためである。
そのため、熱処理歪みで曲がったシャフトは矯正工程で
の矯正が必要であり、生産性の大きな阻害要因となって
いる。熱処理歪みの最大の原因は、浸炭時に発生する租
大粒であり、粗大粒を生じない鋼材が強く求められてい
る。また、焼鈍省略は粗大粒の発生を促進するために、
粗大粒発生の問題は、焼鈍省略をより困難にしているの
が実状である。
炭焼入れで製造されるねじ類も含む）は、通常、例えば
ＪＩＳ Ｇ ４０５２、ＪＩＳ Ｇ ４１０４、ＪＩＳ
Ｇ４１０５、ＪＩＳ Ｇ ４１０６などに規定されて
いる中炭素の機械構造用合金鋼を使用し、焼鈍−引き抜
き−切削・転造・冷間鍛造により所定の形状に成形加工
された後、浸炭焼入れを行う工程で製造されている。こ
のように浸炭軸状部品の製造工程は長いために、焼鈍工
程や引き抜き工程の省略の要求が強い。さらに、もう一
つの浸炭軸状部品の大きな課題としては、熱処理歪みの
低減が挙げられる。これは、熱処理歪みでシャフトが曲
がればシャフトとしての機能が損なわれるためである。
そのため、熱処理歪みで曲がったシャフトは矯正工程で
の矯正が必要であり、生産性の大きな阻害要因となって
いる。熱処理歪みの最大の原因は、浸炭時に発生する租
大粒であり、粗大粒を生じない鋼材が強く求められてい
る。また、焼鈍省略は粗大粒の発生を促進するために、
粗大粒発生の問題は、焼鈍省略をより困難にしているの
が実状である。
【０００３】これに対して、特開昭５６−７５５５１号
公報には、特定量のＡｌ、Ｎを含有する鋼を１２００℃
以上に加熱後、熱間加工をすることにより、９８０℃で
６時間の浸炭を行った場合でも、芯部のオーステナイト
結晶粒度番号で６番以上の細粒に保持できる浸炭用鋼が
示されている。しかしながら、該鋼の粗大粒抑制の能力
は不安定であり、鋼材あるいは部品の製造工程によって
は、浸炭時の粗大粒の発生を抑制でぎないのが現実であ
る。
公報には、特定量のＡｌ、Ｎを含有する鋼を１２００℃
以上に加熱後、熱間加工をすることにより、９８０℃で
６時間の浸炭を行った場合でも、芯部のオーステナイト
結晶粒度番号で６番以上の細粒に保持できる浸炭用鋼が
示されている。しかしながら、該鋼の粗大粒抑制の能力
は不安定であり、鋼材あるいは部品の製造工程によって
は、浸炭時の粗大粒の発生を抑制でぎないのが現実であ
る。
【０００４】また、特開昭６１−２６１４２７号公報に
は、特定量のＡｌ、Ｎを含有する鋼を、ＡｌとＮ量に応
じた温度に加熱し、仕上げ温度を９５０℃以下の条件で
熱間圧延し、圧延後のＡｌＮの析出量を４０ｐｐｍ以
下、フェライトの結晶粒度番号を１１〜９である浸炭用
鋼の製造方法が示されている。しかしながら、該鋼もや
はり、粗大粒抑制の能力は不安定であり、鋼材あるいは
部品の製造工程によっては、浸炭時の粗大粒の発生を抑
制できないのが現実である。
は、特定量のＡｌ、Ｎを含有する鋼を、ＡｌとＮ量に応
じた温度に加熱し、仕上げ温度を９５０℃以下の条件で
熱間圧延し、圧延後のＡｌＮの析出量を４０ｐｐｍ以
下、フェライトの結晶粒度番号を１１〜９である浸炭用
鋼の製造方法が示されている。しかしながら、該鋼もや
はり、粗大粒抑制の能力は不安定であり、鋼材あるいは
部品の製造工程によっては、浸炭時の粗大粒の発生を抑
制できないのが現実である。
【０００５】また、特開昭５８−４５３５４号公報に
は、特定量のＡｌ、Ｎｂ、Ｎを含有する肌焼き鋼が示さ
れている。しかしながら、該鋼もやはり、粗大粒抑制の
能力は不安定であり、粗大粒の発生を抑制できる場合も
あれば、できない場合もある。また、該鋼はその実施例
から明らかな通り、０．０２１％以上のＮを含有する。
そのため、結晶粒粗大化特性はかえって劣化するととも
に、鋼材の製造時に割れやキズが発生しやすく、また素
材の状態で硬くて冷間加工性が良くない等の欠点を有し
ている。
は、特定量のＡｌ、Ｎｂ、Ｎを含有する肌焼き鋼が示さ
れている。しかしながら、該鋼もやはり、粗大粒抑制の
能力は不安定であり、粗大粒の発生を抑制できる場合も
あれば、できない場合もある。また、該鋼はその実施例
から明らかな通り、０．０２１％以上のＮを含有する。
そのため、結晶粒粗大化特性はかえって劣化するととも
に、鋼材の製造時に割れやキズが発生しやすく、また素
材の状態で硬くて冷間加工性が良くない等の欠点を有し
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のような開示され
た方法では、浸炭焼入れ工程において粗大粒の発生を安
定的に抑制することができず、軸状部品の歪みや曲がり
の発生を防止することはできない。さらに、上記の従来
技術は引き抜き工程の省略および焼鈍工程の省略に対し
ても開示していない。本発明はこのような問題を解決し
て、引き抜き工程および焼鈍工程を省略し、熱処理歪み
の小さい浸炭軸状部品とその製造方法を提供するもので
ある。
た方法では、浸炭焼入れ工程において粗大粒の発生を安
定的に抑制することができず、軸状部品の歪みや曲がり
の発生を防止することはできない。さらに、上記の従来
技術は引き抜き工程の省略および焼鈍工程の省略に対し
ても開示していない。本発明はこのような問題を解決し
て、引き抜き工程および焼鈍工程を省略し、熱処理歪み
の小さい浸炭軸状部品とその製造方法を提供するもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために結晶粒の粗大化の支配因子、および焼
鈍工程省略、引き抜き工程省略と粗大粒発生の相関につ
いて鋭意調査し、次の点を明らかにした。
を達成するために結晶粒の粗大化の支配因子、および焼
鈍工程省略、引き抜き工程省略と粗大粒発生の相関につ
いて鋭意調査し、次の点を明らかにした。
【０００８】（１）同じ化学組成の鋼材でも、粗大粒の
発生を抑制できる場合もあれば、できない場合もあり、
化学組成を制限するのみでは、粗大粒を防止することは
できない。化学組成以外の要因として最も重要なのは、
浸炭加熱時の炭窒化物の析出状態である。また、熱間圧
延後の鋼材のベイナイト組織の混入状況およびフェライ
ト粒度も影響する。
発生を抑制できる場合もあれば、できない場合もあり、
化学組成を制限するのみでは、粗大粒を防止することは
できない。化学組成以外の要因として最も重要なのは、
浸炭加熱時の炭窒化物の析出状態である。また、熱間圧
延後の鋼材のベイナイト組織の混入状況およびフェライ
ト粒度も影響する。
【０００９】（２）浸炭時に結晶粒の粗大化を防止する
にはピン止め粒子として微細なＡｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）が
有効である。結晶粒粗大化特性と浸炭加熱時のＡｌＮ、
Ｎｂ（ＣＮ）のサイズ及び分散状態（析出粒子数）には
極めて密接な関係があり、粗大粒を防止するためには、
特定量以上の数量の微細な析出粒子を分散させる必要が
ある。また、鋼中にＴｉＮやＡｌ2 ０3 が存在すると、
粗大なＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮの析出の核になり、Ｎｂ
（ＣＮ）、ＡｌＮの微細析出が妨げられる。そのため、
不純物としてのＴｉの含有量およびＯの含有量を極力制
限する必要がある。 （３）上記のように炭窒化物の規制を満足したとして
も、熱間圧延後の鋼材にベイナイト組織が混入すると、
浸炭加熱時の粗大粒発生の原因になる。
にはピン止め粒子として微細なＡｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）が
有効である。結晶粒粗大化特性と浸炭加熱時のＡｌＮ、
Ｎｂ（ＣＮ）のサイズ及び分散状態（析出粒子数）には
極めて密接な関係があり、粗大粒を防止するためには、
特定量以上の数量の微細な析出粒子を分散させる必要が
ある。また、鋼中にＴｉＮやＡｌ2 ０3 が存在すると、
粗大なＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮの析出の核になり、Ｎｂ
（ＣＮ）、ＡｌＮの微細析出が妨げられる。そのため、
不純物としてのＴｉの含有量およびＯの含有量を極力制
限する必要がある。 （３）上記のように炭窒化物の規制を満足したとして
も、熱間圧延後の鋼材にベイナイト組織が混入すると、
浸炭加熱時の粗大粒発生の原因になる。
【００１０】（４）さらに、熱間圧延後の鋼材のフェラ
イト粒が過度に微細であると、浸炭加熱時に粗大粒が発
生しやすくなる。
イト粒が過度に微細であると、浸炭加熱時に粗大粒が発
生しやすくなる。
【００１１】（５）上記の対策を講じても、焼鈍を省略
して引き抜きを行うと粗大粒が発生しやすくなる。加工
率が１０％前後の軽加工歪みを付与した場合と５０％以
上の大加工歪みを付与した場合において、その後の浸炭
時に粗大粒は発生しやすいが、引き抜き工程では、通
常、１０％前後の減面率の加工を受けるためである。し
たがって、引き抜き工程を前提とすると、焼鈍省略は困
難である。
して引き抜きを行うと粗大粒が発生しやすくなる。加工
率が１０％前後の軽加工歪みを付与した場合と５０％以
上の大加工歪みを付与した場合において、その後の浸炭
時に粗大粒は発生しやすいが、引き抜き工程では、通
常、１０％前後の減面率の加工を受けるためである。し
たがって、引き抜き工程を前提とすると、焼鈍省略は困
難である。
【００１２】（６）これに対して、熱間圧延において精
密圧延を実施し、熱間圧延ままで、寸法公差が±０．１
ｍｍ以下の径精度を有する棒鋼または線材を製造すれ
ば、引き抜き工程の省略が可能になり、したがって、焼
鈍工程も一気に省略が可能になる。
密圧延を実施し、熱間圧延ままで、寸法公差が±０．１
ｍｍ以下の径精度を有する棒鋼または線材を製造すれ
ば、引き抜き工程の省略が可能になり、したがって、焼
鈍工程も一気に省略が可能になる。
【００１３】本発明は以上の新規なる知見にもとづいて
なされたものであり、本発明の要旨は以下の通りであ
る。
なされたものであり、本発明の要旨は以下の通りであ
る。
【００１４】請求項１〜３の発明は、 （１）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：
０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、
Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１５〜０．
０４０％Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％Ｎ：０．００
６０〜０．０２００％、を含有し、さらに、Ｃｒ：０．
４０〜１．８０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：
０．１〜３．５％Ｖ：０．０３〜０．５％の１種または
２種以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．
０１％以下、Ｏ：０．００２５％以下に制限し、残部が
鉄および不可避的不純物からなり、浸炭焼入れ後のマト
リックス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、Ａｌ
Ｎ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出物をその合
計で８０個／１００μｍ2 以上分散させて、オーステナ
イト粒度が８番以上の組織にせしめたことを特徴とする
浸炭軸状部品である。 （２）さらに、熱間圧延後のベイナイトの組織分率を３
０％以下に制限した棒鋼または線材を素材として得たこ
とを含む上記（１）の軸状部品である。 （３）さらに、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号が
８〜１１番に制限した棒鋼または線材を素材として得た
ことを含む上記（１）または（２）の軸状部品である。
０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、
Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１５〜０．
０４０％Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％Ｎ：０．００
６０〜０．０２００％、を含有し、さらに、Ｃｒ：０．
４０〜１．８０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：
０．１〜３．５％Ｖ：０．０３〜０．５％の１種または
２種以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．
０１％以下、Ｏ：０．００２５％以下に制限し、残部が
鉄および不可避的不純物からなり、浸炭焼入れ後のマト
リックス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、Ａｌ
Ｎ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出物をその合
計で８０個／１００μｍ2 以上分散させて、オーステナ
イト粒度が８番以上の組織にせしめたことを特徴とする
浸炭軸状部品である。 （２）さらに、熱間圧延後のベイナイトの組織分率を３
０％以下に制限した棒鋼または線材を素材として得たこ
とを含む上記（１）の軸状部品である。 （３）さらに、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号が
８〜１１番に制限した棒鋼または線材を素材として得た
ことを含む上記（１）または（２）の軸状部品である。
【００１５】請求項４〜６の発明は、 （４）重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：
０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、
Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１５〜０．
０４０％Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％Ｎ：０．００
６０〜０．０２００％、を含有し、さらに、Ｃｒ：０．
４０〜１．８０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：
０．１〜３．５％Ｖ：０．０３〜０．５％の１種または
２種以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．
０１％以下、Ｏ：０．００２５％以下に制限し、残部が
鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後のＮｂ
（ＣＮ）の析出量が０．００５０％以上であり、ＡｌＮ
の析出量を０．００５０％以下に制限し、熱間圧延まま
で、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度を有する棒鋼
または線材を素材とし、焼鈍工程および引き抜き工程を
省略して、直接軸状部品に成形加工した後、浸炭焼入れ
を行い、浸炭焼入れ後の鋼のマトリックス中に直径０．
１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（Ｃ
Ｎ）とＡｌＮの複合析出物をその合計で８０個／１００
μｍ2 以上分散させて、オーステナイト粒度が８番以上
の組織とすることを特徴とする浸炭軸状部品の製造方法
である。 （５）さらに、熱間圧延後のベイナイトの組織分率を３
０％以下に制限した棒鋼または線材を素材とすることを
含む上記（４）の方法である。 （６）さらに、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号が
８〜１１番に制限した棒鋼または線材を素材とすること
を含む上記（４）または（５）の方法である。
０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．８０％、
Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１５〜０．
０４０％Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％Ｎ：０．００
６０〜０．０２００％、を含有し、さらに、Ｃｒ：０．
４０〜１．８０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｎｉ：
０．１〜３．５％Ｖ：０．０３〜０．５％の１種または
２種以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、Ｔｉ：０．
０１％以下、Ｏ：０．００２５％以下に制限し、残部が
鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延後のＮｂ
（ＣＮ）の析出量が０．００５０％以上であり、ＡｌＮ
の析出量を０．００５０％以下に制限し、熱間圧延まま
で、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度を有する棒鋼
または線材を素材とし、焼鈍工程および引き抜き工程を
省略して、直接軸状部品に成形加工した後、浸炭焼入れ
を行い、浸炭焼入れ後の鋼のマトリックス中に直径０．
１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（Ｃ
Ｎ）とＡｌＮの複合析出物をその合計で８０個／１００
μｍ2 以上分散させて、オーステナイト粒度が８番以上
の組織とすることを特徴とする浸炭軸状部品の製造方法
である。 （５）さらに、熱間圧延後のベイナイトの組織分率を３
０％以下に制限した棒鋼または線材を素材とすることを
含む上記（４）の方法である。 （６）さらに、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号が
８〜１１番に制限した棒鋼または線材を素材とすること
を含む上記（４）または（５）の方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。まず、成分の限定理由について説明する。Ｃは鋼
に必要な強度を与えるのに有効な元素であるが、０．１
０％未満では必要な引張強さを確保することができず、
０．３５％を超えると硬くなって冷間加工性が劣化する
とともに、浸炭後の芯部靭性が劣化するので、０．１０
〜０．３５％の範囲内にする必要がある。
する。まず、成分の限定理由について説明する。Ｃは鋼
に必要な強度を与えるのに有効な元素であるが、０．１
０％未満では必要な引張強さを確保することができず、
０．３５％を超えると硬くなって冷間加工性が劣化する
とともに、浸炭後の芯部靭性が劣化するので、０．１０
〜０．３５％の範囲内にする必要がある。
【００１７】Ｓｉは鋼の脱酸に有効な元素であるととも
に、鋼に必要な強度、焼入れ性を与え、焼戻し軟化抵抗
を向上するのに有効な元素であるが、０．０２％未満で
はその効果は不十分である。一方、０．５０％を超える
と、硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化する。以上の理
由から、その含有量を０．０２〜０．５０％の範囲内に
する必要がある。好適範囲は０．０２〜０．３０％であ
る。なお、冷間加工性を重視する場合は、０．０２〜
０．１５％の範囲にするのが望ましい。
に、鋼に必要な強度、焼入れ性を与え、焼戻し軟化抵抗
を向上するのに有効な元素であるが、０．０２％未満で
はその効果は不十分である。一方、０．５０％を超える
と、硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化する。以上の理
由から、その含有量を０．０２〜０．５０％の範囲内に
する必要がある。好適範囲は０．０２〜０．３０％であ
る。なお、冷間加工性を重視する場合は、０．０２〜
０．１５％の範囲にするのが望ましい。
【００１８】Ｍｎは鋼の脱酸に有効な元素であるととも
に、鋼に必要な強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素
であるが、０．３０％未満では効果は不十分であり、
１．８０％を超えるとその効果は飽和するのみならず、
硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化するので、０．３０
％〜１．８０％の範囲内にする必要がある。好適範囲は
０．５０〜１．２０％である。なお、冷間加工性を重視
する場合は、０．５０〜０．７５％の範囲にするのが望
ましい。
に、鋼に必要な強度、焼入れ性を与えるのに有効な元素
であるが、０．３０％未満では効果は不十分であり、
１．８０％を超えるとその効果は飽和するのみならず、
硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化するので、０．３０
％〜１．８０％の範囲内にする必要がある。好適範囲は
０．５０〜１．２０％である。なお、冷間加工性を重視
する場合は、０．５０〜０．７５％の範囲にするのが望
ましい。
【００１９】Ｓは鋼中でＭｎＳを形成し、これによる被
削性の向上を目的として添加するが、０．００５％未満
ではその効果は不十分である。一方、０．１５％を超え
るとその効果は飽和し、むしろ粒界偏析を起こし粒界脆
化を招く。以上の理由から、Ｓの含有量を０．００５〜
０．１５％の範囲内にする必要がある。好適範囲は０．
００５〜０．０４０％である。
削性の向上を目的として添加するが、０．００５％未満
ではその効果は不十分である。一方、０．１５％を超え
るとその効果は飽和し、むしろ粒界偏析を起こし粒界脆
化を招く。以上の理由から、Ｓの含有量を０．００５〜
０．１５％の範囲内にする必要がある。好適範囲は０．
００５〜０．０４０％である。
【００２０】Ａｌは、浸炭加熱の際に、鋼中のＮと結び
付いてＡｌＮを形成し、結晶粒の微細化、及び結晶粒の
粗大化抑制に有効な元素である。０．０１５％未満では
その効果は不十分である。一方、０．０４０％を超える
と、ＡｌＮの析出物が粗大になり、結晶粒の粗大化抑制
には寄与しなくなる。以上の理由から、その含有量を
０．０１５〜０．０４０％の範囲内にする必要がある。
好適範囲は０．０２０〜０．０３５％である。
付いてＡｌＮを形成し、結晶粒の微細化、及び結晶粒の
粗大化抑制に有効な元素である。０．０１５％未満では
その効果は不十分である。一方、０．０４０％を超える
と、ＡｌＮの析出物が粗大になり、結晶粒の粗大化抑制
には寄与しなくなる。以上の理由から、その含有量を
０．０１５〜０．０４０％の範囲内にする必要がある。
好適範囲は０．０２０〜０．０３５％である。
【００２１】Ｎｂは、浸炭加熱の際に、鋼中のＣ、Ｎと
結び付いてＮｂ（ＣＮ）を形成し、結晶粒の微細化、及
び結晶粒の粗大化抑制に有効な元素である。０．００５
％未満ではその効果は不十分である。一方、０．０４０
％を超えると、素材の硬さが硬くなって冷間加工性が劣
化するとともに、Ｎｂ（ＣＮ）の析出物が粗大になり、
結晶粒の粗大化抑制には寄与しなくなる。以上の理由か
ら、その含有量を０．００５〜０．０４０％の範囲内に
する必要がある。好適範囲は０．０１０〜０．０３０％
である。
結び付いてＮｂ（ＣＮ）を形成し、結晶粒の微細化、及
び結晶粒の粗大化抑制に有効な元素である。０．００５
％未満ではその効果は不十分である。一方、０．０４０
％を超えると、素材の硬さが硬くなって冷間加工性が劣
化するとともに、Ｎｂ（ＣＮ）の析出物が粗大になり、
結晶粒の粗大化抑制には寄与しなくなる。以上の理由か
ら、その含有量を０．００５〜０．０４０％の範囲内に
する必要がある。好適範囲は０．０１０〜０．０３０％
である。
【００２２】ＮはＡｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）の析出による浸
炭時の結晶粒の微細化、及び結晶粒の粗大化抑制を目的
として添加するが、０．００６０％未満ではその効果は
不十分である。一方、０．０２０％を超えると、その効
果は飽和する。過剰なＮの添加は、素材の硬さを増大さ
せ、冷間加工性を劣化させる。以上の理由から、その含
有量を、０．００６０〜０．０２０％の範囲内にする必
要がある。好適範囲は、０．００９〜０．０２０％であ
る。
炭時の結晶粒の微細化、及び結晶粒の粗大化抑制を目的
として添加するが、０．００６０％未満ではその効果は
不十分である。一方、０．０２０％を超えると、その効
果は飽和する。過剰なＮの添加は、素材の硬さを増大さ
せ、冷間加工性を劣化させる。以上の理由から、その含
有量を、０．００６０〜０．０２０％の範囲内にする必
要がある。好適範囲は、０．００９〜０．０２０％であ
る。
【００２３】次に、本願発明では、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、
Ｖの１種または２種以上を含有する。Ｃｒは鋼に強度、
焼入れ性を与えるのに有効な元素であるが、０．４０％
未満ではその効果は不十分であり、１．８０％を超えて
添加すると硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化する。以
上の理由から、その含有量を０．０４０〜１．８０％の
範囲内にする必要がある。好適範囲は０．７０〜１．５
０％である。
Ｖの１種または２種以上を含有する。Ｃｒは鋼に強度、
焼入れ性を与えるのに有効な元素であるが、０．４０％
未満ではその効果は不十分であり、１．８０％を超えて
添加すると硬さの上昇を招き冷間加工性が劣化する。以
上の理由から、その含有量を０．０４０〜１．８０％の
範囲内にする必要がある。好適範囲は０．７０〜１．５
０％である。
【００２４】Ｍｏも鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有
効な元素であるが、０．０２％未満ではその効果は不十
分であり、１．００％を超えて添加すると硬さの上昇を
招き冷間加工性が劣化する。以上の理由から、その含有
量を０．０２〜１．００％の範囲内にする必要がある。
好適範囲は０．０２〜０．４０％である。
効な元素であるが、０．０２％未満ではその効果は不十
分であり、１．００％を超えて添加すると硬さの上昇を
招き冷間加工性が劣化する。以上の理由から、その含有
量を０．０２〜１．００％の範囲内にする必要がある。
好適範囲は０．０２〜０．４０％である。
【００２５】Ｎｉも鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有
効な元素であるが、０．１０％未満ではその効果は不十
分であり、３．５０％を超えて添加すると硬さの上昇を
招き冷間加工性が劣化する。以上の理由から、その含有
量を０．１０〜３．５０％の範囲内にする必要がある。
好適範囲は０．４０〜２．００％である。
効な元素であるが、０．１０％未満ではその効果は不十
分であり、３．５０％を超えて添加すると硬さの上昇を
招き冷間加工性が劣化する。以上の理由から、その含有
量を０．１０〜３．５０％の範囲内にする必要がある。
好適範囲は０．４０〜２．００％である。
【００２６】Ｖも鋼に強度、焼入れ性を与えるのに有効
な元素であるが、０．０３％未満ではその効果は不十分
であり、０．５０％を超えて添加すると硬さの上昇を招
き冷間加工性が劣化する。以上の理由から、その含有量
を０．０３〜０．５０％の範囲内にする必要がある。好
適範囲は０．０７〜０．２０％である。
な元素であるが、０．０３％未満ではその効果は不十分
であり、０．５０％を超えて添加すると硬さの上昇を招
き冷間加工性が劣化する。以上の理由から、その含有量
を０．０３〜０．５０％の範囲内にする必要がある。好
適範囲は０．０７〜０．２０％である。
【００２７】Ｐは冷間加工時の変形抵抗を高め、また靭
性を劣化させる元素であるため、冷間加工性が劣化す
る。また、焼入れ、焼戻し後の部品の結晶粒界を脆化さ
せることによって、疲労強度を劣化させるのでできるだ
け低減することが望ましい。従ってその含有量を０．０
２５％以下に制限する必要がある。好適範囲は０．０１
５％以下である。
性を劣化させる元素であるため、冷間加工性が劣化す
る。また、焼入れ、焼戻し後の部品の結晶粒界を脆化さ
せることによって、疲労強度を劣化させるのでできるだ
け低減することが望ましい。従ってその含有量を０．０
２５％以下に制限する必要がある。好適範囲は０．０１
５％以下である。
【００２８】本発明のような高Ｎ鋼においては、Ｔｉは
鋼中のＮと結び付いてＴｉＮを形成する。ＴｉＮの析出
物は粗大であり、浸炭時の結晶粒の微細化、及び結晶粒
の粗大化抑制に寄与しない。むしろ、ＴｉＮが存在する
と、ＡｌＮやＮｂ（ＣＮ）の析出サイトとなり、熱間圧
延時にＡｌＮやＮｂ（ＣＮ）が粗大に析出し、浸炭時に
結晶粒の粗大化を抑制できなくなる。そのため、Ｔｉ量
はできるだけ低減することが望ましい。図１にＴｉ量と
結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの鋼材を各
温度で１０時間保定して浸炭シミュレーションを行った
結果である。温度を上げていった時、最大粒径の結晶粒
度が８番未満となる温度を結晶粒粗大化温度とした。Ｔ
ｉ含有量が０．０１０％を超えると粗大粒発生温度が９
５０℃以下になり、実用的には粗大粒の発生が懸念され
る。以上の理由から、Ｔｉの含有量を０．０１０％以下
に制限する必要がある。好適上限は０．００５％であ
る。なお、粗大なＴｉＮの存在は、最終部品の面疲労特
性の顕著な劣化を招くが、上記の範囲でＴｉ量を規制す
ることにより、面疲労特性の劣化を抑制できる。
鋼中のＮと結び付いてＴｉＮを形成する。ＴｉＮの析出
物は粗大であり、浸炭時の結晶粒の微細化、及び結晶粒
の粗大化抑制に寄与しない。むしろ、ＴｉＮが存在する
と、ＡｌＮやＮｂ（ＣＮ）の析出サイトとなり、熱間圧
延時にＡｌＮやＮｂ（ＣＮ）が粗大に析出し、浸炭時に
結晶粒の粗大化を抑制できなくなる。そのため、Ｔｉ量
はできるだけ低減することが望ましい。図１にＴｉ量と
結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの鋼材を各
温度で１０時間保定して浸炭シミュレーションを行った
結果である。温度を上げていった時、最大粒径の結晶粒
度が８番未満となる温度を結晶粒粗大化温度とした。Ｔ
ｉ含有量が０．０１０％を超えると粗大粒発生温度が９
５０℃以下になり、実用的には粗大粒の発生が懸念され
る。以上の理由から、Ｔｉの含有量を０．０１０％以下
に制限する必要がある。好適上限は０．００５％であ
る。なお、粗大なＴｉＮの存在は、最終部品の面疲労特
性の顕著な劣化を招くが、上記の範囲でＴｉ量を規制す
ることにより、面疲労特性の劣化を抑制できる。
【００２９】本発明のような高Ａｌ鋼においては、Ｏは
鋼中でＡｌ2 ０3 のような酸化物系介在物を形成する。
酸化物系介在物が鋼中に多量に存在すると、ＡｌＮやＮ
ｂ（ＣＮ）の析出サイトとなり、熱間圧延時にＡｌＮや
Ｎｂ（ＣＮ）が粗大に析出し、浸炭時に結晶粒の粗大化
を抑制できなくなる。そのため、Ｏ量はできるだけ低減
することが望ましい。図２にＯ量と結晶粒粗大化温度と
の関係を示す。圧延ままの鋼材を各温度で１０時間保定
して浸炭シミュレーションを行った結果である。温度を
上げていった時、最大粒径の結晶粒度が８番未満となる
温度を結晶粒粗大化温度とした。Ｏ含有量が０．００２
５％を超えると粗大粒発生温度が９５０℃以下になり、
実用的には粗大粒の発生が懸念される。以上の理由か
ら、その含有量を０．００２５％以下に制限する必要が
ある。好適上限は０．００２０％である。Ｐ、Ｔｉ、Ｏ
は、上記上限以下であればよく、全く含有していなくて
もよい。
鋼中でＡｌ2 ０3 のような酸化物系介在物を形成する。
酸化物系介在物が鋼中に多量に存在すると、ＡｌＮやＮ
ｂ（ＣＮ）の析出サイトとなり、熱間圧延時にＡｌＮや
Ｎｂ（ＣＮ）が粗大に析出し、浸炭時に結晶粒の粗大化
を抑制できなくなる。そのため、Ｏ量はできるだけ低減
することが望ましい。図２にＯ量と結晶粒粗大化温度と
の関係を示す。圧延ままの鋼材を各温度で１０時間保定
して浸炭シミュレーションを行った結果である。温度を
上げていった時、最大粒径の結晶粒度が８番未満となる
温度を結晶粒粗大化温度とした。Ｏ含有量が０．００２
５％を超えると粗大粒発生温度が９５０℃以下になり、
実用的には粗大粒の発生が懸念される。以上の理由か
ら、その含有量を０．００２５％以下に制限する必要が
ある。好適上限は０．００２０％である。Ｐ、Ｔｉ、Ｏ
は、上記上限以下であればよく、全く含有していなくて
もよい。
【００３０】次に本願発明では、浸炭焼入れ後の鋼部品
のマトリックス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（Ｃ
Ｎ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出
物をその合計で８０個／１００μｍ2 以上分散させて、
オーステナイト粒度が８番以上の組織を得るのである
が、このように限定した理由を以下に述べる。
のマトリックス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（Ｃ
Ｎ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出
物をその合計で８０個／１００μｍ2 以上分散させて、
オーステナイト粒度が８番以上の組織を得るのである
が、このように限定した理由を以下に述べる。
【００３１】結晶粒の粗大化を抑制するには、浸炭時に
結晶粒界をピン止めする粒子を多量、微細に分散させる
ことが有効であり、粒子の直径が小さいほど、また量が
多いほどピン止め粒子の数が増加するため好ましい。本
願発明において結晶粒界のピン止め粒子として着眼した
のは、Ｎｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡ
ｌＮの複合析出物である。圧延ままの鋼材を９５０℃×
１０時間の条件で浸炭シミュレーションを行った時の、
浸炭焼入れ後のこれらの直径０．１μｍ以下の析出物の
合計の個数とオーステナイト粒度番号の関係を図３に示
す。素材の熱間圧延後のベイナイトの組織分率は０〜５
％、フェライト結晶粒度は８．７番〜９．２番である。
マトリックス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、
ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出物をそ
の合計で８０個／１００μｍ2 以上分散させることによ
り、オーステナイト粒度が８番以上の微細組織を得るこ
とができる。以上の理由から、直径０．１μｍ以下の炭
窒化物の数を合計で８０個／１００μｍ2 以上とした。
好適範囲は、２００個／１００μｍ2 以上である。
結晶粒界をピン止めする粒子を多量、微細に分散させる
ことが有効であり、粒子の直径が小さいほど、また量が
多いほどピン止め粒子の数が増加するため好ましい。本
願発明において結晶粒界のピン止め粒子として着眼した
のは、Ｎｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡ
ｌＮの複合析出物である。圧延ままの鋼材を９５０℃×
１０時間の条件で浸炭シミュレーションを行った時の、
浸炭焼入れ後のこれらの直径０．１μｍ以下の析出物の
合計の個数とオーステナイト粒度番号の関係を図３に示
す。素材の熱間圧延後のベイナイトの組織分率は０〜５
％、フェライト結晶粒度は８．７番〜９．２番である。
マトリックス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、
ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出物をそ
の合計で８０個／１００μｍ2 以上分散させることによ
り、オーステナイト粒度が８番以上の微細組織を得るこ
とができる。以上の理由から、直径０．１μｍ以下の炭
窒化物の数を合計で８０個／１００μｍ2 以上とした。
好適範囲は、２００個／１００μｍ2 以上である。
【００３２】浸炭時の析出物の分散状態は、主として素
材の析出物の状態によって決まる。上記のように浸炭時
に析出物を微細分散するには、詳細は請求項４の説明の
ところで詳しく説明するが、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）
の析出量を例えば０．００５０％以上のように特定量以
上とし、逆にＡｌＮの析出量を０．００５０％以下のよ
うに特定量以下に制限することが有効である。さらに、
熱間圧延後の鋼のマトリックス中に直径０．１μｍ以下
のＮｂ（ＣＮ）を特定量以上分散させておくことが有効
である。さらに、本条件を満足するためには、請求項４
の説明のところでも詳しく述べるが、素材を高温加熱で
圧延し、仕上げ圧延後、徐冷することが望ましい。
材の析出物の状態によって決まる。上記のように浸炭時
に析出物を微細分散するには、詳細は請求項４の説明の
ところで詳しく説明するが、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）
の析出量を例えば０．００５０％以上のように特定量以
上とし、逆にＡｌＮの析出量を０．００５０％以下のよ
うに特定量以下に制限することが有効である。さらに、
熱間圧延後の鋼のマトリックス中に直径０．１μｍ以下
のＮｂ（ＣＮ）を特定量以上分散させておくことが有効
である。さらに、本条件を満足するためには、請求項４
の説明のところでも詳しく述べるが、素材を高温加熱で
圧延し、仕上げ圧延後、徐冷することが望ましい。
【００３３】次に、本発明の請求項２では、熱間圧延後
のベイナイトの組織分率を３０％以下に制限するが、こ
のように限定した理由を以下に述べる。上記のようにＡ
ｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）の規制を満足したとしても、熱間圧
延後の鋼材にベイナイト組織が混入すると、浸炭加熱時
の粗大粒発生の原因になる。図４にベイナイト分率と結
晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの鋼材を各温
度で１０時間保定して浸炭シミュレーションを行った結
果である。温度を上げていった時、最大粒径の結晶粒度
が８番未満となる温度を結晶粒粗大化温度とした。ベイ
ナイトの組織分率が３０％を超えると粗大粒発生温度が
９５０℃以下になり、より厳格な粗大粒の防止が求めら
れるシャフト用鋼としては、実用上不適格である。ま
た、ベイナイトの混入の抑制は冷間加工性改善の視点か
らも望ましい。以上の理由から、熱間圧延後のベイナイ
トの組織分率を３０％以下に制限する必要がある。好適
範囲は２０％以下である。ベイナイト組織分率は、上記
上限以下であればよく、全く存在していなくてもよい。
のベイナイトの組織分率を３０％以下に制限するが、こ
のように限定した理由を以下に述べる。上記のようにＡ
ｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）の規制を満足したとしても、熱間圧
延後の鋼材にベイナイト組織が混入すると、浸炭加熱時
の粗大粒発生の原因になる。図４にベイナイト分率と結
晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの鋼材を各温
度で１０時間保定して浸炭シミュレーションを行った結
果である。温度を上げていった時、最大粒径の結晶粒度
が８番未満となる温度を結晶粒粗大化温度とした。ベイ
ナイトの組織分率が３０％を超えると粗大粒発生温度が
９５０℃以下になり、より厳格な粗大粒の防止が求めら
れるシャフト用鋼としては、実用上不適格である。ま
た、ベイナイトの混入の抑制は冷間加工性改善の視点か
らも望ましい。以上の理由から、熱間圧延後のベイナイ
トの組織分率を３０％以下に制限する必要がある。好適
範囲は２０％以下である。ベイナイト組織分率は、上記
上限以下であればよく、全く存在していなくてもよい。
【００３４】次に、本願発明の請求項３では、熱間圧延
後のフェライト結晶粒度番号が８〜１１番とするが、こ
のように限定した理由を以下に述べる。熱間圧延後の鋼
材のフェライト粒が過度に微細であると、浸炭加熱時に
粗大粒が発生しやすくなる。図５にフェライト結晶粒度
と結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの鋼材を
各温度で１０時間保定して浸炭シミュレーションを行っ
た結果である。温度を上げていった時、最大粒径の結晶
粒度が８番未満となる温度を結晶粒粗大化温度とした。
フェライト結晶粒度番号が１１番を超えると粗大粒発生
温度が９５０℃以下になり、シャフト用鋼としては、実
用上不適格である。また、熱間圧延後の鋼材のフェライ
ト結晶粒度番号を８番未満の粗粒にした場合、パーライ
ト分率が増加して熱間圧延材の硬さが増加し、冷間加工
性が劣化する。以上の理由から、熱間圧延後のフェライ
ト結晶粒度番号を８〜１１番の範囲内にする必要があ
る。なお、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号を８〜
１１番の範囲内にするには、熱間圧延の仕上げ温度を９
００℃以上とすることが望ましい。
後のフェライト結晶粒度番号が８〜１１番とするが、こ
のように限定した理由を以下に述べる。熱間圧延後の鋼
材のフェライト粒が過度に微細であると、浸炭加熱時に
粗大粒が発生しやすくなる。図５にフェライト結晶粒度
と結晶粒粗大化温度との関係を示す。圧延ままの鋼材を
各温度で１０時間保定して浸炭シミュレーションを行っ
た結果である。温度を上げていった時、最大粒径の結晶
粒度が８番未満となる温度を結晶粒粗大化温度とした。
フェライト結晶粒度番号が１１番を超えると粗大粒発生
温度が９５０℃以下になり、シャフト用鋼としては、実
用上不適格である。また、熱間圧延後の鋼材のフェライ
ト結晶粒度番号を８番未満の粗粒にした場合、パーライ
ト分率が増加して熱間圧延材の硬さが増加し、冷間加工
性が劣化する。以上の理由から、熱間圧延後のフェライ
ト結晶粒度番号を８〜１１番の範囲内にする必要があ
る。なお、熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号を８〜
１１番の範囲内にするには、熱間圧延の仕上げ温度を９
００℃以上とすることが望ましい。
【００３５】次に、本願発明請求項４では、素材の熱間
圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出量を０．００５０％以上と
し、ＡｌＮの析出量を０．００５０％以下に制限する
が、このように限定した理由を以下に述べる。浸炭時に
結晶粒の粗大化を防止するにはピン止め粒子として微細
なＡｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）が有効である。粗大なＡｌＮ、
Ｎｂ（ＣＮ）は浸炭時の結晶粒の粗大化防止に全く役に
立たないばかりでなく、むしろ粗大化防止に対して有害
である。ここで、Ｎｂは、鋼中のＣ、Ｎと結合し、Ｎｂ
Ｃ、ＮｂＮ及び両者が複合化したＮｂ（ＣＮ）を生成す
るが、本願発明で言うＮｂ（ＣＮ）はこれら３種類の析
出物の総称として用いている。
圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出量を０．００５０％以上と
し、ＡｌＮの析出量を０．００５０％以下に制限する
が、このように限定した理由を以下に述べる。浸炭時に
結晶粒の粗大化を防止するにはピン止め粒子として微細
なＡｌＮ、Ｎｂ（ＣＮ）が有効である。粗大なＡｌＮ、
Ｎｂ（ＣＮ）は浸炭時の結晶粒の粗大化防止に全く役に
立たないばかりでなく、むしろ粗大化防止に対して有害
である。ここで、Ｎｂは、鋼中のＣ、Ｎと結合し、Ｎｂ
Ｃ、ＮｂＮ及び両者が複合化したＮｂ（ＣＮ）を生成す
るが、本願発明で言うＮｂ（ＣＮ）はこれら３種類の析
出物の総称として用いている。
【００３６】まず、浸炭加熱時にＮｂ（ＣＮ）のピン止
め効果を安定して発揮させるには、熱間圧延後の鋼材
に、一定量以上のＮｂ（ＣＮ）をあらかじめ微細析出さ
せておくことが必要である。これは、Ｎｂ（ＣＮ）をあ
らかじめ微細析出させておかないと、浸炭時の昇温過程
で、オーステナイト化の初期に混粒が発生し、粗大粒の
原因となるためである。また、浸炭加熱時にＡｌＮのピ
ン止め効果を安定して発揮させるには、熱間圧延後の鋼
材の状態で、ＡｌＮの析出量を逆に極力制限する必要が
ある。これは、熱間圧延後の鋼材の状態で析出するＡｌ
Ｎは粗大であり、ピン止め粒子として寄与しないばかり
か、むしろ上記のＮｂ（ＣＮ）の粗大析出の核になり、
Ｎｂ（ＣＮ）の微細析出が妨げられて、結晶粒の粗大化
を促進する。図６に熱間圧延後のＡｌＮの析出量とＮｂ
（ＣＮ）の析出量と結晶粒粗大化温度との関係を示す。
圧延ままの鋼材を、９５０℃×１０時間の条件で浸炭シ
ミュレーションを行った結果である。Ｎｂ（ＣＮ）の析
出量が０．００５０％未満、およびＡｌＮの析出量が
０．００５％を超えると、粗大粒が生成する。以上か
ら、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出量を０．００５０
％以上に、また、ＡｌＮの析出量を０．００５％以下に
制限する必要がある。好適範囲は、熱間圧延後のＮｂ
（ＣＮ）の析出量０．０１０％以上、ＡｌＮの析出量
０．００３％以下である。なお、熱間圧延後の鋼材の状
態で、ＡｌＮの析出量を本発明の範囲で極力制限すれ
ば、浸炭時の昇温過程でＡｌＮを鋼中に微細分散させる
ことが可能になり、浸炭時の粗大粒を防止することが可
能になる。ＡｌＮの析出量は上記上限以下であればよ
く、全く存在していなくてもよい。
め効果を安定して発揮させるには、熱間圧延後の鋼材
に、一定量以上のＮｂ（ＣＮ）をあらかじめ微細析出さ
せておくことが必要である。これは、Ｎｂ（ＣＮ）をあ
らかじめ微細析出させておかないと、浸炭時の昇温過程
で、オーステナイト化の初期に混粒が発生し、粗大粒の
原因となるためである。また、浸炭加熱時にＡｌＮのピ
ン止め効果を安定して発揮させるには、熱間圧延後の鋼
材の状態で、ＡｌＮの析出量を逆に極力制限する必要が
ある。これは、熱間圧延後の鋼材の状態で析出するＡｌ
Ｎは粗大であり、ピン止め粒子として寄与しないばかり
か、むしろ上記のＮｂ（ＣＮ）の粗大析出の核になり、
Ｎｂ（ＣＮ）の微細析出が妨げられて、結晶粒の粗大化
を促進する。図６に熱間圧延後のＡｌＮの析出量とＮｂ
（ＣＮ）の析出量と結晶粒粗大化温度との関係を示す。
圧延ままの鋼材を、９５０℃×１０時間の条件で浸炭シ
ミュレーションを行った結果である。Ｎｂ（ＣＮ）の析
出量が０．００５０％未満、およびＡｌＮの析出量が
０．００５％を超えると、粗大粒が生成する。以上か
ら、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出量を０．００５０
％以上に、また、ＡｌＮの析出量を０．００５％以下に
制限する必要がある。好適範囲は、熱間圧延後のＮｂ
（ＣＮ）の析出量０．０１０％以上、ＡｌＮの析出量
０．００３％以下である。なお、熱間圧延後の鋼材の状
態で、ＡｌＮの析出量を本発明の範囲で極力制限すれ
ば、浸炭時の昇温過程でＡｌＮを鋼中に微細分散させる
ことが可能になり、浸炭時の粗大粒を防止することが可
能になる。ＡｌＮの析出量は上記上限以下であればよ
く、全く存在していなくてもよい。
【００３７】なお、ＡｌＮの析出量を０．００５％以下
に制限する方法として、熱間圧延時の加熱条件を１１５
０℃以上の温度で保熱時間１０分以上加熱の条件で加熱
することが望ましい。また、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）
の析出量を０．００５０％以上にする方法として、熱間
圧延後に、保温カバーまたは熱源付き保温カバーを用い
て、Ｎｂ（ＣＮ）の析出温度域である８００〜５００℃
の温度範囲を１℃／秒以下の冷却速度で徐冷することが
望ましい。
に制限する方法として、熱間圧延時の加熱条件を１１５
０℃以上の温度で保熱時間１０分以上加熱の条件で加熱
することが望ましい。また、熱間圧延後のＮｂ（ＣＮ）
の析出量を０．００５０％以上にする方法として、熱間
圧延後に、保温カバーまたは熱源付き保温カバーを用い
て、Ｎｂ（ＣＮ）の析出温度域である８００〜５００℃
の温度範囲を１℃／秒以下の冷却速度で徐冷することが
望ましい。
【００３８】次に本願発明請求項４では、熱間圧延まま
で、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度を有する棒鋼
または線材を素材とするが、これは、寸法公差が±０．
１ｍｍを超えると、圧延ままでシャフト用の素材として
用いるには精度が不足する。そのため、引き抜き工程を
省略できず、さらにその結果、引き抜き工程が省略でき
ないと、粗大粒防止の観点から焼鈍工程も省略できなく
なる。以上の理由から、引き抜き工程・焼鈍工程省略の
ためには、熱間圧延において精密圧延を行い、熱間圧延
ままで、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度に制限す
る必要がある。
で、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度を有する棒鋼
または線材を素材とするが、これは、寸法公差が±０．
１ｍｍを超えると、圧延ままでシャフト用の素材として
用いるには精度が不足する。そのため、引き抜き工程を
省略できず、さらにその結果、引き抜き工程が省略でき
ないと、粗大粒防止の観点から焼鈍工程も省略できなく
なる。以上の理由から、引き抜き工程・焼鈍工程省略の
ためには、熱間圧延において精密圧延を行い、熱間圧延
ままで、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度に制限す
る必要がある。
【００３９】
【実施例】以下に、本発明の効果を実施例により、さら
に具体的に示す。
に具体的に示す。
【００４０】（実施例１）表１に示す組成を有する転炉
溶製鋼を連続鋳造し、必要に応じて分塊圧延工程を経て
１６２ｍｍ角の圧延素材とした。続いて、熱間圧延によ
り、直径２３ｍｍの棒鋼を製造した。熱間圧延の条件
は、加熱温度１０００〜１２８０℃、圧延後の８００℃
〜５００℃の冷却速度は０．２〜１．５℃／秒の範囲で
ある。
溶製鋼を連続鋳造し、必要に応じて分塊圧延工程を経て
１６２ｍｍ角の圧延素材とした。続いて、熱間圧延によ
り、直径２３ｍｍの棒鋼を製造した。熱間圧延の条件
は、加熱温度１０００〜１２８０℃、圧延後の８００℃
〜５００℃の冷却速度は０．２〜１．５℃／秒の範囲で
ある。
【００４１】熱間圧延後の棒鋼から、一部の圧延材につ
いてＡｌＮの析出量、Ｎｂ（ＣＮ）の析出量を化学分析
により求めた。また、圧延後の棒鋼のビッカース硬さを
測定し、冷間加工性の指標とした。また、一部の圧延材
について寸法公差を測定した。
いてＡｌＮの析出量、Ｎｂ（ＣＮ）の析出量を化学分析
により求めた。また、圧延後の棒鋼のビッカース硬さを
測定し、冷間加工性の指標とした。また、一部の圧延材
について寸法公差を測定した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】上記の工程で製造した棒鋼について、直径
２３ｍｍ×長さ２００ｍｍの試験片を作成し、９５０℃
×１０時間の条件で浸炭焼入れを行った。なお、比較例
２４については、圧延材を６５０℃で焼鈍し、直径２２
ｍｍへ引き抜きを行った材料から、直径２２ｍｍ×長さ
２００ｍｍの試験片を作成した。また、比較例２５につ
いては、圧延材を焼鈍しないで、そのまま直径２２ｍｍ
へ引き抜きを行った材料から、直径２２ｍｍ×長さ２０
０ｍｍの試験片を作成した。
２３ｍｍ×長さ２００ｍｍの試験片を作成し、９５０℃
×１０時間の条件で浸炭焼入れを行った。なお、比較例
２４については、圧延材を６５０℃で焼鈍し、直径２２
ｍｍへ引き抜きを行った材料から、直径２２ｍｍ×長さ
２００ｍｍの試験片を作成した。また、比較例２５につ
いては、圧延材を焼鈍しないで、そのまま直径２２ｍｍ
へ引き抜きを行った材料から、直径２２ｍｍ×長さ２０
０ｍｍの試験片を作成した。
【００４５】浸炭焼入れによる曲がり量の測定は、直径
２３ｍｍ（一部直径２２ｍｍ）×長さ２００ｍｍの棒の
浸炭焼入れ後の中央部の振れ量を測定することによっ
た。
２３ｍｍ（一部直径２２ｍｍ）×長さ２００ｍｍの棒の
浸炭焼入れ後の中央部の振れ量を測定することによっ
た。
【００４６】次に、浸炭焼入れ材の析出物の分散状態を
調べるため、棒鋼のマトリックス中に存在する析出物を
抽出レプリカ法によって採取し、透過型電子顕微鏡で観
察した。観察方法は３００００倍で２０視野程度観察
し、１視野中の直径０．１μｍ以下のＡｌＮ、Ｎｂ（Ｃ
Ｎ）、ＡｌＮとＮｂ（ＣＮ）の複合析出物の数を数え、
１００μｍ2 あたりの数に換算した。
調べるため、棒鋼のマトリックス中に存在する析出物を
抽出レプリカ法によって採取し、透過型電子顕微鏡で観
察した。観察方法は３００００倍で２０視野程度観察
し、１視野中の直径０．１μｍ以下のＡｌＮ、Ｎｂ（Ｃ
Ｎ）、ＡｌＮとＮｂ（ＣＮ）の複合析出物の数を数え、
１００μｍ2 あたりの数に換算した。
【００４７】また、旧オーステナイト粒界現出腐食を行
い、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に準じて旧オーステナイト粒
度の測定を行った。粒度番号８番以下の粗粒が１つでも
存在すれば粗大粒ありと判定した。
い、ＪＩＳ Ｇ ０５５１に準じて旧オーステナイト粒
度の測定を行った。粒度番号８番以下の粗粒が１つでも
存在すれば粗大粒ありと判定した。
【００４８】これらの調査結果をまとめて、表２に示
す。本発明例の９５０℃浸炭時のγ粒度は８．３番以上
であり、細整粒である。また、曲がり量は０．２６〜
０．２９ｍｍと小さい。
す。本発明例の９５０℃浸炭時のγ粒度は８．３番以上
であり、細整粒である。また、曲がり量は０．２６〜
０．２９ｍｍと小さい。
【００４９】一方、比較例１２はＡｌの含有量が本願規
定の範囲を下回った場合であり、浸炭後の析出物の数も
本願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発生し、曲が
り量は大きい。比較例１３、１４はＡｌの含有量が本願
規定の範囲を上回った場合であり、やはり、浸炭後の析
出物の数は本願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発
生し、曲がり量は大きい。これは、粗大なＡｌＮが存在
し、ＡｌＮとＮｂ（ＣＮ）の微細分散が妨げられたため
である。比較例１５はＮｂの含有量が本願規定の範囲を
下回った場合であり、同様に、浸炭後の析出物の数は本
願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発生し、曲がり
量は大きい。比較例１６、１７はＮｂの含有量が本願規
定の範囲を上回った場合であり、やはり、浸炭後の析出
物の数は本願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発生
し、曲がり量は大きい。比較例１８はＮの含有量が本願
規定の範囲を下回った場合であり、窒化物の量が不足す
るため、浸炭後の析出物の数は本願規定の範囲を下回っ
ており、粗大粒が発生する。比較例１９はＮの含有量が
本願規定の範囲を上回った場合であり、析出物が粗大に
なり、やはり粗大粒が発生している。比較例２０、２１
は、Ｔｉの含有量、Ｏの含有量が本願規定の範囲を上回
った場合であり、いずれも粗大粒が発生している。ま
た、比較例２２は、熱間圧延後に急速冷却する工程で素
材を製造したため、圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出量が本
願規定の範囲を下回った方法で製造した場合であり、浸
炭後の析出物の数は本願規定の範囲にあるものの、混粒
の発生傾向が大なるため、粗大粒が発生する。比較例２
３は素材製造時の熱間圧延の加熱温度が低すぎたため、
圧延後のＡＩＮの析出量が本願規定の範囲を上回った方
法で製造した場合であり、粗大粒が発生している。
定の範囲を下回った場合であり、浸炭後の析出物の数も
本願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発生し、曲が
り量は大きい。比較例１３、１４はＡｌの含有量が本願
規定の範囲を上回った場合であり、やはり、浸炭後の析
出物の数は本願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発
生し、曲がり量は大きい。これは、粗大なＡｌＮが存在
し、ＡｌＮとＮｂ（ＣＮ）の微細分散が妨げられたため
である。比較例１５はＮｂの含有量が本願規定の範囲を
下回った場合であり、同様に、浸炭後の析出物の数は本
願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発生し、曲がり
量は大きい。比較例１６、１７はＮｂの含有量が本願規
定の範囲を上回った場合であり、やはり、浸炭後の析出
物の数は本願規定の範囲を下回っており、粗大粒が発生
し、曲がり量は大きい。比較例１８はＮの含有量が本願
規定の範囲を下回った場合であり、窒化物の量が不足す
るため、浸炭後の析出物の数は本願規定の範囲を下回っ
ており、粗大粒が発生する。比較例１９はＮの含有量が
本願規定の範囲を上回った場合であり、析出物が粗大に
なり、やはり粗大粒が発生している。比較例２０、２１
は、Ｔｉの含有量、Ｏの含有量が本願規定の範囲を上回
った場合であり、いずれも粗大粒が発生している。ま
た、比較例２２は、熱間圧延後に急速冷却する工程で素
材を製造したため、圧延後のＮｂ（ＣＮ）の析出量が本
願規定の範囲を下回った方法で製造した場合であり、浸
炭後の析出物の数は本願規定の範囲にあるものの、混粒
の発生傾向が大なるため、粗大粒が発生する。比較例２
３は素材製造時の熱間圧延の加熱温度が低すぎたため、
圧延後のＡＩＮの析出量が本願規定の範囲を上回った方
法で製造した場合であり、粗大粒が発生している。
【００５０】次に、比較例２４は、圧延材を６５０℃で
焼鈍後、引き抜き工程を経て浸炭焼入れを行った場合で
あり、従来工程に相当する製造方法で浸炭焼入れを行っ
た場合であるが、粗大粒は発生していない。これに対し
て、比較例２５は、圧延材を焼鈍工程を省略し、引き抜
き工程を経て浸炭焼入れを行った場合であり、粗大粒が
発生する。以上から、本願発明において、引き抜き工程
を省略するために、精密圧延材を適用したことの進歩性
が明らかである。
焼鈍後、引き抜き工程を経て浸炭焼入れを行った場合で
あり、従来工程に相当する製造方法で浸炭焼入れを行っ
た場合であるが、粗大粒は発生していない。これに対し
て、比較例２５は、圧延材を焼鈍工程を省略し、引き抜
き工程を経て浸炭焼入れを行った場合であり、粗大粒が
発生する。以上から、本願発明において、引き抜き工程
を省略するために、精密圧延材を適用したことの進歩性
が明らかである。
【００５１】（実施例２）実施例１で製造した１６２ｍ
ｍ角の圧延素材を用いて、熱間圧延により、直径２３ｍ
ｍの棒鋼を製造した。熱間圧延の条件は、加熱温度１０
００〜１２８０℃、仕上げ温度は８４０℃〜１０００
℃、圧延後の８００℃〜５００℃の冷却速度は０．２〜
１．５℃／秒の範囲である。熱間圧延後の一部の棒鋼に
ついて組織観察を行い、ベイナイトの組織分率、フェラ
イトの結晶粒度番号を求めた。
ｍ角の圧延素材を用いて、熱間圧延により、直径２３ｍ
ｍの棒鋼を製造した。熱間圧延の条件は、加熱温度１０
００〜１２８０℃、仕上げ温度は８４０℃〜１０００
℃、圧延後の８００℃〜５００℃の冷却速度は０．２〜
１．５℃／秒の範囲である。熱間圧延後の一部の棒鋼に
ついて組織観察を行い、ベイナイトの組織分率、フェラ
イトの結晶粒度番号を求めた。
【００５２】上記の工程で製造した棒鋼について、直径
２３ｍｍ×長さ２００ｍｍの試験片を作成し、９５０℃
×１０時間の条件で浸炭焼入れを行った。その後、実施
例１と同様の方法で、浸炭後の曲がり、析出物の数、γ
粒度、粗大粒の有無を求めた。これらの調査結果をまと
めて、表３に示す。本発明例の９５０℃浸炭時のγ粒度
は９．７番以上であり、細整粒である。曲がり量も０．
１９〜０．２５ｍｍと小さい。
２３ｍｍ×長さ２００ｍｍの試験片を作成し、９５０℃
×１０時間の条件で浸炭焼入れを行った。その後、実施
例１と同様の方法で、浸炭後の曲がり、析出物の数、γ
粒度、粗大粒の有無を求めた。これらの調査結果をまと
めて、表３に示す。本発明例の９５０℃浸炭時のγ粒度
は９．７番以上であり、細整粒である。曲がり量も０．
１９〜０．２５ｍｍと小さい。
【００５３】一方、比較例８は、熱間圧延後の冷却速度
が早かったため、圧延後のベイナイトの組織分率が本願
規定の範囲を上回った場合であり粗大粒が発生してい
る。また、比較例１９は素材製造時の熱間圧延の仕上げ
圧延温度が低すぎたため、圧延後のフェライト結晶粒度
番号が本願規定の範囲を上回った場合であり、粗大粒が
発生している。
が早かったため、圧延後のベイナイトの組織分率が本願
規定の範囲を上回った場合であり粗大粒が発生してい
る。また、比較例１９は素材製造時の熱間圧延の仕上げ
圧延温度が低すぎたため、圧延後のフェライト結晶粒度
番号が本願規定の範囲を上回った場合であり、粗大粒が
発生している。
【００５４】
【表３】
【００５５】
【発明の効果】本発明の浸炭軸状部品の製造方法を用い
れば、引き抜き工程および焼鈍工程を省略して、圧延ま
まの鋼材を用いて、粗大粒を発生せず、曲がりない浸炭
軸状部品の製造が可能になり、本発明による産業上の効
果は極めて顕著なるものがある。
れば、引き抜き工程および焼鈍工程を省略して、圧延ま
まの鋼材を用いて、粗大粒を発生せず、曲がりない浸炭
軸状部品の製造が可能になり、本発明による産業上の効
果は極めて顕著なるものがある。
【図１】Ｔｉ量と結晶粒粗大化温度の関係について解析
した一例を示す図である。
した一例を示す図である。
【図２】Ｏ量と結晶粒粗大化温度の関係について解析し
た一例を示す図である。
た一例を示す図である。
【図３】浸炭焼入れ後の微細析出物の個数とオーステナ
イト粒度番号の関係について解析した一例を示す図であ
る。
イト粒度番号の関係について解析した一例を示す図であ
る。
【図４】熱間圧延後のベイナイト分率と結晶粒粗大化温
度の関係について解析した一例を示す図である。
度の関係について解析した一例を示す図である。
【図５】熱間圧延後のフェライト結晶粒度番号と結晶粒
粗大化温度の関係について解析した一例を示す図であ
る。
粗大化温度の関係について解析した一例を示す図であ
る。
【図６】熱間圧延後のＡｌＮの析出量とＮｂ（ＣＮ）の
析出量と結晶粒粗大化温度の関係について解析した一例
を示す図である。
析出量と結晶粒粗大化温度の関係について解析した一例
を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項１】 重量％でＣ：０．１０〜０．３５％、Ｓ
ｉ：０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．８０
％、Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１５〜
０．０４０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％、Ｎ：
０．００６０〜０．０２００％、を含有し、さらに、Ｃ
ｒ：０．４０〜１．８０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０
％、Ｎｉ：０．１〜３．５％、Ｖ：０．０３〜０．５
％、の１種または２種以上を含有し、Ｐ：０．０２５％
以下、Ｔｉ：０．０１％以下、Ｏ：０．００２５％以下
に制限し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、浸
炭焼入れ後のマトリックス中に直径０．１μｍ以下のＮ
ｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複
合析出物をその合計で８０個／１００μｍ2 以上分散さ
せて、オーステナイト粒度が８番以上の組織にせしめた
ことを特徴とする浸炭軸状部品。 - 【請求項２】 請求項１に加え、熱間圧延後のベイナイ
トの組織分率を３０％以下に制限した棒鋼または線材を
素材として得たことを含むことを特徴とする浸炭軸状部
品。 - 【請求項３】 請求項１または２に加え、熱間圧延後の
フェライト結晶粒度番号が８〜１１番である棒鋼または
線材を素材として得たことを含むことを特徴とする浸炭
軸状部品。 - 【請求項４】 重量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、
Ｓｉ：０．０２〜０．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．８
０％、Ｓ：０．００５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１５
〜０．０４０％Ｎｂ：０．００５〜０．０４０％Ｎ：
０．００６０〜０．０２００％、を含有し、さらに、Ｃ
ｒ：０．４０〜１．８０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０
％、Ｎｉ：０．１〜３．５％Ｖ：０．０３〜０．５％の
１種または２種以上を含有し、Ｐ：０．０２５％以下、
Ｔｉ：０．０１％以下、Ｏ：０．００２５％以下に制限
し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、熱間圧延
後のＮｂ（ＣＮ）の析出量が０．００５０％以上であ
り、ＡｌＮの析出量を０．００５０％以下に制限し、熱
間圧延ままで、寸法公差が±０．１ｍｍ以下の径精度を
有する棒鋼または線材を素材とし、焼鈍工程および引き
抜き工程を省略して、直接軸状部品に成形加工した後、
浸炭焼入れを行い、浸炭焼入れ後の軸状部品のマトリッ
クス中に直径０．１μｍ以下のＮｂ（ＣＮ）、ＡｌＮ、
またはＮｂ（ＣＮ）とＡｌＮの複合析出物をその合計で
８０個／１００μｍ2 以上分散させて、オーステナイト
粒度が８番以上の組織とすることを特徴とする浸炭軸状
部品の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４に加え、熱間圧延後のベイナイ
トの組織分率を３０％以下に制限した棒鋼または線材を
素材とすることを含むことを特徴とする浸炭軸状部品の
製造方法。 - 【請求項６】 請求項４または５に加え、熱間圧延後の
フェライト結晶粒度番号が８〜１１番である棒鋼または
線材を素材とすることを含むことを特徴とする浸炭軸状
部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21055597A JP3725666B2 (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | 浸炭軸状部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21055597A JP3725666B2 (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | 浸炭軸状部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150191A true JPH1150191A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3725666B2 JP3725666B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=16591268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21055597A Expired - Fee Related JP3725666B2 (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | 浸炭軸状部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3725666B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003027135A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-29 | Aichi Steel Works Ltd | 高温浸炭用鋼の製造方法及びその方法により製造された高温浸炭用鋼 |
| JP2008174830A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-31 | Nippon Steel Corp | 機械的特性及び被削性に優れた機械構造用鋼 |
| JP2010163666A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Nippon Steel Corp | 浸炭時の粗大粒防止特性と疲労特性に優れた肌焼鋼とその製造方法 |
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