JPH0953148A - 高靭性肌焼き鋼製機械部品およびその製法 - Google Patents
高靭性肌焼き鋼製機械部品およびその製法Info
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- JPH0953148A JPH0953148A JP20631095A JP20631095A JPH0953148A JP H0953148 A JPH0953148 A JP H0953148A JP 20631095 A JP20631095 A JP 20631095A JP 20631095 A JP20631095 A JP 20631095A JP H0953148 A JPH0953148 A JP H0953148A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた衝撃強度と衝撃曲げ疲労特性を備えた
高靭性肌焼き鋼製機械部品を提供すること。 【解決手段】 Ｃ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｎ等の含有量が規定さ
れた鋼材よりなる機械部品に浸炭焼入れ若しくは浸炭・
窒化焼入れ処理してなり、芯部におけるマルテンサイト
とベイナイトの総面積率が９５％以上、マルテンサイト
面積率が９０％以下、初析フェライト面積率が５％を超
えて生成させず、浸炭層若しくは浸炭・窒化層のオース
テナイト結晶粒の結晶粒度番号が８番以上で、且つ表面
から０．０５ｍｍの深さ位置までの浸炭層若しくは浸炭
・窒化層における残留オーステナイト量が１０〜５０％
である高靭性肌焼き鋼製機械部品とその製法を開示す
る。
高靭性肌焼き鋼製機械部品を提供すること。 【解決手段】 Ｃ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｎ等の含有量が規定さ
れた鋼材よりなる機械部品に浸炭焼入れ若しくは浸炭・
窒化焼入れ処理してなり、芯部におけるマルテンサイト
とベイナイトの総面積率が９５％以上、マルテンサイト
面積率が９０％以下、初析フェライト面積率が５％を超
えて生成させず、浸炭層若しくは浸炭・窒化層のオース
テナイト結晶粒の結晶粒度番号が８番以上で、且つ表面
から０．０５ｍｍの深さ位置までの浸炭層若しくは浸炭
・窒化層における残留オーステナイト量が１０〜５０％
である高靭性肌焼き鋼製機械部品とその製法を開示す
る。
Description
【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肌焼きの行なわれた
鋼製機械部品の改質技術に関し、特に耐摩耗性および耐
疲労特性を高め、自動車などの歯車、シャフト、等速ジ
ョイント等の機械部品として優れた靭性を有する肌焼き
鋼製機械部品およびその製法に関するものである。
しくは浸炭・窒化焼入れ処理により肌焼きの行なわれた
鋼製機械部品の改質技術に関し、特に耐摩耗性および耐
疲労特性を高め、自動車などの歯車、シャフト、等速ジ
ョイント等の機械部品として優れた靭性を有する肌焼き
鋼製機械部品およびその製法に関するものである。
【０００２】尚本明細書では、歯車への適用を主体にし
て説明を進めるが、本発明の適用対象は勿論歯車に限定
される訳ではなく、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化
焼入れ処理による高レベルの表面硬度と耐衝撃特性、耐
疲労特性を必要とする様々の機械構造用部品に広く適用
することができる。
て説明を進めるが、本発明の適用対象は勿論歯車に限定
される訳ではなく、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化
焼入れ処理による高レベルの表面硬度と耐衝撃特性、耐
疲労特性を必要とする様々の機械構造用部品に広く適用
することができる。
【０００３】
【従来の技術】近年、自動車や自動二輪車等を始めとす
る様々の輸送機械などから放出される排ガスによる大気
汚染は大きな社会問題となっており、こうした問題を軽
減すると共に燃費低減を図るための車体軽量化対策の一
環として、歯車やシャフト等の機械部品の小型軽量化が
進められており、それに伴ってそれらの部品に対する高
強度化や高疲労強度化の要求は一段と高まっている。
る様々の輸送機械などから放出される排ガスによる大気
汚染は大きな社会問題となっており、こうした問題を軽
減すると共に燃費低減を図るための車体軽量化対策の一
環として、歯車やシャフト等の機械部品の小型軽量化が
進められており、それに伴ってそれらの部品に対する高
強度化や高疲労強度化の要求は一段と高まっている。
【０００４】ところで歯車等を高強度化する際には、疲
労特性の向上に加えて衝撃特性も高める必要があり、衝
撃特性の向上対策としては、例えば特開平１−２４７５
６１号公報に記載されている様に、ＰやＳなどの不純物
元素を極力低減すると共にＭｏやＶ等の合金元素を含有
せしめることによって耐衝撃性を高め、且つ表面に浸炭
あるいは浸炭・窒化等の肌焼き処理を施すことによって
表面強度を高める方法が知られている。また特開昭６２
−１８４３号公報には、原料鋼材中にＭｏやＳｉ等を添
加することによって浸炭処理後の芯部組織を結晶粒度番
号で９番以上の微細なフェライト＋マルテンサイト二層
組織とすると共に、浸炭層の結晶粒度番号も９番以上と
することにより、衝撃特性を高めた高靭性浸炭用鋼も開
示されている。
労特性の向上に加えて衝撃特性も高める必要があり、衝
撃特性の向上対策としては、例えば特開平１−２４７５
６１号公報に記載されている様に、ＰやＳなどの不純物
元素を極力低減すると共にＭｏやＶ等の合金元素を含有
せしめることによって耐衝撃性を高め、且つ表面に浸炭
あるいは浸炭・窒化等の肌焼き処理を施すことによって
表面強度を高める方法が知られている。また特開昭６２
−１８４３号公報には、原料鋼材中にＭｏやＳｉ等を添
加することによって浸炭処理後の芯部組織を結晶粒度番
号で９番以上の微細なフェライト＋マルテンサイト二層
組織とすると共に、浸炭層の結晶粒度番号も９番以上と
することにより、衝撃特性を高めた高靭性浸炭用鋼も開
示されている。
【０００５】しかしながら、上記の様に不純物元素を低
減したり合金元素を添加するだけでは高強度化と衝撃特
性に対する最近の要望を満たすことはできず、また結晶
粒度を制御する方法にしても、必ずしも満足のいく性能
のものが得られているとはいえず、更には高価な合金元
素の多量添加によってコスト高になるという問題も指摘
される。
減したり合金元素を添加するだけでは高強度化と衝撃特
性に対する最近の要望を満たすことはできず、また結晶
粒度を制御する方法にしても、必ずしも満足のいく性能
のものが得られているとはいえず、更には高価な合金元
素の多量添加によってコスト高になるという問題も指摘
される。
【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、高価
な合金元素を多量添加することなく、低コストで且つ耐
摩耗性、疲労特性、耐衝撃性等に優れ、歯車やシャフト
等の機械部品として優れた性能を示す高靭性肌焼き鋼製
機械部品およびその製法を提供しようとするものであ
る。
情に着目してなされたものであって、その目的は、高価
な合金元素を多量添加することなく、低コストで且つ耐
摩耗性、疲労特性、耐衝撃性等に優れ、歯車やシャフト
等の機械部品として優れた性能を示す高靭性肌焼き鋼製
機械部品およびその製法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高靭性肌焼き鋼製機械部品の構成
は、 Ｃ：０．１〜０．２５％（以下、特記しない限りｍａｓ
ｓ％を意味する） Ｓｉ：０．１５％以下 Ｍｎ：１．２０％超、２．０％以下 Ｐ：０．０２％以下 Ｓ：０．０２％以下 Ｃｒ：０．７０超、１．５０％以下 Ａｌ：０．０１５〜０．０６０％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材を用いた機械部品に浸炭焼入れ処理もしく
は浸炭・窒化焼入れ処理を施してなり、芯部におけるマ
ルテンサイトとベイナイトの総面積率が９５％以上、マ
ルテンサイト面積率が９０％以下で、初析フェライトは
５％を超える面積率で生成しておらず、浸炭層もしくは
浸炭・窒化層のオーステナイト結晶粒の結晶粒度番号が
８番以上で、且つ表面から０．０５ｍｍの深さ位置まで
の浸炭層もしくは浸炭・窒化層における残留オーステナ
イト量が１０〜５０％を満足するものである。上記本発
明においては、鋼材中に他の元素としてＭｏ：０．０８
〜０．６％および／またはＮｉ：０．２〜３．７５％を
含有せしめ、更にはＣｕ：０．３〜２．０％を含有さ
せ、あるいは更に他の元素としてＶ：０．０３〜０．５
％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％およびＮｂ：０．００
５〜０．１％よりなる群から選択される少なくとも１種
の元素を含有させ、更にはＣａ：０．０００５〜０．０
８％および／もしくはＺｒ：０．００２〜０．０８％を
含有させることによってその物性を一段と改質すること
が可能である。
のできた本発明に係る高靭性肌焼き鋼製機械部品の構成
は、 Ｃ：０．１〜０．２５％（以下、特記しない限りｍａｓ
ｓ％を意味する） Ｓｉ：０．１５％以下 Ｍｎ：１．２０％超、２．０％以下 Ｐ：０．０２％以下 Ｓ：０．０２％以下 Ｃｒ：０．７０超、１．５０％以下 Ａｌ：０．０１５〜０．０６０％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材を用いた機械部品に浸炭焼入れ処理もしく
は浸炭・窒化焼入れ処理を施してなり、芯部におけるマ
ルテンサイトとベイナイトの総面積率が９５％以上、マ
ルテンサイト面積率が９０％以下で、初析フェライトは
５％を超える面積率で生成しておらず、浸炭層もしくは
浸炭・窒化層のオーステナイト結晶粒の結晶粒度番号が
８番以上で、且つ表面から０．０５ｍｍの深さ位置まで
の浸炭層もしくは浸炭・窒化層における残留オーステナ
イト量が１０〜５０％を満足するものである。上記本発
明においては、鋼材中に他の元素としてＭｏ：０．０８
〜０．６％および／またはＮｉ：０．２〜３．７５％を
含有せしめ、更にはＣｕ：０．３〜２．０％を含有さ
せ、あるいは更に他の元素としてＶ：０．０３〜０．５
％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％およびＮｂ：０．００
５〜０．１％よりなる群から選択される少なくとも１種
の元素を含有させ、更にはＣａ：０．０００５〜０．０
８％および／もしくはＺｒ：０．００２〜０．０８％を
含有させることによってその物性を一段と改質すること
が可能である。
【０００８】また上記の高靭性肌焼き鋼製機械部品にお
いては、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理
の後、その表面に圧縮残留応力を付与し、表層部に３０
０Ｎ／ｍｍ2 以上の圧縮残留応力を与えたものは、一段
と優れた耐疲労特性を示し、この様な圧縮残留応力は、
例えば、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理
の後、その表面に、硬さがＨＲＣ４５以上で且つ粒子径
が０．０４〜１ｍｍである硬質微粒子を用いて６０ｍ／
ｓの投射速度で少なくとも１回のショットピーニング処
理を施すことによって与えることができる。
いては、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理
の後、その表面に圧縮残留応力を付与し、表層部に３０
０Ｎ／ｍｍ2 以上の圧縮残留応力を与えたものは、一段
と優れた耐疲労特性を示し、この様な圧縮残留応力は、
例えば、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理
の後、その表面に、硬さがＨＲＣ４５以上で且つ粒子径
が０．０４〜１ｍｍである硬質微粒子を用いて６０ｍ／
ｓの投射速度で少なくとも１回のショットピーニング処
理を施すことによって与えることができる。
【０００９】また本発明に係る製法の構成は、前記成分
組成の要件を満足する鋼材よりなる機械部品に浸炭処理
もしくは浸炭・窒化処理を施した後の焼入れに際し、当
該鋼材のジョミニー焼入性曲線における硬さが、浸炭焼
入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理後の機械部品の
芯部強度に相当する硬さを示すジョミニー位置Ｊeq（ｍ
ｍ）を求めると共に、初析フェライトが５％を超える面
積率で生成しない臨界冷却速度ＶC1（℃／秒）とマルテ
ンサイト面積率が９０％となる臨界冷却速度Ｖ C2（℃／
秒）を、当該鋼材の成分組成から下記（１），（２）式
によって求め、前記ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を下記
（３）式に代入することにより求められる冷却速度Ｖ
を、上記臨界冷却速度ＶC1（℃／秒）とＶC2（℃／秒）
の範囲内として焼入れ処理を行なうところに要旨を有す
るものである。 ＶC1＝１０k1……（１） 式中、ｋ1 ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18
[Mo%]-3.86[P%]-0.20[Ni%] ＶC2＝１０k2……（２） 式中、ｋ2 ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66
[Mo%]-9.45[P%]-0.33[Ni%] Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 ……（３）
組成の要件を満足する鋼材よりなる機械部品に浸炭処理
もしくは浸炭・窒化処理を施した後の焼入れに際し、当
該鋼材のジョミニー焼入性曲線における硬さが、浸炭焼
入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理後の機械部品の
芯部強度に相当する硬さを示すジョミニー位置Ｊeq（ｍ
ｍ）を求めると共に、初析フェライトが５％を超える面
積率で生成しない臨界冷却速度ＶC1（℃／秒）とマルテ
ンサイト面積率が９０％となる臨界冷却速度Ｖ C2（℃／
秒）を、当該鋼材の成分組成から下記（１），（２）式
によって求め、前記ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を下記
（３）式に代入することにより求められる冷却速度Ｖ
を、上記臨界冷却速度ＶC1（℃／秒）とＶC2（℃／秒）
の範囲内として焼入れ処理を行なうところに要旨を有す
るものである。 ＶC1＝１０k1……（１） 式中、ｋ1 ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18
[Mo%]-3.86[P%]-0.20[Ni%] ＶC2＝１０k2……（２） 式中、ｋ2 ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66
[Mo%]-9.45[P%]-0.33[Ni%] Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 ……（３）
【００１０】また、上記の方法により浸炭焼入れ処理も
しくは浸炭・窒化焼入れ処理を行なったの後、その表面
に、硬さがＨＲＣ４５以上で且つ粒子径が０．０４〜１
ｍｍである硬質微粒子を使用し、６０ｍ／ｓの投射速度
で少なくとも１回ショットピーニング処理を施せば、表
面硬度の一層高められた高靭性肌焼き鋼製機械部品を得
ることができる。
しくは浸炭・窒化焼入れ処理を行なったの後、その表面
に、硬さがＨＲＣ４５以上で且つ粒子径が０．０４〜１
ｍｍである硬質微粒子を使用し、６０ｍ／ｓの投射速度
で少なくとも１回ショットピーニング処理を施せば、表
面硬度の一層高められた高靭性肌焼き鋼製機械部品を得
ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明では、上記の様に成分組成
の特定された鋼材よりなる機械部品を浸炭焼入れ若しく
は浸炭・窒化焼入れ処理物における非浸炭若しくは非浸
炭・窒化層である芯部の金属組織を規定すると共に、浸
炭若しくは浸炭・窒化層におけるオーステナイト結晶粒
のサイズと残留オーステナイト量を規定したものであ
り、それにより、従来の肌焼き鋼製部品に比べて卓越し
た耐疲労特性と耐衝撃特性を兼ね備えた高強度肌焼き鋼
製機械部品を得ることに成功したものである。
の特定された鋼材よりなる機械部品を浸炭焼入れ若しく
は浸炭・窒化焼入れ処理物における非浸炭若しくは非浸
炭・窒化層である芯部の金属組織を規定すると共に、浸
炭若しくは浸炭・窒化層におけるオーステナイト結晶粒
のサイズと残留オーステナイト量を規定したものであ
り、それにより、従来の肌焼き鋼製部品に比べて卓越し
た耐疲労特性と耐衝撃特性を兼ね備えた高強度肌焼き鋼
製機械部品を得ることに成功したものである。
【００１２】従来より、炭素含有量が同程度の鋼材で
は、浸炭若しくは浸炭・窒化焼入れ処理後の芯部の硬さ
が高いほど、耐衝撃特性は低下すると考えられている。
ところが本発明者らが種々検討を行ったところによる
と、芯部の金属組織がマルテンサイトとベイナイト主体
であっても、それらの面積率を適正に調節してやれば、
マルテンサイトまたはベイナイト主体の芯部組織を有す
るものを上回る衝撃特性が与えられることをつきとめ
た。
は、浸炭若しくは浸炭・窒化焼入れ処理後の芯部の硬さ
が高いほど、耐衝撃特性は低下すると考えられている。
ところが本発明者らが種々検討を行ったところによる
と、芯部の金属組織がマルテンサイトとベイナイト主体
であっても、それらの面積率を適正に調節してやれば、
マルテンサイトまたはベイナイト主体の芯部組織を有す
るものを上回る衝撃特性が与えられることをつきとめ
た。
【００１３】この理由は必ずしも明確にされた訳ではな
いが、次の様に考えられる。即ち、芯部組織がマルテン
サイトあるいはベイナイトである場合、旧オーステナイ
ト結晶粒内においてラス方向が揃っている単位が大きい
ため、オーステナイト結晶粒を微細化するのと同様の耐
衝撃特性改善効果を得ることはできない。ところが芯部
組織をマルテンサイトとベイナイトの混合組織とする
と、旧オーステナイト粒内において前記ラス方向の揃っ
た単位が非常に微細なものとなり、微細なオーステナイ
ト結晶粒を有する芯部組織の機械部品に匹敵する優れた
衝撃特性を示すこと、そしてこの様な衝撃特性を確保す
るには、芯部の金属組織をマルテンサイトとベイナイト
主体の混合組織とすると共にそれらの面積率を９５％以
上、マルテンサイトの面積率を９０％以下とし、且つ初
析フェライトを面積率で５％を超えて生成させなければ
よい、という事実をつきとめた。尚、マルテンサイト面
積率を９０％以下、初析フェライト面積率を５％を超え
て生成させないことにより、残りの部分はベイナイト組
織となり、その結果優れた衝撃特性を得ることができ
る。
いが、次の様に考えられる。即ち、芯部組織がマルテン
サイトあるいはベイナイトである場合、旧オーステナイ
ト結晶粒内においてラス方向が揃っている単位が大きい
ため、オーステナイト結晶粒を微細化するのと同様の耐
衝撃特性改善効果を得ることはできない。ところが芯部
組織をマルテンサイトとベイナイトの混合組織とする
と、旧オーステナイト粒内において前記ラス方向の揃っ
た単位が非常に微細なものとなり、微細なオーステナイ
ト結晶粒を有する芯部組織の機械部品に匹敵する優れた
衝撃特性を示すこと、そしてこの様な衝撃特性を確保す
るには、芯部の金属組織をマルテンサイトとベイナイト
主体の混合組織とすると共にそれらの面積率を９５％以
上、マルテンサイトの面積率を９０％以下とし、且つ初
析フェライトを面積率で５％を超えて生成させなければ
よい、という事実をつきとめた。尚、マルテンサイト面
積率を９０％以下、初析フェライト面積率を５％を超え
て生成させないことにより、残りの部分はベイナイト組
織となり、その結果優れた衝撃特性を得ることができ
る。
【００１４】一方浸炭若しくは浸炭・窒化層について
は、従来は残留オーステナイト量が多くなるにつれて表
面硬さが低下し、疲労特性は低下すると考えられてい
た。ところが本発明者らが研究を進めたところによる
と、必ずしも残留オーステナイト量が多くなるほど疲労
特性が低下するとは限らず、高レベルの疲労特性を確保
するには、浸炭若しくは浸炭・窒化層内に適量の残留オ
ーステナイトを存在させるべきであること、そして表面
から０．０５ｍｍの深さ位置までの浸炭層若しくは浸炭
・窒化層における該残留オーステナイト量を１０〜５０
％の範囲に設定してやれば、衝撃疲労破壊時に表面から
発生する亀裂に伴う応力が緩和され、優れた衝撃疲労特
性が発揮されることをつきとめた。
は、従来は残留オーステナイト量が多くなるにつれて表
面硬さが低下し、疲労特性は低下すると考えられてい
た。ところが本発明者らが研究を進めたところによる
と、必ずしも残留オーステナイト量が多くなるほど疲労
特性が低下するとは限らず、高レベルの疲労特性を確保
するには、浸炭若しくは浸炭・窒化層内に適量の残留オ
ーステナイトを存在させるべきであること、そして表面
から０．０５ｍｍの深さ位置までの浸炭層若しくは浸炭
・窒化層における該残留オーステナイト量を１０〜５０
％の範囲に設定してやれば、衝撃疲労破壊時に表面から
発生する亀裂に伴う応力が緩和され、優れた衝撃疲労特
性が発揮されることをつきとめた。
【００１５】以下、本発明で使用する鋼材の化学成分を
規定した理由、更には浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒
化焼入れ処理後の金属組織などを定めた理由を詳細に説
明する。まず鋼材の化学成分を定めた理由を明らかにす
る。
規定した理由、更には浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒
化焼入れ処理後の金属組織などを定めた理由を詳細に説
明する。まず鋼材の化学成分を定めた理由を明らかにす
る。
【００１６】Ｃ：０．１〜０．２５％ Ｃは、機械部品としての芯部強度を確保するうえで欠く
ことのできない元素であり、０．１％未満では十分な強
度が得られなくなる。しかし、過剰に含有させると靭性
が劣化するほか、被削性や冷間鍛造性が低下して加工性
を損なうので０．２５％を上限とする。Ｃのより好まし
い含有量は０．１２〜０．２５％の範囲である。
ことのできない元素であり、０．１％未満では十分な強
度が得られなくなる。しかし、過剰に含有させると靭性
が劣化するほか、被削性や冷間鍛造性が低下して加工性
を損なうので０．２５％を上限とする。Ｃのより好まし
い含有量は０．１２〜０．２５％の範囲である。
【００１７】Ｍｎ：１．２％超、２．０％以下 Ｍｎは、浸炭あるいは浸炭・窒化処理時の表面炭素濃度
を高める作用を有すると共に、Ｍｎ自身の作用によって
浸炭あるいは浸炭・窒化層のＭｓ点を低下させて浸炭
（または浸炭・窒化）焼入れ処理後の浸炭（または浸炭
・窒化）層の残留オーステナイトを増大させる作用を有
しており、更には溶鋼の脱酸にも有効に作用する。こう
した効果を有効に発揮させるには１．２％を超えて含有
させなければならないが、過度に含有させると、冷間加
工性や被削性に悪影響を与えると共に、結晶粒界への偏
析量の増大によって粒界強度を低下させ、衝撃特性に悪
影響を及ぼす様になるので、２．０％以下に抑えなけれ
ばならない。Ｍｎのより好ましい含有量は１．４〜１．
８％の範囲である。
を高める作用を有すると共に、Ｍｎ自身の作用によって
浸炭あるいは浸炭・窒化層のＭｓ点を低下させて浸炭
（または浸炭・窒化）焼入れ処理後の浸炭（または浸炭
・窒化）層の残留オーステナイトを増大させる作用を有
しており、更には溶鋼の脱酸にも有効に作用する。こう
した効果を有効に発揮させるには１．２％を超えて含有
させなければならないが、過度に含有させると、冷間加
工性や被削性に悪影響を与えると共に、結晶粒界への偏
析量の増大によって粒界強度を低下させ、衝撃特性に悪
影響を及ぼす様になるので、２．０％以下に抑えなけれ
ばならない。Ｍｎのより好ましい含有量は１．４〜１．
８％の範囲である。
【００１８】Ｃｒ：０．７％超、１．５％以下 Ｃｒは焼入れ性向上元素として有効な元素であり、その
効果を有効に発揮させるには０．７％を超えて含有させ
ることが必須であるが、１．５％を超えるとＣｒあるい
はその炭化物の粒界への偏析が起こって粒界強度を低下
させ、靭性に悪影響を及ぼす様になるので、それ以下に
抑えなければならない。Ｃｒのより好ましい含有量は
１．０〜１．３％の範囲である。
効果を有効に発揮させるには０．７％を超えて含有させ
ることが必須であるが、１．５％を超えるとＣｒあるい
はその炭化物の粒界への偏析が起こって粒界強度を低下
させ、靭性に悪影響を及ぼす様になるので、それ以下に
抑えなければならない。Ｃｒのより好ましい含有量は
１．０〜１．３％の範囲である。
【００１９】Ａｌ：０．０１５〜０．０６％ Ａｌは鋼材の脱酸材として鋼中に含まれてくる元素であ
り、鋼中のＮと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒の粗大
化を防止する作用を有している。こうした効果を有効に
発揮させるには０．０１５％以上含有させなければなら
ないが、その効果は０．０６％程度で飽和し、それを超
えると酸素と結合して非金属系介在物となり、衝撃特性
等に悪影響を及ぼす様になるので、０．０６％を上限と
定めた。
り、鋼中のＮと結合してＡｌＮを生成し、結晶粒の粗大
化を防止する作用を有している。こうした効果を有効に
発揮させるには０．０１５％以上含有させなければなら
ないが、その効果は０．０６％程度で飽和し、それを超
えると酸素と結合して非金属系介在物となり、衝撃特性
等に悪影響を及ぼす様になるので、０．０６％を上限と
定めた。
【００２０】Ｎ：０．００５〜０．０３０％ Ｎは鋼中でＡｌ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ等と結合して窒化物を
生成し、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有しており、
その効果は０．００５％以上含有させることによって有
効に発揮される。しかし、それらの効果は約０．０３０
％で飽和し、それ以上に含有させると窒化物が介在物と
なって物性に悪影響を及ぼす様になるので、それ以上の
添加は避けなければならない。
生成し、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有しており、
その効果は０．００５％以上含有させることによって有
効に発揮される。しかし、それらの効果は約０．０３０
％で飽和し、それ以上に含有させると窒化物が介在物と
なって物性に悪影響を及ぼす様になるので、それ以上の
添加は避けなければならない。
【００２１】Ｓｉ：０．１５％以下 Ｓｉは、強化元素あるいは脱酸性元素として有効に作用
する反面、粒界酸化を助長して曲げ疲労特性を劣化させ
ると共に冷間鍛造性にも悪影響を及ぼす。従ってこうし
た障害をなくすにはその含有量を０．１５％以下に抑え
なければならず、特に高レベルの曲げ疲労特性が求めら
れるときは、その含有量を０．１０％以下に抑えること
が望まれる。こうした観点から、Ｓｉのより好ましい含
有量は０．０２〜０．１０％の範囲である。
する反面、粒界酸化を助長して曲げ疲労特性を劣化させ
ると共に冷間鍛造性にも悪影響を及ぼす。従ってこうし
た障害をなくすにはその含有量を０．１５％以下に抑え
なければならず、特に高レベルの曲げ疲労特性が求めら
れるときは、その含有量を０．１０％以下に抑えること
が望まれる。こうした観点から、Ｓｉのより好ましい含
有量は０．０２〜０．１０％の範囲である。
【００２２】Ｐ：０．０２％以下 Ｐは結晶粒界に偏析して靭性を低下させるので、その上
限は０．０２％と定めた。Ｐのより好ましい含有量は
０．０１５％以下、更に好ましくは０．０１０％以下で
ある。
限は０．０２％と定めた。Ｐのより好ましい含有量は
０．０１５％以下、更に好ましくは０．０１０％以下で
ある。
【００２３】Ｓ：０．０２％以下 ＳはＭｎＳを生成し被削性の向上に寄与するが、本発明
を歯車等に適用する場合は、縦目の衝撃特性だけでなく
横目の衝撃特性も重要であり、横目の衝撃特性向上には
異方性の低減が必要となり、そのためにはＳ含有量を
０．０２％以下に抑えなければならない。Ｓのより好ま
しい含有量は０．０１７％以下、更に好ましくは０．０
１５％以下である。
を歯車等に適用する場合は、縦目の衝撃特性だけでなく
横目の衝撃特性も重要であり、横目の衝撃特性向上には
異方性の低減が必要となり、そのためにはＳ含有量を
０．０２％以下に抑えなければならない。Ｓのより好ま
しい含有量は０．０１７％以下、更に好ましくは０．０
１５％以下である。
【００２４】また本発明で使用する鋼材には、上記の必
須元素に加えて下記の様な元素を適量含有せしめ、肌焼
き鋼製機械部品としての特性を一段と高めることも有効
である。
須元素に加えて下記の様な元素を適量含有せしめ、肌焼
き鋼製機械部品としての特性を一段と高めることも有効
である。
【００２５】Ｍｏ：０．０８〜０．６％および／または
Ｎｉ：０．２〜３．７５％ これらの元素は、焼入性を高めあるいは焼入れ組織を微
細化する作用を有する点で同効元素であり、特にＭｏは
不完全焼入れ組織の低減と焼入性の向上、更には粒界強
度の向上に有効に作用し、更にＮｉは焼入れ後の組織を
微細化して耐衝撃性の向上に寄与する。こうした効果
は、Ｍｏ：０．０８％以上、Ｎｉ：０．２％以上を含有
させることによって有効に発揮されるが、Ｍｏの上記効
果は約０．６％で飽和し、またＮｉの前記効果も３．７
５％で飽和するので、それ以上の添加は経済的に全く無
駄である。
Ｎｉ：０．２〜３．７５％ これらの元素は、焼入性を高めあるいは焼入れ組織を微
細化する作用を有する点で同効元素であり、特にＭｏは
不完全焼入れ組織の低減と焼入性の向上、更には粒界強
度の向上に有効に作用し、更にＮｉは焼入れ後の組織を
微細化して耐衝撃性の向上に寄与する。こうした効果
は、Ｍｏ：０．０８％以上、Ｎｉ：０．２％以上を含有
させることによって有効に発揮されるが、Ｍｏの上記効
果は約０．６％で飽和し、またＮｉの前記効果も３．７
５％で飽和するので、それ以上の添加は経済的に全く無
駄である。
【００２６】Ｃｕ：０．３〜２．０％ Ｃｕは耐食性の向上に有効に作用する元素であり、その
効果は０．３％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２．０％で飽和するのでそれ以上
の含有は無駄である。尚Ｃｕを単独で含有させると、鋼
材の熱間加工性が悪くなる傾向があるので、こうした弊
害を回避するには、熱間加工性向上効果を有するＮｉを
前記含有量の範囲で併用することが望ましい。
効果は０．３％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２．０％で飽和するのでそれ以上
の含有は無駄である。尚Ｃｕを単独で含有させると、鋼
材の熱間加工性が悪くなる傾向があるので、こうした弊
害を回避するには、熱間加工性向上効果を有するＮｉを
前記含有量の範囲で併用することが望ましい。
【００２７】Ｖ：０．０３〜０．５％、Ｔｉ：０．００
５〜０．１％およびＮｂ：０．００５〜０．１％よりな
る群から選択される少なくとも１種の元素 これらの元素はＣやＮと結合して炭化物や窒化物を生成
し、結晶粒を微細化して靭性（耐衝撃性）の向上に寄与
する。こうした効果は、夫々上記下限値以上含有させる
ことによって有効に発揮されるが、夫々上限値付近でそ
の効果は飽和し、被削性や冷間加工性に悪影響を及ぼす
恐れがでてくるので、夫々上限値以下に抑えなければな
らない。
５〜０．１％およびＮｂ：０．００５〜０．１％よりな
る群から選択される少なくとも１種の元素 これらの元素はＣやＮと結合して炭化物や窒化物を生成
し、結晶粒を微細化して靭性（耐衝撃性）の向上に寄与
する。こうした効果は、夫々上記下限値以上含有させる
ことによって有効に発揮されるが、夫々上限値付近でそ
の効果は飽和し、被削性や冷間加工性に悪影響を及ぼす
恐れがでてくるので、夫々上限値以下に抑えなければな
らない。
【００２８】Ｃａ：０．０００５〜０．０８％および／
もしくはＺｒ：０．００２〜０．０８％ Ｃａは、硬質の介在物を柔軟な介在物で包み込み、また
ＺｒはＭｎＳを球状化させ、いずれも被削性の向上に寄
与するほか、両元素ともＭｎＳの球状化による異方性の
低減によって横目の衝撃特性を高める作用を有してお
り、それらの作用は夫々上記下限値以上含有させること
によって有効に発揮される。しかし、それらの効果は夫
々０．０８％で飽和する。
もしくはＺｒ：０．００２〜０．０８％ Ｃａは、硬質の介在物を柔軟な介在物で包み込み、また
ＺｒはＭｎＳを球状化させ、いずれも被削性の向上に寄
与するほか、両元素ともＭｎＳの球状化による異方性の
低減によって横目の衝撃特性を高める作用を有してお
り、それらの作用は夫々上記下限値以上含有させること
によって有効に発揮される。しかし、それらの効果は夫
々０．０８％で飽和する。
【００２９】本発明に係る高靭性肌焼き鋼製機械部品
は、上記成分組成を満足する鋼材よりなる機械部品に浸
炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理を施すことによって
得られるものであるが、本発明においては上記成分組成
の要件に加えて、浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理
後の芯部および浸炭（または浸炭・窒化）層の金属組織
や結晶粒度を規定する点に大きな特徴を有しているの
で、以下それらについて詳述する。
は、上記成分組成を満足する鋼材よりなる機械部品に浸
炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理を施すことによって
得られるものであるが、本発明においては上記成分組成
の要件に加えて、浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理
後の芯部および浸炭（または浸炭・窒化）層の金属組織
や結晶粒度を規定する点に大きな特徴を有しているの
で、以下それらについて詳述する。
【００３０】芯部がマルテンサイトとベイナイト主体の
混合組織で且つ芯部のマルテンサイト＋ベイナイト面積
率が９５％以上、マルテンサイト面積率が９０％以下、
初析フェライト面積率が５％を超えて生成しない 本発明においては、芯部組織をマルテンサイトとベイナ
イト主体の混合組織とすることによって、前述の如く従
来法でオーステナイト結晶粒を微細化するのと同様の効
果を得ることができ、芯部の靭性向上により耐衝撃性を
高めることが可能となる。こうした効果は、上記混合組
織を有する芯部の衝撃破断面における破面単位が極めて
微細なものとなっていることによって確認することがで
きる。しかも芯部の金属組織をこの様な混合組織にする
と、Ｈｖ２５０以上の芯部硬さを確保することができ、
ケースクラッシングの発生も抑制される。尚ケースクラ
ッシングとは、浸炭層（または浸炭・窒化層）と芯部と
の境界部または少し芯部側寄りの位置にクラックが発生
し、該クラックが表面に対し平行方向に進展してついに
は表面とつながり、浸炭層（または浸炭・窒化層）が剥
離する現象をいう。
混合組織で且つ芯部のマルテンサイト＋ベイナイト面積
率が９５％以上、マルテンサイト面積率が９０％以下、
初析フェライト面積率が５％を超えて生成しない 本発明においては、芯部組織をマルテンサイトとベイナ
イト主体の混合組織とすることによって、前述の如く従
来法でオーステナイト結晶粒を微細化するのと同様の効
果を得ることができ、芯部の靭性向上により耐衝撃性を
高めることが可能となる。こうした効果は、上記混合組
織を有する芯部の衝撃破断面における破面単位が極めて
微細なものとなっていることによって確認することがで
きる。しかも芯部の金属組織をこの様な混合組織にする
と、Ｈｖ２５０以上の芯部硬さを確保することができ、
ケースクラッシングの発生も抑制される。尚ケースクラ
ッシングとは、浸炭層（または浸炭・窒化層）と芯部と
の境界部または少し芯部側寄りの位置にクラックが発生
し、該クラックが表面に対し平行方向に進展してついに
は表面とつながり、浸炭層（または浸炭・窒化層）が剥
離する現象をいう。
【００３１】こうした芯部の衝撃特性向上効果を有効に
発揮させるには、該芯部の（マルテンサイト＋ベイナイ
ト）面積率を９５％以上、マルテンサイト面積率を９０
％以下、初析フェライトを５％超える面積率で生成させ
ないことが必須となる。ちなみに芯部の（マルテンサイ
ト＋ベイナイト）面積率が９５％未満、マルテンサイト
面積率が９０％超、初析フェライト面積率が５％超にな
ると、２層混合による組織微細化が不充分となって衝撃
特性改善効果が得られなくなる。
発揮させるには、該芯部の（マルテンサイト＋ベイナイ
ト）面積率を９５％以上、マルテンサイト面積率を９０
％以下、初析フェライトを５％超える面積率で生成させ
ないことが必須となる。ちなみに芯部の（マルテンサイ
ト＋ベイナイト）面積率が９５％未満、マルテンサイト
面積率が９０％超、初析フェライト面積率が５％超にな
ると、２層混合による組織微細化が不充分となって衝撃
特性改善効果が得られなくなる。
【００３２】尚、肌焼き部品における芯部の金属組織
は、浸炭（または浸炭・窒化）処理後の冷却速度によっ
て変わり、該冷却速度は部品の形状や寸法、焼入れ剤の
種類等によって変わってくるが、上記の様な芯部組織を
得るための好適条件等については後述する。マルテンサ
イト、ベイナイト、初析フェライトの面積率は、たとえ
ば走査型電子顕微鏡を使用し１５００倍で芯部組織を撮
影し、画像解析によって測定できる。
は、浸炭（または浸炭・窒化）処理後の冷却速度によっ
て変わり、該冷却速度は部品の形状や寸法、焼入れ剤の
種類等によって変わってくるが、上記の様な芯部組織を
得るための好適条件等については後述する。マルテンサ
イト、ベイナイト、初析フェライトの面積率は、たとえ
ば走査型電子顕微鏡を使用し１５００倍で芯部組織を撮
影し、画像解析によって測定できる。
【００３３】浸炭（または浸炭・窒化）層のオーステナ
イト結晶粒度番号が８番以上 オーステナイト結晶粒の微細化によって衝撃特性が向上
すること自体は公知である。そこで本発明でも、結晶粒
の微細化作用を狙って鋼材中にＮ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，
Ｖ等を含有させているが、高温・長時間の浸炭（または
浸炭・窒化）処理を行ない、あるいは冷間加工の後に浸
炭（または浸炭・窒化）処理を行なった場合、浸炭（ま
たは浸炭・窒化）層のオーステナイト結晶粒は粗大とな
って衝撃特性は著しく低下してくる。従って、こうした
結晶粒の粗大化による衝撃特性の低下を阻止するには、
浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理後における浸炭
（または浸炭・窒化）層のオーステナイト結晶粒を粒度
番号８以上（ＪＩＳ Ｇ ０５５１の結晶粒度試験法に
よる）とすることが必須の要件となる。
イト結晶粒度番号が８番以上 オーステナイト結晶粒の微細化によって衝撃特性が向上
すること自体は公知である。そこで本発明でも、結晶粒
の微細化作用を狙って鋼材中にＮ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｔｉ，
Ｖ等を含有させているが、高温・長時間の浸炭（または
浸炭・窒化）処理を行ない、あるいは冷間加工の後に浸
炭（または浸炭・窒化）処理を行なった場合、浸炭（ま
たは浸炭・窒化）層のオーステナイト結晶粒は粗大とな
って衝撃特性は著しく低下してくる。従って、こうした
結晶粒の粗大化による衝撃特性の低下を阻止するには、
浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ処理後における浸炭
（または浸炭・窒化）層のオーステナイト結晶粒を粒度
番号８以上（ＪＩＳ Ｇ ０５５１の結晶粒度試験法に
よる）とすることが必須の要件となる。
【００３４】浸炭（または浸炭・窒化）層の表面から
０．０５ｍｍの深さ位置までの残留オーステナイト量が
１０〜５０％ 前述の如く従来は、浸炭（または浸炭・窒化）層の残留
オーステナイト量が多くなるにつれて表面硬さが低下
し、疲労特性は低下すると考えられていた。ところが本
発明者らが研究を進めたところによると、必ずしも残留
オーステナイト量が多くなるほど疲労特性が低下すると
は限らず、残留オーステナイト量を適正な範囲に制御し
てやれば、衝撃疲労特性が著しく高められることを知っ
た。即ち浸炭（または浸炭・窒化）層中の残留オーステ
ナイトは、衝撃疲労破壊時に表面から発生する亀裂に伴
う応力を緩和する作用を有しており、こうした作用を有
効に発揮させるには、表面から０．０５ｍｍの深さ位置
までの残留オーステナイト量を１０％以上にすればよい
ことをつきとめた。但し、この部分の残留オーステナイ
ト量が多くなりすぎると、表面硬さが過度に低くなって
疲労強度の低下による衝撃疲労特性の向上効果が有効に
発揮されなくなるので、残留オーステナイト量（表面か
ら０．０５ｍｍを電解研磨した後、Ｘ線回折により測
定）は５０％以下に抑えなければならない。該残留オー
ステナイト量のより好ましい範囲は２０〜４０％の範囲
である。
０．０５ｍｍの深さ位置までの残留オーステナイト量が
１０〜５０％ 前述の如く従来は、浸炭（または浸炭・窒化）層の残留
オーステナイト量が多くなるにつれて表面硬さが低下
し、疲労特性は低下すると考えられていた。ところが本
発明者らが研究を進めたところによると、必ずしも残留
オーステナイト量が多くなるほど疲労特性が低下すると
は限らず、残留オーステナイト量を適正な範囲に制御し
てやれば、衝撃疲労特性が著しく高められることを知っ
た。即ち浸炭（または浸炭・窒化）層中の残留オーステ
ナイトは、衝撃疲労破壊時に表面から発生する亀裂に伴
う応力を緩和する作用を有しており、こうした作用を有
効に発揮させるには、表面から０．０５ｍｍの深さ位置
までの残留オーステナイト量を１０％以上にすればよい
ことをつきとめた。但し、この部分の残留オーステナイ
ト量が多くなりすぎると、表面硬さが過度に低くなって
疲労強度の低下による衝撃疲労特性の向上効果が有効に
発揮されなくなるので、残留オーステナイト量（表面か
ら０．０５ｍｍを電解研磨した後、Ｘ線回折により測
定）は５０％以下に抑えなければならない。該残留オー
ステナイト量のより好ましい範囲は２０〜４０％の範囲
である。
【００３５】上記の様に本発明に係る肌焼き鋼製機械部
品は、鋼材の成分組成と芯部および浸炭（または浸炭・
窒化）層の金属組織や結晶粒度を規定することによっ
て、優れた衝撃特性と疲労特性を兼備させたものである
が、この様な特性を備えた肌焼き鋼製機械部品は、下記
の様な方法を採用することによって容易に得ることがで
きる。
品は、鋼材の成分組成と芯部および浸炭（または浸炭・
窒化）層の金属組織や結晶粒度を規定することによっ
て、優れた衝撃特性と疲労特性を兼備させたものである
が、この様な特性を備えた肌焼き鋼製機械部品は、下記
の様な方法を採用することによって容易に得ることがで
きる。
【００３６】即ち、上記成分組成の要件を満足する鋼材
よりなる機械部品に浸炭処理もしくは浸炭・窒化処理を
施した後の焼入れに際し、当該鋼材のジョミニー焼入性
曲線における硬さが、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒
化焼入れ処理後の機械部品の芯部強度に相当する硬さを
示すジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を求めると共に、初析
フェライトが面積率で５％を超えて生成しない臨界冷却
速度ＶC1（℃／秒）とマルテンサイト面積率が９０％と
なる臨界冷却速度ＶC2（℃／秒）を、当該鋼材の成分組
成から前記（１），（２）式によって求め、前記ジョミ
ニー位置Ｊeq（ｍｍ）を前記（３）式に代入することに
より求められる冷却速度Ｖが、上記臨界冷却速度Ｖ
C1（℃／秒）とＶC2（℃／秒）の範囲内となる様な冷却
速度Ｖで焼入れ処理を行なう方法である。
よりなる機械部品に浸炭処理もしくは浸炭・窒化処理を
施した後の焼入れに際し、当該鋼材のジョミニー焼入性
曲線における硬さが、浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒
化焼入れ処理後の機械部品の芯部強度に相当する硬さを
示すジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を求めると共に、初析
フェライトが面積率で５％を超えて生成しない臨界冷却
速度ＶC1（℃／秒）とマルテンサイト面積率が９０％と
なる臨界冷却速度ＶC2（℃／秒）を、当該鋼材の成分組
成から前記（１），（２）式によって求め、前記ジョミ
ニー位置Ｊeq（ｍｍ）を前記（３）式に代入することに
より求められる冷却速度Ｖが、上記臨界冷却速度Ｖ
C1（℃／秒）とＶC2（℃／秒）の範囲内となる様な冷却
速度Ｖで焼入れ処理を行なう方法である。
【００３７】即ち、芯部のマルテンサイト面積率を９０
％以下、初析フェライト面積率を５％を超えて生成させ
ないためには浸炭（または浸炭・窒化）後の焼入れ時に
おける冷却速度を適正に制御することが有効であり、浸
炭（または浸炭・窒化）処理後の焼入れ時における９０
０〜３００℃の間の芯部の平均冷却速度Ｖ（℃／秒）
が、初析フェライト面積率が５％を超えない臨界冷却速
度ＶC1（℃／秒）以上で且つ９０％マルテンサイトが生
成する臨界冷却速度ＶC2（℃／秒）以下にすることが有
効となる。
％以下、初析フェライト面積率を５％を超えて生成させ
ないためには浸炭（または浸炭・窒化）後の焼入れ時に
おける冷却速度を適正に制御することが有効であり、浸
炭（または浸炭・窒化）処理後の焼入れ時における９０
０〜３００℃の間の芯部の平均冷却速度Ｖ（℃／秒）
が、初析フェライト面積率が５％を超えない臨界冷却速
度ＶC1（℃／秒）以上で且つ９０％マルテンサイトが生
成する臨界冷却速度ＶC2（℃／秒）以下にすることが有
効となる。
【００３８】ところで、一般に肌焼き部品の冷却速度
は、部品の形状や寸法、焼入剤の種類等によって変化す
るため、通常は予め実測により適正な冷却条件を割り出
して標準的な冷却条件の設定が行なわれるが、実際には
操業時に焼入れ槽内にある部品内部の冷却速度を実測す
ることは容易でない。そこで、当該機械部品の成分組成
をジョミニー焼入性曲線と対応せしめ、該成分組成から
浸炭（もしくは浸炭・窒化）部品の芯部の冷却速度を割
り出すことはできないかと考え、その線に沿って研究を
進めた結果、上記臨界冷却速度ＶC1およびＶC2を、鋼材
の成分組成から下記ｋ1 ，ｋ2 によって算出することが
でき、それらの計算値から下記式により適正な冷却速度
Ｖが求められることを知った。 ＶC1≦Ｖ≦ＶC2 ＶC1＝１０k1……（１） 式中、ｋ1 ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18
[Mo%]-3.86[P%]-0.20[Ni%] ＶC2＝１０k2……（２） 式中、ｋ2 ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66
[Mo%]-9.45[P%]-0.33[Ni%] Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 ……（３）
は、部品の形状や寸法、焼入剤の種類等によって変化す
るため、通常は予め実測により適正な冷却条件を割り出
して標準的な冷却条件の設定が行なわれるが、実際には
操業時に焼入れ槽内にある部品内部の冷却速度を実測す
ることは容易でない。そこで、当該機械部品の成分組成
をジョミニー焼入性曲線と対応せしめ、該成分組成から
浸炭（もしくは浸炭・窒化）部品の芯部の冷却速度を割
り出すことはできないかと考え、その線に沿って研究を
進めた結果、上記臨界冷却速度ＶC1およびＶC2を、鋼材
の成分組成から下記ｋ1 ，ｋ2 によって算出することが
でき、それらの計算値から下記式により適正な冷却速度
Ｖが求められることを知った。 ＶC1≦Ｖ≦ＶC2 ＶC1＝１０k1……（１） 式中、ｋ1 ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18
[Mo%]-3.86[P%]-0.20[Ni%] ＶC2＝１０k2……（２） 式中、ｋ2 ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66
[Mo%]-9.45[P%]-0.33[Ni%] Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 ……（３）
【００３９】以下、冷却速度Ｖの算出法について説明す
る。部品芯部における冷却速度の算出法は、まず図１に
示す如く浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ後の部品の芯
部硬度（Ｈｃ）を測定し、ジョミニー焼入性曲線におい
て、硬さがＨｃに相当するジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）
を求める。一方、本発明者らが種々の成分組成および寸
法サイズの鋼材について、各ジョミニー位置Ｊeqと、９
００〜３００℃間における平均冷却速度Ｖの関係を調べ
たところ、図２に示す如く両者の間には一定の相関関係
があり、前記式（３）で規定する様に「Ｖ＝３９０Ｊeq
-1.35 」の関係が成立することを確認した。そして、上
記で求められるジョミニー位置Ｊeqをこの関係式に代入
すれば、焼入れ時における芯部の適正な冷却速度Ｖが求
められることを知った。即ち「Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 」
は、部品の焼入れ時の芯部硬度に相当するジョミニー位
置における９００〜３００℃の芯部の平均冷却速度（℃
／秒）に相当するものである。
る。部品芯部における冷却速度の算出法は、まず図１に
示す如く浸炭（または浸炭・窒化）焼入れ後の部品の芯
部硬度（Ｈｃ）を測定し、ジョミニー焼入性曲線におい
て、硬さがＨｃに相当するジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）
を求める。一方、本発明者らが種々の成分組成および寸
法サイズの鋼材について、各ジョミニー位置Ｊeqと、９
００〜３００℃間における平均冷却速度Ｖの関係を調べ
たところ、図２に示す如く両者の間には一定の相関関係
があり、前記式（３）で規定する様に「Ｖ＝３９０Ｊeq
-1.35 」の関係が成立することを確認した。そして、上
記で求められるジョミニー位置Ｊeqをこの関係式に代入
すれば、焼入れ時における芯部の適正な冷却速度Ｖが求
められることを知った。即ち「Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 」
は、部品の焼入れ時の芯部硬度に相当するジョミニー位
置における９００〜３００℃の芯部の平均冷却速度（℃
／秒）に相当するものである。
【００４０】即ち、ジョミニー焼入性曲線を測定した任
意の鋼材を実際の機械部品に加工し、焼入れ後の芯部硬
度Ｈｃを測定すると、焼入れ時の芯部の平均冷却速度Ｖ
を求めることができ、また前述の如く初析フェライト面
積率が５％を超えない臨界冷却速度ＶC1と、９０％マル
テンサイトが生成する臨界冷却速度ＶC2とは、夫々当該
鋼材の化学組成から求められるｋ１，ｋ２を元に、前記
式（１），（２）で示した様に１０k1，１０k2の計算値
として求めることができるので、浸炭（または浸炭・窒
化）処理後の９００〜３００℃の部品の芯部平均冷却速
度Ｖが、上記Ｖ C1とＶC2の間に納まる様に制御すれば、
得られる肌焼き鋼製部品の芯部組織を前述の如く適正な
マルテンサイト・ベイナイト主体の混合組織とすること
ができるのである。
意の鋼材を実際の機械部品に加工し、焼入れ後の芯部硬
度Ｈｃを測定すると、焼入れ時の芯部の平均冷却速度Ｖ
を求めることができ、また前述の如く初析フェライト面
積率が５％を超えない臨界冷却速度ＶC1と、９０％マル
テンサイトが生成する臨界冷却速度ＶC2とは、夫々当該
鋼材の化学組成から求められるｋ１，ｋ２を元に、前記
式（１），（２）で示した様に１０k1，１０k2の計算値
として求めることができるので、浸炭（または浸炭・窒
化）処理後の９００〜３００℃の部品の芯部平均冷却速
度Ｖが、上記Ｖ C1とＶC2の間に納まる様に制御すれば、
得られる肌焼き鋼製部品の芯部組織を前述の如く適正な
マルテンサイト・ベイナイト主体の混合組織とすること
ができるのである。
【００４１】尚、浸炭（または浸炭・窒化）層における
オーステナイト結晶粒については、先に示した鋼材の成
分組成や浸炭（または浸炭・窒化）後の焼入れ条件にも
影響を受けるが、上記の様な焼入れ条件の下で該結晶粒
を十分に微細化してその結晶粒度番号を８番以上とする
には、ＮおよびＡｌ量が前記要件を満足する鋼材では高
温圧延を施した後、またＮｂやＴｉを含有する鋼材の場
合は低温圧延を施した後、浸炭（あるいは浸炭・窒化）
焼入れ処理を施す方法等を採用すればよい。
オーステナイト結晶粒については、先に示した鋼材の成
分組成や浸炭（または浸炭・窒化）後の焼入れ条件にも
影響を受けるが、上記の様な焼入れ条件の下で該結晶粒
を十分に微細化してその結晶粒度番号を８番以上とする
には、ＮおよびＡｌ量が前記要件を満足する鋼材では高
温圧延を施した後、またＮｂやＴｉを含有する鋼材の場
合は低温圧延を施した後、浸炭（あるいは浸炭・窒化）
焼入れ処理を施す方法等を採用すればよい。
【００４２】また該浸炭（または浸炭・窒化）層におけ
る表面から０．０５ｍｍの深さ位置の残留オーステナイ
ト量を、上記の様な焼入れ条件の下で適正な１０〜５０
％の範囲に納めるには、残留オーステナイト生成元素で
ある合金元素（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ）等の含有量を
適正に調整すると共に、浸炭（あるいは浸炭・窒化）処
理雰囲気中の炭素濃度やＮＨ3 流量等を適正に調整する
方法を採用すればよい。
る表面から０．０５ｍｍの深さ位置の残留オーステナイ
ト量を、上記の様な焼入れ条件の下で適正な１０〜５０
％の範囲に納めるには、残留オーステナイト生成元素で
ある合金元素（Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏ）等の含有量を
適正に調整すると共に、浸炭（あるいは浸炭・窒化）処
理雰囲気中の炭素濃度やＮＨ3 流量等を適正に調整する
方法を採用すればよい。
【００４３】更に本発明においては、上記の浸炭（また
は浸炭・窒化）焼入れ処理を施した後、その表面に適正
な条件でショットピーニング処理等を施して表層部に３
００Ｎ／ｍｍ2 以上の圧縮残留応力（Ｘ線回折により測
定）を付与してやれば、衝撃特性を全く損なうことなく
疲労特性を一段と高めることができる。その様な改質効
果は、粒子径が０．０４〜１ｍｍで且つＨＲＣ４５以上
の硬質微粒子を使用し、６０ｍ／ｓ以上の投射速度で１
回以上のショットピーニング処理を施すことによって得
られる。
は浸炭・窒化）焼入れ処理を施した後、その表面に適正
な条件でショットピーニング処理等を施して表層部に３
００Ｎ／ｍｍ2 以上の圧縮残留応力（Ｘ線回折により測
定）を付与してやれば、衝撃特性を全く損なうことなく
疲労特性を一段と高めることができる。その様な改質効
果は、粒子径が０．０４〜１ｍｍで且つＨＲＣ４５以上
の硬質微粒子を使用し、６０ｍ／ｓ以上の投射速度で１
回以上のショットピーニング処理を施すことによって得
られる。
【００４４】ちなみにショット粒の硬さがＨＲＣ４５未
満、粒子径が０．０４ｍｍ未満あるいは投射速度が６０
ｍ／ｓ未満では、ショットピーニング処理による前述の
様な圧縮残留応力付与効果が有意に発揮され難くなる。
ショット粒の硬さや投射速度の上限は特に限定されない
が、実用性を加味するとそれらの好ましい上限はＨＲＣ
６５程度および１５０ｍ／ｓ程度である。また硬質微粒
子の粒子径が１ｍｍを超える粗大なものでは表面荒れの
問題がでてくるので、この様な問題を生じることなくシ
ョットピーニング効果をより効果的に発揮させるうえで
は、ショット粒の粒子径を０．３〜１．０ｍｍ程度にす
るのがよい。ショットピーニング処理は１回で十分であ
るが、必要によっては２回以上施すことも勿論可能であ
る。
満、粒子径が０．０４ｍｍ未満あるいは投射速度が６０
ｍ／ｓ未満では、ショットピーニング処理による前述の
様な圧縮残留応力付与効果が有意に発揮され難くなる。
ショット粒の硬さや投射速度の上限は特に限定されない
が、実用性を加味するとそれらの好ましい上限はＨＲＣ
６５程度および１５０ｍ／ｓ程度である。また硬質微粒
子の粒子径が１ｍｍを超える粗大なものでは表面荒れの
問題がでてくるので、この様な問題を生じることなくシ
ョットピーニング効果をより効果的に発揮させるうえで
は、ショット粒の粒子径を０．３〜１．０ｍｍ程度にす
るのがよい。ショットピーニング処理は１回で十分であ
るが、必要によっては２回以上施すことも勿論可能であ
る。
【００４５】また本発明で採用される浸炭（または浸炭
・窒化）法には一切制限がなく、従来から知られた例え
ばガス浸炭（または浸炭・窒化）法、固体浸炭（または
浸炭・窒化）法、液体浸炭（または浸炭・窒化）法、プ
ラズマ浸炭（または浸炭・窒化）法、真空浸炭（または
浸炭・窒化）法などを全て採用することが可能である。
・窒化）法には一切制限がなく、従来から知られた例え
ばガス浸炭（または浸炭・窒化）法、固体浸炭（または
浸炭・窒化）法、液体浸炭（または浸炭・窒化）法、プ
ラズマ浸炭（または浸炭・窒化）法、真空浸炭（または
浸炭・窒化）法などを全て採用することが可能である。
【００４６】
【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。
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。
【００４７】実施例 表１，２に示す１〜３７の化学組成を有する鋼材を１５
０ｋｇの真空溶解炉で溶製し鋳造した後直径３０ｍｍに
熱間鍛造し、溶体化処理（１２５０℃×１時間→空冷）
および焼きならし処理（８５０℃×１時間→空冷）を行
なった後、機械加工によって図３に示すシャルピー衝撃
試験片を作製し、また、表１，２におけるＮｏ．４，
６，１０，２９，３６については更に上記と同様にして
溶製、熱間鍛造、溶体化処理、焼きならし処理を行なっ
た後、機械加工によって図４に示す衝撃曲げ疲労試験片
を作製した。次いで夫々の試験片について、表３，４お
よび図５に示す条件で浸炭焼入れを行なった後、室温で
の衝撃試験および松村式繰り返し衝撃曲げ疲労試験を行
なった。尚、浸炭焼入れ後の衝撃試験片および衝撃曲げ
疲労試験片の芯部硬さを測定し、ジョミニー焼入れ性曲
線に基づいて焼入れ時の芯部の冷却速度に相当するジョ
ミニー位置Ｊeqを求め、冷却速度Ｖを算出したところ、
それぞれＪeqは５ｍｍおよび５．５ｍｍであり、シャル
ピー衝撃試験片および衝撃曲げ疲労試験片を製造する際
における浸炭焼入れ処理時の冷却速度Ｖは４４（℃／
秒）および３９（℃／秒）であった。
０ｋｇの真空溶解炉で溶製し鋳造した後直径３０ｍｍに
熱間鍛造し、溶体化処理（１２５０℃×１時間→空冷）
および焼きならし処理（８５０℃×１時間→空冷）を行
なった後、機械加工によって図３に示すシャルピー衝撃
試験片を作製し、また、表１，２におけるＮｏ．４，
６，１０，２９，３６については更に上記と同様にして
溶製、熱間鍛造、溶体化処理、焼きならし処理を行なっ
た後、機械加工によって図４に示す衝撃曲げ疲労試験片
を作製した。次いで夫々の試験片について、表３，４お
よび図５に示す条件で浸炭焼入れを行なった後、室温で
の衝撃試験および松村式繰り返し衝撃曲げ疲労試験を行
なった。尚、浸炭焼入れ後の衝撃試験片および衝撃曲げ
疲労試験片の芯部硬さを測定し、ジョミニー焼入れ性曲
線に基づいて焼入れ時の芯部の冷却速度に相当するジョ
ミニー位置Ｊeqを求め、冷却速度Ｖを算出したところ、
それぞれＪeqは５ｍｍおよび５．５ｍｍであり、シャル
ピー衝撃試験片および衝撃曲げ疲労試験片を製造する際
における浸炭焼入れ処理時の冷却速度Ｖは４４（℃／
秒）および３９（℃／秒）であった。
【００４８】前記式（１），（２）により鋼材の成分組
成から求められる１０％または９０％マルテンサイトが
生成する臨界冷却速度ＶC1，ＶC2、浸炭処理温度、浸炭
処理時のＣＰ値（カーボンポテンシャル）、浸炭処理後
のマルテンサイト＋ベイナイト面積率、浸炭層の結晶粒
度番号、浸炭層の残留オーステナイト量、芯部硬さ、衝
撃特性を表３，４に、また繰り返し衝撃曲げ疲労試験結
果を図６に示す。
成から求められる１０％または９０％マルテンサイトが
生成する臨界冷却速度ＶC1，ＶC2、浸炭処理温度、浸炭
処理時のＣＰ値（カーボンポテンシャル）、浸炭処理後
のマルテンサイト＋ベイナイト面積率、浸炭層の結晶粒
度番号、浸炭層の残留オーステナイト量、芯部硬さ、衝
撃特性を表３，４に、また繰り返し衝撃曲げ疲労試験結
果を図６に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】表１からも明らかである様に、発明鋼１〜
２５は化学成分、浸炭層の残留オーステナイト量、浸炭
層の結晶粒度番号、マルテンサイト＋ベイナイト面積率
等の全てにおいて本発明の規定要件を満足するものであ
り、また浸炭焼入れ時の冷却速度Ｖ＝４４（℃／秒）が
初析フェライト面積率が５％を超えない臨界冷却速度Ｖ
C1（℃／秒）以上で且つ９０％マルテンサイトが生成す
る臨界冷却速度ＶC2（℃／秒）以下であるため、５０Ｊ
／ｃｍ2 以上の高い衝撃値が得られている。
２５は化学成分、浸炭層の残留オーステナイト量、浸炭
層の結晶粒度番号、マルテンサイト＋ベイナイト面積率
等の全てにおいて本発明の規定要件を満足するものであ
り、また浸炭焼入れ時の冷却速度Ｖ＝４４（℃／秒）が
初析フェライト面積率が５％を超えない臨界冷却速度Ｖ
C1（℃／秒）以上で且つ９０％マルテンサイトが生成す
る臨界冷却速度ＶC2（℃／秒）以下であるため、５０Ｊ
／ｃｍ2 以上の高い衝撃値が得られている。
【００５４】これに対し表２の鋼種２６，２７は、マル
テンサイト面積率、マルテンサイト＋ベイナイト面積率
がいずれも規定範囲外であるにもかかわらず、非常に優
れた衝撃特性を示している。しかしながら、芯部硬さが
ＨＶ２５０以下であるためケースクラッシングが発生し
易く、疲労強度の低下が懸念される。また比較鋼２８，
２９の化学成分や結晶粒度番号、残留オーステナイト量
などは規定要件を満たしているが、冷却速度が不適正で
あるため芯部のマルテンサイト面積率が規定範囲を外れ
ており、満足な衝撃値が得られていない。比較鋼３０，
３１は、残留オーステナイト量が規定範囲を超えている
ため、疲労強度に問題を生じる可能性が高い。
テンサイト面積率、マルテンサイト＋ベイナイト面積率
がいずれも規定範囲外であるにもかかわらず、非常に優
れた衝撃特性を示している。しかしながら、芯部硬さが
ＨＶ２５０以下であるためケースクラッシングが発生し
易く、疲労強度の低下が懸念される。また比較鋼２８，
２９の化学成分や結晶粒度番号、残留オーステナイト量
などは規定要件を満たしているが、冷却速度が不適正で
あるため芯部のマルテンサイト面積率が規定範囲を外れ
ており、満足な衝撃値が得られていない。比較鋼３０，
３１は、残留オーステナイト量が規定範囲を超えている
ため、疲労強度に問題を生じる可能性が高い。
【００５５】比較鋼３２，３３は、夫々Ｃ量、Ｍｎ量が
規定範囲を超えており、また冷却速度も不適正で焼入性
不足であるため、マルテンサイト面積率、マルテンサイ
ト＋ベイナイト面積率が規定範囲を外れている。それに
もかかわらず非常に優れた衝撃特性を示しているが、反
面芯部硬さがＨＶ２５０以下と極端に低いためケースク
ラッシングが発生し、疲労強度が低下する可能性が高
い。比較鋼３４，３５は、化学成分は適正であるもの
の、浸炭処理後夫浸炭層の結晶粒度番号が小さく規定範
囲を外れているため、衝撃特性が低い。比較鋼３６，３
７は、それぞれＡｌ量、Ｎ量が規定範囲を外れるもので
あり、浸炭層の結晶粒度番号が規定範囲を外れて小さく
なっているため、衝撃特性が劣悪になっている。
規定範囲を超えており、また冷却速度も不適正で焼入性
不足であるため、マルテンサイト面積率、マルテンサイ
ト＋ベイナイト面積率が規定範囲を外れている。それに
もかかわらず非常に優れた衝撃特性を示しているが、反
面芯部硬さがＨＶ２５０以下と極端に低いためケースク
ラッシングが発生し、疲労強度が低下する可能性が高
い。比較鋼３４，３５は、化学成分は適正であるもの
の、浸炭処理後夫浸炭層の結晶粒度番号が小さく規定範
囲を外れているため、衝撃特性が低い。比較鋼３６，３
７は、それぞれＡｌ量、Ｎ量が規定範囲を外れるもので
あり、浸炭層の結晶粒度番号が規定範囲を外れて小さく
なっているため、衝撃特性が劣悪になっている。
【００５６】また図６からも明らかである様に、本発明
の規定要件を全て満足する鋼種４，６，１０は、いずれ
も比較鋼２９，３６に比べて格段に優れた衝撃曲げ疲労
特性を有していることが分かる。即ち比較鋼２９では、
化学成分は本発明の要件を満足しているものの、冷却速
度Ｖが規定要件を外れているため浸炭処理後の芯部のマ
ルテンサイト面積率が高く、また比較鋼３６では、浸炭
処理後の浸炭層の結晶粒度番号が小さく、本発明の規定
要件を外れているため、満足のいく衝撃曲げ疲労特性が
得られない。
の規定要件を全て満足する鋼種４，６，１０は、いずれ
も比較鋼２９，３６に比べて格段に優れた衝撃曲げ疲労
特性を有していることが分かる。即ち比較鋼２９では、
化学成分は本発明の要件を満足しているものの、冷却速
度Ｖが規定要件を外れているため浸炭処理後の芯部のマ
ルテンサイト面積率が高く、また比較鋼３６では、浸炭
処理後の浸炭層の結晶粒度番号が小さく、本発明の規定
要件を外れているため、満足のいく衝撃曲げ疲労特性が
得られない。
【００５７】次に、前記表１に示したシャルピー衝撃試
験片（浸炭焼入れ処理前のもの）のうち鋼種１〜５につ
いて、表５および図７に示す条件で浸炭・窒化焼入れ処
理を施した後、得られた各試験片について室温での衝撃
試験を行なった。結果は表５に示す通りであり、各鋼材
の成分組成や浸炭・窒化焼入れ処理時の冷却速度は適正
で、浸炭・窒化焼入れ処理後のマルテンサイト＋ベイナ
イト面積率、マルテンサイト面積率、浸炭層の結晶粒度
番号と残留オーステナイト量などは全て規定要件を満足
しているため、５０Ｊ／ｃｍ2 以上の高い衝撃値が得ら
れている。
験片（浸炭焼入れ処理前のもの）のうち鋼種１〜５につ
いて、表５および図７に示す条件で浸炭・窒化焼入れ処
理を施した後、得られた各試験片について室温での衝撃
試験を行なった。結果は表５に示す通りであり、各鋼材
の成分組成や浸炭・窒化焼入れ処理時の冷却速度は適正
で、浸炭・窒化焼入れ処理後のマルテンサイト＋ベイナ
イト面積率、マルテンサイト面積率、浸炭層の結晶粒度
番号と残留オーステナイト量などは全て規定要件を満足
しているため、５０Ｊ／ｃｍ2 以上の高い衝撃値が得ら
れている。
【００５８】
【表５】
【００５９】更に、前記表１に示したシャルピー衝撃試
験片（浸炭焼入れ処理後のもの）のうち鋼種１〜５につ
いて、図５に示したのと同じ条件で浸炭焼入れ・焼戻し
処理を施し、表６に示す条件でショットピーニング処理
を施した後、前記と同様にして室温での衝撃試験を行な
い、表７に示す結果を得た。
験片（浸炭焼入れ処理後のもの）のうち鋼種１〜５につ
いて、図５に示したのと同じ条件で浸炭焼入れ・焼戻し
処理を施し、表６に示す条件でショットピーニング処理
を施した後、前記と同様にして室温での衝撃試験を行な
い、表７に示す結果を得た。
【００６０】
【表６】
【００６１】
【表７】
【００６２】表７からも明らかである様に、これらの供
試材はいずれも本発明の規定要件を充足し、且つショッ
トピーニング処理によって表層部に３００Ｎ／ｍｍ2 以
上の圧縮残留応力を与えたものであって、表３に示した
ショットピーニングなしのものに比べて何れも衝撃値が
一層高められていることが分かる。
試材はいずれも本発明の規定要件を充足し、且つショッ
トピーニング処理によって表層部に３００Ｎ／ｍｍ2 以
上の圧縮残留応力を与えたものであって、表３に示した
ショットピーニングなしのものに比べて何れも衝撃値が
一層高められていることが分かる。
【００６３】
【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、浸炭（または浸炭・窒
化）焼入れ処理後における芯部の金属組織を、所定量の
マルテンサイト面積率を有するマルテンサイト＋ベイナ
イト主体の混合組織とすると共に、浸炭（または浸炭・
窒化）層については残留オーステナイト量と結晶粒度番
号を規定することによって、優れた衝撃強度と衝撃曲げ
疲労特性を備えた高靭性肌焼き鋼製機械部品を提供し得
ることになった。またこの部品に更に適正な条件でショ
ットピーニング処理を施して表層部に圧縮残留応力を付
与してやれば、衝撃疲労特性の一段と優れた機械部品を
得ることができる。
材の化学成分を特定すると共に、浸炭（または浸炭・窒
化）焼入れ処理後における芯部の金属組織を、所定量の
マルテンサイト面積率を有するマルテンサイト＋ベイナ
イト主体の混合組織とすると共に、浸炭（または浸炭・
窒化）層については残留オーステナイト量と結晶粒度番
号を規定することによって、優れた衝撃強度と衝撃曲げ
疲労特性を備えた高靭性肌焼き鋼製機械部品を提供し得
ることになった。またこの部品に更に適正な条件でショ
ットピーニング処理を施して表層部に圧縮残留応力を付
与してやれば、衝撃疲労特性の一段と優れた機械部品を
得ることができる。
【００６４】更に本発明の方法によれば、上記の金属組
織等の要件を満足する肌焼き鋼製機械部品を得るための
焼入れ条件を、当該機械部品を構成する鋼材の成分組成
とそのジョミニー焼入性曲線を元にしてほぼ正確に割り
出すことができ、焼入れ条件の標準化を推進することが
できる。
織等の要件を満足する肌焼き鋼製機械部品を得るための
焼入れ条件を、当該機械部品を構成する鋼材の成分組成
とそのジョミニー焼入性曲線を元にしてほぼ正確に割り
出すことができ、焼入れ条件の標準化を推進することが
できる。
【図１】ジョミニー焼入性曲線の一例を示す図である。
【図２】ジョミニー距離と９００〜３００℃間の平均冷
却速度の関係を示すグラフである。
却速度の関係を示すグラフである。
【図３】実験で使用した衝撃試験片の形状を示す図であ
る。
る。
【図４】実験で採用した繰返し衝撃曲げ疲労試験片の形
状を示す図である。
状を示す図である。
【図５】実験で採用した浸炭焼入れ・焼戻し処理条件を
示す図である。
示す図である。
【図６】衝撃曲げ疲労試験における繰返し数と繰返し応
力について、実施例と比較例の実験結果を対比して示す
グラフである。
力について、実施例と比較例の実験結果を対比して示す
グラフである。
【図７】実験で採用した浸炭・窒化焼入れ処理条件を示
す図である。
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 38/18 Ｃ２２Ｃ 38/18 38/38 38/38 38/58 38/58 (72)発明者 岡田 義夫 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 臼木 秀樹 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 鎌田 保志 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】Ｃ：０．１〜０．２５％（以下、特記しな
い限りｍａｓｓ％を意味する） Ｓｉ：０．１５％以下 Ｍｎ：１．２０％超、２．０％以下 Ｐ：０．０２％以下 Ｓ：０．０２％以下 Ｃｒ：０．７０超、１．５０％以下 Ａｌ：０．０１５〜０．０６０％ Ｎ：０．００５〜０．０３０％ 残部：Ｆｅおよび不可避的不純物 よりなる鋼材を用いた機械部品に浸炭焼入れ処理もしく
は浸炭・窒化焼入れ処理を施してなり、 芯部におけるマルテンサイトとベイナイトの総面積率が
９５％以上、マルテンサイト面積率が９０％以下で、初
析フェライトは５％を超える面積率で生成しておらず、 浸炭層もしくは浸炭・窒化層のオーステナイト結晶粒の
結晶粒度番号が８番以上で、且つ表面から０．０５ｍｍ
の深さ位置までの浸炭層もしくは浸炭・窒化層における
残留オーステナイト量が１０〜５０％であることを特徴
とする高靭性肌焼き鋼製機械部品。 - 【請求項２】 鋼材が、他の元素としてＭｏ：０．０８
〜０．６％および／またはＮｉ：０．２〜３．７５％を
含有するものである請求項１に記載の高靭性肌焼き鋼製
機械部品。 - 【請求項３】 鋼材が、更に他の元素としてＣｕ：０．
３〜２．０％を含有するものである請求項２に記載の高
靭性肌焼き鋼製機械部品。 - 【請求項４】 鋼材が、更に他の元素としてＶ：０．０
３〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％およびＮ
ｂ：０．００５〜０．１％よりなる群から選択される少
なくとも１種の元素を含有するものである請求項１〜３
のいずれかに記載の高靭性肌焼き鋼製機械部品。 - 【請求項５】 鋼材が、更に他の元素としてＣａ：０．
０００５〜０．０８％および／もしくはＺｒ：０．００
２〜０．０８％を含有するものである請求項１〜４のい
ずれかに記載の高靭性肌焼き鋼製機械部品。 - 【請求項６】 浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入
れ処理の後、その表面に圧縮残留応力を付与してなり、
表層部の圧縮残留応力が３００Ｎ／ｍｍ2 以上である請
求項１〜５のいずれかに記載の高靭性肌焼き鋼製機械部
品。 - 【請求項７】 浸炭焼入れ処理もしくは浸炭・窒化焼入
れ処理の後、その表面に、硬さがＨＲＣ４５以上で且つ
粒子径が０．０４〜１ｍｍである硬質微粒子を使用し、
６０ｍ／ｓの投射速度で少なくとも１回ショットピーニ
ング処理を施したものである請求項６に記載の高靭性肌
焼き鋼製機械部品。 - 【請求項８】 請求項１〜５のいずれかに記載の成分組
成の要件を満足する鋼材よりなる機械部品に浸炭処理も
しくは浸炭・窒化処理を施した後の焼入れに際し、当該
鋼材のジョミニー焼入性曲線における硬さが、浸炭焼入
れ処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理後の機械部品の芯
部強度に相当する硬さを示すジョミニー位置Ｊeq（ｍ
ｍ）を求めると共に、初析フェライトが５％を超える面
積率で生成しない臨界冷却速度ＶC1（℃／秒）とマルテ
ンサイト面積率が９０％となる臨界冷却速度ＶC2（℃／
秒）を、当該鋼材の成分組成から下記（１），（２）式
によって求め、前記ジョミニー位置Ｊeq（ｍｍ）を下記
（３）式に代入することにより求められる冷却速度Ｖ
を、上記臨界冷却速度ＶC1（℃／秒）とＶC2（℃／秒）
の範囲内として焼入れ処理を行なうことにより、請求項
１〜５のいずれかに記載の金属組織を得ることを特徴と
する高靭性肌焼き鋼製機械部品の製法。 ＶC1＝１０k1……（１） 式中、ｋ1 ＝3.62-7.17[C%]-0.43[Mn%]-0.64[Cr%]-1.18
[Mo%]-3.86[P%]-0.20[Ni%] ＶC2＝１０k2……（２） 式中、ｋ2 ＝4.01-5.96[C%]-0.33[Mn%]-0.33[Cr%]-0.66
[Mo%]-9.45[P%]-0.33[Ni%] Ｖ＝３９０Ｊeq -1.35 ……（３） - 【請求項９】 請求項８に記載の方法により浸炭焼入れ
処理もしくは浸炭・窒化焼入れ処理を行なったの後、そ
の表面に、硬さがＨＲＣ４５以上で且つ粒子径が０．０
４〜１ｍｍである硬質微粒子を使用し、６０ｍ／ｓの投
射速度で少なくとも１回ショットピーニング処理を施す
ことを特徴とする、表面硬度の高められた高靭性肌焼き
鋼製機械部品の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20631095A JP3524229B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 高靭性肌焼き鋼製機械部品およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20631095A JP3524229B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 高靭性肌焼き鋼製機械部品およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0953148A true JPH0953148A (ja) | 1997-02-25 |
| JP3524229B2 JP3524229B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=16521191
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20631095A Expired - Fee Related JP3524229B2 (ja) | 1995-08-11 | 1995-08-11 | 高靭性肌焼き鋼製機械部品およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3524229B2 (ja) |
Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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