(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022165628
(43)【公開日】2022-11-01
(54)【発明の名称】浸炭窒化処理用鋼材および浸炭窒化鋼材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20221025BHJP
C21D 1/06 20060101ALI20221025BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20221025BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301N
C21D1/06 A
C22C38/58
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021071046
(22)【出願日】2021-04-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003713
【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100137589
【弁理士】
【氏名又は名称】右田 俊介
(74)【代理人】
【識別番号】100160864
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 政治
(72)【発明者】
【氏名】林 幸宏
(72)【発明者】
【氏名】辻井 健太
(57)【要約】
【課題】面疲労強度が高く、かつ、高温焼戻し硬さが十分に高い浸炭窒化処理用鋼材およびそれを浸炭窒化処理してなる浸炭窒化鋼材の提供。
【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎを含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、浸炭窒化を施すことで、表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４を満たし、１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０を満たし、前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材。
【選択図】図２
【解決手段】Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎを含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、浸炭窒化を施すことで、表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４を満たし、１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０を満たし、前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃ：０．１～０．３質量％、
Ｓｉ：０．３質量％以下、
Ｍｎ：０．４～２．０質量％、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．０３質量％以下、
Ｃｕ：０．３質量％以下、
Ｎｉ：２．５質量％以下、
Ｃｒ：０．５～３．０質量％、
Ｍｏ：０．００１～１．０質量％、
Ａｌ：０．０１～０．０８質量％、
Ｎ：０．００５～０．０３質量％、
で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材。
Ｓｉ：０．３質量％以下、
Ｍｎ：０．４～２．０質量％、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．０３質量％以下、
Ｃｕ：０．３質量％以下、
Ｎｉ：２．５質量％以下、
Ｃｒ：０．５～３．０質量％、
Ｍｏ：０．００１～１．０質量％、
Ａｌ：０．０１～０．０８質量％、
Ｎ：０．００５～０．０３質量％、
で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材。
【請求項2】
Ｎｂ：０．００１～０．０８質量％、
Ｖ：０．５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、および
Ｂ：０．０００５～０．００３質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有する、請求項１に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
Ｖ：０．５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、および
Ｂ：０．０００５～０．００３質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有する、請求項１に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
【請求項3】
Ｃ：０．１５～０．２５質量％、
Ｓｉ：０．０１～０．２４質量％、
Ｍｎ：０．５～１．８質量％、
Ｃｕ：０．００１～０．３質量％、
Ｎｉ：０．０１～０．６質量％、
Ｃｒ：０．６～１．８質量％、
Ｍｏ：０．０１～０．８質量％、
Ａｌ：０．０２～０．０５質量％、
Ｎ：０．０１～０．０２５質量％、
で含有し、
Ｎｂ：０．００１５～０．０６質量％、
Ｖ：０．２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１２～０．０４質量％、および
Ｂ：０．０００６～０．００２５質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
前記浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．７～１．２を満たす浸炭窒化処理鋼材が得られる、請求項１または２に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
Ｓｉ：０．０１～０．２４質量％、
Ｍｎ：０．５～１．８質量％、
Ｃｕ：０．００１～０．３質量％、
Ｎｉ：０．０１～０．６質量％、
Ｃｒ：０．６～１．８質量％、
Ｍｏ：０．０１～０．８質量％、
Ａｌ：０．０２～０．０５質量％、
Ｎ：０．０１～０．０２５質量％、
で含有し、
Ｎｂ：０．００１５～０．０６質量％、
Ｖ：０．２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１２～０．０４質量％、および
Ｂ：０．０００６～０．００２５質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
前記浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．７～１．２を満たす浸炭窒化処理鋼材が得られる、請求項１または２に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
【請求項4】
Ｃｕ：０．０３～０．３質量％、
で含有する、請求項１～３のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
で含有する、請求項１～３のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
【請求項5】
Ｓｉ：０．０１～０．１７質量％、
で含有する、請求項１～４のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
で含有する、請求項１～４のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
【請求項6】
Ｃｕ：０．０３～０．２５質量％、
で含有する、請求項１～５のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
で含有する、請求項１～５のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
【請求項7】
請求項１～６のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材を浸炭窒化処理してなり、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
さらに５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上となる、浸炭窒化鋼材。
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
さらに５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上となる、浸炭窒化鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は浸炭窒化処理用鋼材および浸炭窒化鋼材に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば自動車や産業機械の歯車、シャフト等の鋼製部品には高い面疲労強度が求められる。そこで、従来、当該部品として浸炭窒化部品が用いられている。鋼材を浸炭窒化することにより面疲労強度が向上することは、従来、広く知られている。
これに関連する従来法として、例えば特許文献１～５に記載のものが挙げられる
これに関連する従来法として、例えば特許文献１～５に記載のものが挙げられる
【0003】
例えば特許文献１、２には生地が、特定組成を備える鋼材であり、表面から深さ０．１ｍｍまでの領域において、平均のＣ濃度Ｃｓが０．６０～０．９０％、平均のＮ濃度Ｎｓが０．１５～０．３５％、Ｃｓ＋Ｎｓが０．８０～１．１０％で、かつ、各成分が特定の関係式を満たすことを特徴とする鋼製の浸炭窒化部品が記載されている。そして、このような浸炭窒化部品によれば、大幅なコストアップをすることなく、表面硬化処理として最も代表的な浸炭焼入れによって製造した場合に較べて大幅に優れた曲げ疲労強度および面疲労強度を有し、部品の軽量化、小型化、高応力負荷化の要求に応えることができる鋼製の浸炭窒化部品を提供することができると記載されている。
【0004】
また、特許文献３には、特定組成からなり、各成分が特定の関係式を満たすことを特徴とする浸炭窒化用鋼材が記載されている。そして、このような浸炭窒化鋼材によれば、部品形状への加工性に優れ、しかも浸炭窒化処理後の研磨工程を省略してもピッチング寿命に優れた鋼材、および該鋼材を用いた部品を提供できると記載されている。
【0005】
また、特許文献４には、基地が、特定の組成を備える鋼材であり、表面から深さ５μｍの領域において、空隙の比率が１０％未満であり、表面から深さ１００μｍまでの領域において、平均のＣ濃度Ｃａｖｅが０．００５～０．８０％、平均のＮ濃度Ｎａｖｅが０．３０～０．７０％、Ｃａｖｅ＋Ｎａｖｅが０．５０～１．４０％であることを特徴とする鋼部品が記載されている。そして、このような鋼部品によれば、面疲労強度及び耐摩耗性が優れ、自動車や産業機械の歯車、クランクシャフト、カムシャフトなどの部品に利用できる鋼部品を提供することができると記載されている。
【0006】
さらに特許文献５には、平坦部及びエッジ部を有する表面を含む表層部と、前記表層部よりも内部の芯部とを備え、前記芯部は、特定組成を備え、前記平坦部から深さ０．０５ｍｍまでの領域における炭素濃度ＣＰ１は０．７０～０．８９％であり、窒素濃度は０．１０～０．８０％であり、前記エッジ部から深さ０．０５ｍｍまでの領域における炭素濃度ＣＰ２は、前記炭素濃度ＣＰ１よりも高く１．２０％以下であり、前記平坦部から深さ０．３ｍｍ位置でのビッカース硬さがＨＶ６５０以上であり、前記表層部での粒界酸化層深さが３．０μｍ未満であり、前記芯部のビッカース硬さがＨＶ２６０以上である、浸炭窒化部品が記載されている。そして、このような浸炭窒化部品によれば、平坦部及びエッジ部を含む表面を含み、優れた曲げ疲労強度及びピッチング強度を有する浸炭窒化部品を提供することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１０－７０８２７号公報
【特許文献2】特開２０１０－７０８３１号公報
【特許文献3】特開２０１６－１８６１２０号公報
【特許文献4】特開２０１７－１７１９５１号公報
【特許文献5】特開２０１７－１７１９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年、自動車は電動化され、それに伴い一部の部品の摺動温度は従来よりも高温（例えば３００～５００℃程度）となる可能性がある。したがって、一部の部材には、高温に曝されても十分に硬いこと、すなわち、高温焼戻し硬さが求められる。
【0009】
一方、本発明者は、浸炭窒化の面疲労強度向上要因としてＣｒＮクラスターの生成が大きく寄与しているおり、面疲労強度を十分に向上させるためにはＣｒをある程度添加する必要があることを見出した。具体的には３００℃まではＮの添加が、３００℃よりも高温領域においてはＣｒ、Ｎの２元素の添加が有効であることを見出した。
さらに、本発明者はＣｒ、Ｎの添加量によっては高温（３００～５００℃程度）における焼戻し硬さが低下してしまうことを見出した。
すなわち、面疲労強度と高温焼戻し硬さとの両方を改善することは難しく、これらはトレードオフの関係にあることを見出した。
さらに、本発明者はＣｒ、Ｎの添加量によっては高温（３００～５００℃程度）における焼戻し硬さが低下してしまうことを見出した。
すなわち、面疲労強度と高温焼戻し硬さとの両方を改善することは難しく、これらはトレードオフの関係にあることを見出した。
【0010】
本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、面疲労強度が高く、かつ、高温焼戻し硬さが十分に高い浸炭窒化処理用鋼材およびそれを浸炭窒化処理してなる浸炭窒化鋼材を提供することである。
すなわち、本発明の目的は、面疲労強度が高く、かつ、高温焼戻し硬さが十分に高い浸炭窒化処理用鋼材およびそれを浸炭窒化処理してなる浸炭窒化鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は下記（１）～（７）である。
（１）Ｃ：０．１～０．３質量％、
Ｓｉ：０．３質量％以下、
Ｍｎ：０．４～２．０質量％、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．０３質量％以下、
Ｃｕ：０．３質量％以下、
Ｎｉ：２．５質量％以下、
Ｃｒ：０．５～３．０質量％、
Ｍｏ：０．００１～１．０質量％、
Ａｌ：０．０１～０．０８質量％、
Ｎ：０．００５～０．０３質量％、
で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材。
（２）Ｎｂ：０．００１～０．０８質量％、
Ｖ：０．５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、および
Ｂ：０．０００５～０．００３質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有する、上記（１）に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（３）Ｃ：０．１５～０．２５質量％、
Ｓｉ：０．０１～０．２４質量％、
Ｍｎ：０．５～１．８質量％、
Ｃｕ：０．００１～０．３質量％、
Ｎｉ：０．０１～０．６質量％、
Ｃｒ：０．６～１．８質量％、
Ｍｏ：０．０１～０．８質量％、
Ａｌ：０．０２～０．０５質量％、
Ｎ：０．０１～０．０２５質量％、
で含有し、
Ｎｂ：０．００１５～０．０６質量％、
Ｖ：０．２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１２～０．０４質量％、および
Ｂ：０．０００６～０．００２５質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
前記浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．７～１．２を満たす浸炭窒化処理鋼材が得られる、上記（１）または（２）に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（４）Ｃｕ：０．０３～０．３質量％、
で含有する、上記（１）～（３）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（５）Ｓｉ：０．０１～０．１７質量％、
で含有する、上記（１）～（４）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（６）Ｃｕ：０．０３～０．２５質量％、
で含有する、上記（１）～（５）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（７）上記（１）～（６）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材を浸炭窒化処理してなり、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
さらに５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上となる、浸炭窒化鋼材。
本発明は下記（１）～（７）である。
（１）Ｃ：０．１～０．３質量％、
Ｓｉ：０．３質量％以下、
Ｍｎ：０．４～２．０質量％、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．０３質量％以下、
Ｃｕ：０．３質量％以下、
Ｎｉ：２．５質量％以下、
Ｃｒ：０．５～３．０質量％、
Ｍｏ：０．００１～１．０質量％、
Ａｌ：０．０１～０．０８質量％、
Ｎ：０．００５～０．０３質量％、
で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材。
（２）Ｎｂ：０．００１～０．０８質量％、
Ｖ：０．５質量％以下、
Ｔｉ：０．０５質量％以下、および
Ｂ：０．０００５～０．００３質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有する、上記（１）に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（３）Ｃ：０．１５～０．２５質量％、
Ｓｉ：０．０１～０．２４質量％、
Ｍｎ：０．５～１．８質量％、
Ｃｕ：０．００１～０．３質量％、
Ｎｉ：０．０１～０．６質量％、
Ｃｒ：０．６～１．８質量％、
Ｍｏ：０．０１～０．８質量％、
Ａｌ：０．０２～０．０５質量％、
Ｎ：０．０１～０．０２５質量％、
で含有し、
Ｎｂ：０．００１５～０．０６質量％、
Ｖ：０．２５質量％以下、
Ｔｉ：０．０１２～０．０４質量％、および
Ｂ：０．０００６～０．００２５質量％、
からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
前記浸炭窒化を施すことで、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．７～１．２を満たす浸炭窒化処理鋼材が得られる、上記（１）または（２）に記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（４）Ｃｕ：０．０３～０．３質量％、
で含有する、上記（１）～（３）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（５）Ｓｉ：０．０１～０．１７質量％、
で含有する、上記（１）～（４）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（６）Ｃｕ：０．０３～０．２５質量％、
で含有する、上記（１）～（５）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材。
（７）上記（１）～（６）のいずれかに記載の浸炭窒化処理用鋼材を浸炭窒化処理してなり、
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
を満たし、
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
を満たし、
さらに５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上となる、浸炭窒化鋼材。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、面疲労強度が高く、かつ、高温焼戻し硬さが十分に高い浸炭窒化処理用鋼材およびそれを浸炭窒化処理してなる浸炭窒化鋼材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施例において用いた小ローラの概略側面図である。
【図2】実施例および比較例における５００℃焼戻し硬さと疲労強度寿命比との関係を示すグラフである。
【図3】実施例および比較例における５００℃焼戻し硬さと焼付き限界荷重比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明について説明する。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材は、Ｃ：０．１～０．３質量％、Ｓｉ：０．３質量％以下、Ｍｎ：０．４～２．０質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｎｉ：２．５質量％以下、Ｃｒ：０．５～３．０質量％、Ｍｏ：０．００１～１．０質量％、Ａｌ：０．０１～０．０８質量％、Ｎ：０．００５～０．０３質量％、で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、浸炭窒化を施すことで、式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４を満たし、式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０を満たし、前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材である。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材は、Ｃ：０．１～０．３質量％、Ｓｉ：０．３質量％以下、Ｍｎ：０．４～２．０質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｎｉ：２．５質量％以下、Ｃｒ：０．５～３．０質量％、Ｍｏ：０．００１～１．０質量％、Ａｌ：０．０１～０．０８質量％、Ｎ：０．００５～０．０３質量％、で含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、浸炭窒化を施すことで、式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４を満たし、式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０を満たし、前記浸炭窒化を施した後に５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上である浸炭窒化鋼材が得られる、浸炭窒化処理用鋼材である。
【0015】
また、本発明の浸炭窒化鋼材は、本発明の浸炭窒化処理用鋼材を浸炭窒化処理してなり、式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４を満たし、式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０を満たし、さらに５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上となる、浸炭窒化鋼材である。
【0016】
本発明の浸炭窒化処理用鋼材の組成について説明する。
【0017】
＜Ｃ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＣ含有率は０．１～０．３質量％であり、０．１５～０．２５質量％であることが好ましい。
このようなＣ含有率であると、本発明の浸炭窒化処理用鋼材の焼入れ性が向上し、また表面部および芯部の硬さが確保される。Ｃ含有率が高すぎると靭性および熱間加工性が低下する可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＣ含有率は０．１～０．３質量％であり、０．１５～０．２５質量％であることが好ましい。
このようなＣ含有率であると、本発明の浸炭窒化処理用鋼材の焼入れ性が向上し、また表面部および芯部の硬さが確保される。Ｃ含有率が高すぎると靭性および熱間加工性が低下する可能性がある。
【0018】
＜Ｓｉ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＳｉ含有率は０．３質量％以下であり、０．０１～０．２４質量％であることが好ましく、０．０１～０．１７質量％であることがより好ましく、０．０１～０．１６質量％であることがさらに好ましい。
このようなＳｉ含有率であると、本発明の浸炭窒化処理用鋼材での窒化物の析出（Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＭｎＮ2等）の析出が抑制され、疲労強度の低下を防ぐことができる。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＳｉ含有率は０．３質量％以下であり、０．０１～０．２４質量％であることが好ましく、０．０１～０．１７質量％であることがより好ましく、０．０１～０．１６質量％であることがさらに好ましい。
このようなＳｉ含有率であると、本発明の浸炭窒化処理用鋼材での窒化物の析出（Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＭｎＮ2等）の析出が抑制され、疲労強度の低下を防ぐことができる。
【0019】
＜Ｍｎ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＭｎ含有率は０．４～２．０質量％であり、０．５～２．０質量％であることが好ましく、０．５３～２．０質量％であることがより好ましく、０．５～１．８質量％であることがより好ましく、０．５～１．４質量％であることがより好ましく、０．５３～１．５質量％であることがさらに好ましい。
このようなＭｎ含有率であると、焼入れ性が向上することで芯部硬さが向上し、疲労強度が向上する。また、切削性、焼入性、製造性が良好となる。Ｍｎ含有率が低すぎると焼入れ性向上効果が得られない。また、Ｍｎ含有率が高すぎると製造性を損なう可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＭｎ含有率は０．４～２．０質量％であり、０．５～２．０質量％であることが好ましく、０．５３～２．０質量％であることがより好ましく、０．５～１．８質量％であることがより好ましく、０．５～１．４質量％であることがより好ましく、０．５３～１．５質量％であることがさらに好ましい。
このようなＭｎ含有率であると、焼入れ性が向上することで芯部硬さが向上し、疲労強度が向上する。また、切削性、焼入性、製造性が良好となる。Ｍｎ含有率が低すぎると焼入れ性向上効果が得られない。また、Ｍｎ含有率が高すぎると製造性を損なう可能性がある。
【0020】
＜Ｐ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＰ含有率は０．０３質量％以下％であり、０．０２０質量％以下であることが好ましい。Ｐは鋼に含有される不純物であり、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、特に、その含有量が０．０３０質量％を超えると、脆化の程度が著しくなる場合がある。従って、本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＰ含有率は０．０３質量％以下％とする。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＰ含有率は０．０３質量％以下％であり、０．０２０質量％以下であることが好ましい。Ｐは鋼に含有される不純物であり、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、特に、その含有量が０．０３０質量％を超えると、脆化の程度が著しくなる場合がある。従って、本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＰ含有率は０．０３質量％以下％とする。
【0021】
＜Ｓ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＳ含有率は０．０３質量％以下であり、０．０２０質量％以下であることが好ましい。
このようなＳ含有率であると、ＭｎＳを形成し、被削性を向上させる作用がある。一方で、Ｓの含有量が０．０３０質量％を超えると、粗大なＭｎＳを形成して、熱間鍛造性および曲げ疲労強度が低下する傾向がある。そのため、０．００５～０．０３０質量％であることが好ましい。熱間鍛造性および曲げ疲労強度をより重視する場合、Ｓの含有量は０．０２０質量以下が好ましい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＳ含有率は０．０３質量％以下であり、０．０２０質量％以下であることが好ましい。
このようなＳ含有率であると、ＭｎＳを形成し、被削性を向上させる作用がある。一方で、Ｓの含有量が０．０３０質量％を超えると、粗大なＭｎＳを形成して、熱間鍛造性および曲げ疲労強度が低下する傾向がある。そのため、０．００５～０．０３０質量％であることが好ましい。熱間鍛造性および曲げ疲労強度をより重視する場合、Ｓの含有量は０．０２０質量以下が好ましい。
【0022】
＜Ｃｕ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＣｕ含有率は０．３質量％以下％であり、０．００１～０．３質量％であることが好ましく、０．０３～０．３質量％であることがより好ましく、０．０３～０．２５質量％であることがさらに好ましい。
このようなＣｕ含有率であると炭化物の生成が抑制され、焼入れ性が向上する。Ｃｕ含有率が高すぎると熱間加工性が低下する可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＣｕ含有率は０．３質量％以下％であり、０．００１～０．３質量％であることが好ましく、０．０３～０．３質量％であることがより好ましく、０．０３～０．２５質量％であることがさらに好ましい。
このようなＣｕ含有率であると炭化物の生成が抑制され、焼入れ性が向上する。Ｃｕ含有率が高すぎると熱間加工性が低下する可能性がある。
【0023】
＜Ｎｉ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＮｉ含有率は２．５質量％以下であり、０．０１～０．６質量％であることが好ましく、０．０５～０．６質量％であることがより好ましい。
このようなＮｉ含有率であると焼入れ性が高まり、靭性が向上する。また、非酸化性の元素であり、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大せずに鋼表面を強靭化することができる。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＮｉ含有率は２．５質量％以下であり、０．０１～０．６質量％であることが好ましく、０．０５～０．６質量％であることがより好ましい。
このようなＮｉ含有率であると焼入れ性が高まり、靭性が向上する。また、非酸化性の元素であり、浸炭時に粒界酸化層の深さを増大せずに鋼表面を強靭化することができる。
【0024】
＜Ｃｒ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＣｒ含有率は０．５～３．０質量％であり、０．５～２．５質量％であることが好ましく、０．６～１．８質量％であることがより好ましい。
このようなＣｒ含有率であると焼入れ性が向上し、被切削性も確保され、ピッチング疲労強度が向上し、靭性も向上する。
Ｃｒ含有率が高すぎると、硬度大きくなり、被削性が低下し、また、浸炭時に粗大なＣｒ炭化物が生成することで、また、浸炭窒化時に結晶粒界に沿って粗大なＣｒＮ生成し、曲げ強度が低下する可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＣｒ含有率は０．５～３．０質量％であり、０．５～２．５質量％であることが好ましく、０．６～１．８質量％であることがより好ましい。
このようなＣｒ含有率であると焼入れ性が向上し、被切削性も確保され、ピッチング疲労強度が向上し、靭性も向上する。
Ｃｒ含有率が高すぎると、硬度大きくなり、被削性が低下し、また、浸炭時に粗大なＣｒ炭化物が生成することで、また、浸炭窒化時に結晶粒界に沿って粗大なＣｒＮ生成し、曲げ強度が低下する可能性がある。
【0025】
＜Ｍｏ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＭｏ含有率は０．００１～１．０質量％であり、０．０１～０．８質量％であることが好ましく、０．０５～０．６質量％であることがより好ましい。
このようなＭｏ含有率であると、焼入れ性が向上することで焼入れ処理した部品の芯部硬さが向上し、疲労強度が向上する。また、表面硬さ及び硬化層硬さを向上させる。
Ｍｏ含有率が低すぎると熱間鍛造後の強度が高くなり、切削加工性が加工する可能性がある。また、Ｍｏ含有率が高すぎると、析出核生成サイトを生成し、炭窒化物等の析出物の生成を促進してしまう傾向がある。また、未固溶の粗大な炭窒化物等が鋼中に残存し、浸炭窒化焼入れ時において、粗大な炭窒化物がさらに成長し粗大化し、これにより疲労強度が低下する可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＭｏ含有率は０．００１～１．０質量％であり、０．０１～０．８質量％であることが好ましく、０．０５～０．６質量％であることがより好ましい。
このようなＭｏ含有率であると、焼入れ性が向上することで焼入れ処理した部品の芯部硬さが向上し、疲労強度が向上する。また、表面硬さ及び硬化層硬さを向上させる。
Ｍｏ含有率が低すぎると熱間鍛造後の強度が高くなり、切削加工性が加工する可能性がある。また、Ｍｏ含有率が高すぎると、析出核生成サイトを生成し、炭窒化物等の析出物の生成を促進してしまう傾向がある。また、未固溶の粗大な炭窒化物等が鋼中に残存し、浸炭窒化焼入れ時において、粗大な炭窒化物がさらに成長し粗大化し、これにより疲労強度が低下する可能性がある。
【0026】
＜Ａｌ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＡｌ含有率は０．０１～０．０８質量％であり、０．０２～０．０５質量％であることが好ましい。
このようなＡｌ含有率であると、ＡｌはＮと結合しやすく、ＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化して鋼を強化する作用を奏する。
Ａｌ含有率が高すぎると、硬質で粗大なＡｌ2Ｏ3の形成により被削性が低下する可能性があり、また、大型硬質介在物としてのＡｌ2Ｏ3が疲労破壊の起点となり、曲げ疲労強度やピッチング強度の低下の原因となる可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＡｌ含有率は０．０１～０．０８質量％であり、０．０２～０．０５質量％であることが好ましい。
このようなＡｌ含有率であると、ＡｌはＮと結合しやすく、ＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化して鋼を強化する作用を奏する。
Ａｌ含有率が高すぎると、硬質で粗大なＡｌ2Ｏ3の形成により被削性が低下する可能性があり、また、大型硬質介在物としてのＡｌ2Ｏ3が疲労破壊の起点となり、曲げ疲労強度やピッチング強度の低下の原因となる可能性がある。
【0027】
＜Ｎ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＮ含有率は０．００５～０．０３質量％であり、０．０１～０．０２５質量％であることが好ましく、０．０１～０．０２０質量％であることがより好ましく、０．０１～０．０１５質量％であることがさらに好ましい。
このようなＮ含有率であると窒化物形成により結晶粒が微細化し、曲げ疲労強度が向上する。
Ｎ含有率が高すぎると粗大窒化物が形成することで靭性が低下する可能性がある。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＮ含有率は０．００５～０．０３質量％であり、０．０１～０．０２５質量％であることが好ましく、０．０１～０．０２０質量％であることがより好ましく、０．０１～０．０１５質量％であることがさらに好ましい。
このようなＮ含有率であると窒化物形成により結晶粒が微細化し、曲げ疲労強度が向上する。
Ｎ含有率が高すぎると粗大窒化物が形成することで靭性が低下する可能性がある。
【0028】
＜Ｎｂ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＮｂを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＮｂ含有率は０．００１～０．０８質量％であることが好ましく、０．００１５～０．０６質量％であることがより好ましい。
このようなＮｂ含有率であると微細な析出物（ＮｂＣ）が生成することで、浸炭時の結晶粒が粗大化し難くなる。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＮｂを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＮｂ含有率は０．００１～０．０８質量％であることが好ましく、０．００１５～０．０６質量％であることがより好ましい。
このようなＮｂ含有率であると微細な析出物（ＮｂＣ）が生成することで、浸炭時の結晶粒が粗大化し難くなる。
【0029】
＜Ｖ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＶを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＶ含有率は０．５質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以下であることがより好ましい。
このようなＶ含有率であるとＶ析出物が分散して現れ、破壊特性が向上する。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＶを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＶ含有率は０．５質量％以下であることが好ましく、０．２５質量％以下であることがより好ましい。
このようなＶ含有率であるとＶ析出物が分散して現れ、破壊特性が向上する。
【0030】
＜Ｔｉ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＴｉを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＴｉ含有率は０．０５質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましく、０．０１２～０．０４質量％であることがさらに好ましい。
このようなＴｉ含有率であると微細な析出物（ＴｉＣ）が生成することで、浸炭時の結晶粒が粗大化し難くなる。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＴｉを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＴｉ含有率は０．０５質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましく、０．０１２～０．０４質量％であることがさらに好ましい。
このようなＴｉ含有率であると微細な析出物（ＴｉＣ）が生成することで、浸炭時の結晶粒が粗大化し難くなる。
【0031】
＜Ｂ＞
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＢを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＢ含有率は０．０００５～０．００３質量％であることが好ましく、０．０００６～０．００２５質量％であることがより好ましい。
このようなＢ含有率であると焼入れ性が大幅に向上し、また割れ加工性が改善する。
Ｂ含有率が高すぎると、ＢＮを形成し、深部での焼入れ性向上の効果が低下する。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材はＢを含んでもよい。
本発明の浸炭窒化処理用鋼材におけるＢ含有率は０．０００５～０．００３質量％であることが好ましく、０．０００６～０．００２５質量％であることがより好ましい。
このようなＢ含有率であると焼入れ性が大幅に向上し、また割れ加工性が改善する。
Ｂ含有率が高すぎると、ＢＮを形成し、深部での焼入れ性向上の効果が低下する。
【0032】
本発明の浸炭窒化処理用鋼材は上記のような含有率でＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｎを含有し、さらに任意成分としてＮｂ、Ｖ、ＴｉおよびＢからなる群から選ばれる少なくとも１種を特定の含有率で含有してよい。そして、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる。
ここで不可避的不純物とは、意図的に添加しなくても原料や製造過程から混入する可能性がある成分を意味する。不可避的不純物として、具体的にはＯ、Ａｓ等が挙げられる。
ここで不可避的不純物とは、意図的に添加しなくても原料や製造過程から混入する可能性がある成分を意味する。不可避的不純物として、具体的にはＯ、Ａｓ等が挙げられる。
【0033】
本発明の浸炭窒化処理用鋼材が含有する各成分の含有率は、次の方法によって測定して得た値を意味するものとする。
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂは蛍光Ｘ線分析法によって求めた値、Ａｌは発光分光分析法、Ｏは不活性ガス中溶解－赤外線吸収法、Ｃ、Ｓは燃焼赤外線吸収法によって求めた値を意味するものとする。また、Ｎは不活性ガス中融解－熱伝導法、Ｂは発光分光分析法によって求めた値を意味するものとする。
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂは蛍光Ｘ線分析法によって求めた値、Ａｌは発光分光分析法、Ｏは不活性ガス中溶解－赤外線吸収法、Ｃ、Ｓは燃焼赤外線吸収法によって求めた値を意味するものとする。また、Ｎは不活性ガス中融解－熱伝導法、Ｂは発光分光分析法によって求めた値を意味するものとする。
【0034】
本発明の浸炭窒化処理用鋼材の製造方法は特に限定されない。例えば従来公知の方法によって本発明の浸炭窒化処理用鋼材を製造することができる。
【0035】
上記のような組成を備える本発明の浸炭窒化処理用鋼材について、浸炭窒化処理を施すことで、本発明の浸炭窒化鋼材を得ることができる。
ここで浸炭窒化処理は特に限定されず、本発明の浸炭窒化処理用鋼材から本発明の浸炭窒化鋼材を得ることができる浸炭窒化処理であればよいが、例えば次のような浸炭窒化処理Ｘであってよい。
浸炭窒化処理Ｘは、ガス浸炭窒化、真空浸炭窒化の何れでもよい。また、浸炭窒化処理の諸条件（浸炭温度、浸炭ガスの種類、浸炭ガス圧、浸炭工程での処理時間、拡散工程での処理時間、冷却工程での冷却速度、窒化工程での窒化ガス圧、アンモニアガス量、処理時間、焼入れ温度等）は、浸炭窒化部品において要求される表層部の硬さ、焼戻し硬さに応じて適宜決定でき、特に限定されない。例えば、ガス浸炭窒化処理では、通常ＣＰ＝０．５～１．０に制御し、浸窒ガスとしてアンモニアを使用し、アンモニア流量、炉内アンモニア濃度、拡散時間、焼入れ温度を調整することで、表面Ｎ濃度を制御し、焼入れを実施する。その後、１００℃～３００℃に加熱、１～３時間保持し、焼戻しを実施する。
ここで浸炭窒化処理は特に限定されず、本発明の浸炭窒化処理用鋼材から本発明の浸炭窒化鋼材を得ることができる浸炭窒化処理であればよいが、例えば次のような浸炭窒化処理Ｘであってよい。
浸炭窒化処理Ｘは、ガス浸炭窒化、真空浸炭窒化の何れでもよい。また、浸炭窒化処理の諸条件（浸炭温度、浸炭ガスの種類、浸炭ガス圧、浸炭工程での処理時間、拡散工程での処理時間、冷却工程での冷却速度、窒化工程での窒化ガス圧、アンモニアガス量、処理時間、焼入れ温度等）は、浸炭窒化部品において要求される表層部の硬さ、焼戻し硬さに応じて適宜決定でき、特に限定されない。例えば、ガス浸炭窒化処理では、通常ＣＰ＝０．５～１．０に制御し、浸窒ガスとしてアンモニアを使用し、アンモニア流量、炉内アンモニア濃度、拡散時間、焼入れ温度を調整することで、表面Ｎ濃度を制御し、焼入れを実施する。その後、１００℃～３００℃に加熱、１～３時間保持し、焼戻しを実施する。
【0036】
本発明の浸炭窒化鋼材について説明する。
本発明の浸炭窒化鋼材は、上記のような本発明の浸炭窒化処理用鋼材について浸炭窒化処理（例えば上記の浸炭窒化処理Ｘ）を施すことで得ることができる。
本発明の浸炭窒化鋼材は、上記のような本発明の浸炭窒化処理用鋼材について浸炭窒化処理（例えば上記の浸炭窒化処理Ｘ）を施すことで得ることができる。
【0037】
＜表面Ｃ濃度＞
本発明の浸炭窒化鋼材において表面Ｃ濃度は０．４～０．８質量％であることが好ましく、０．４５～０．７０質量％であることがより好ましい。
ここで表面Ｃ濃度は、本発明の浸炭窒化鋼材を、その表面から１００μｍの深さまで削り、得られた切り屑（ダライ粉）について燃焼－赤外線吸収法を適用して求めたＣ濃度を意味するものとする。
本発明の浸炭窒化鋼材において表面Ｃ濃度は０．４～０．８質量％であることが好ましく、０．４５～０．７０質量％であることがより好ましい。
ここで表面Ｃ濃度は、本発明の浸炭窒化鋼材を、その表面から１００μｍの深さまで削り、得られた切り屑（ダライ粉）について燃焼－赤外線吸収法を適用して求めたＣ濃度を意味するものとする。
【0038】
＜表面Ｎ濃度＞
本発明の浸炭窒化鋼材において表面Ｎ濃度は０．２５～０．８質量％であることが好ましく、０．３０～０．７０質量％であることがより好ましい。
ここで表面Ｎ濃度は、本発明の浸炭窒化鋼材を、その表面から１００μｍの深さまで削り、得られた切り屑（ダライ粉）について融解－熱伝導度測定を適用して求めたＮ濃度を意味するものとする。
本発明の浸炭窒化鋼材において表面Ｎ濃度は０．２５～０．８質量％であることが好ましく、０．３０～０．７０質量％であることがより好ましい。
ここで表面Ｎ濃度は、本発明の浸炭窒化鋼材を、その表面から１００μｍの深さまで削り、得られた切り屑（ダライ粉）について融解－熱伝導度測定を適用して求めたＮ濃度を意味するものとする。
【0039】
本発明の浸炭窒化鋼材は、上記のような表面Ｃ濃度および表面Ｎ濃度が、次の式１を満たす。
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
式１の計算結果は０．７～１．２であることが好ましい。
式１：表面Ｃ濃度（質量％）＋１２／１４×表面Ｎ濃度（質量％）＝０．６～１．４
式１の計算結果は０．７～１．２であることが好ましい。
【0040】
本発明の浸炭窒化鋼材は、上記のような表面Ｃ濃度および表面Ｎ濃度ならびにＣｒ含有率が、次の式２を満たす。
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
式２：１２９．７８０５×［Ｃｒ（質量％）］－７６．９７９７×［Ｃｒ（質量％）］2＋３３９．３３７５×［表面Ｎ濃度（質量％）］－５３９．３４５×［表面Ｎ濃度（質量％）］2＋１８１．４９８３×［Ｃｒ（質量％）］×［表面Ｎ濃度（質量％）］＋４３７．６７９９＞５６０
【0041】
本発明の浸炭窒化処理用鋼材について前述の浸炭窒化処理Ｘを施すことで得られた本発明の浸炭窒化鋼材は、その表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが６００ＨＶ以上であることが好ましい。
【0042】
本発明の浸炭窒化処理用鋼材について、前述の浸炭窒化処理Ｘを施すことで得られた本発明の浸炭窒化鋼材について、さらに５００℃で焼戻し処理を施した場合に、表面から０．０５ｍｍの深さの部分における硬さが５６０ＨＶ以上となる。
【実施例0043】
＜試験片の製造＞
以下、本発明の実施例について説明する。
第１表に示す実施例１～３１および比較例１～１９の各々について、表１および表２に示す組成（単位は質量％であり、残部はＦｅ及び不可避不純物）となるように原料を混合し、１５０ｋｇ高周波誘導炉を用いて溶製し、鋳造して鋼塊Ａを得た。
以下、本発明の実施例について説明する。
第１表に示す実施例１～３１および比較例１～１９の各々について、表１および表２に示す組成（単位は質量％であり、残部はＦｅ及び不可避不純物）となるように原料を混合し、１５０ｋｇ高周波誘導炉を用いて溶製し、鋳造して鋼塊Ａを得た。
【0044】
次に、鋼塊Ａを熱間圧延または熱間鍛造し、断面直径が１２５ｍｍの丸棒を得た後、さらに熱間鍛造して、断面直径が３２ｍｍの丸棒を得た。そして、焼きならし処理を施し（９２５℃×１ＨｒＡＣ）、得られた丸棒から、断面直径１５ｍｍの丸棒（長さ２１０ｍｍ）を切り出した。
【0045】
次に、丸棒に浸炭処理および窒化処理を施して、試験片を得た。ただし、一部の比較例においては浸炭処理のみを施し、窒化処理は施さなかった。
【0046】
ここで浸炭処理は、次の処理である。
ガス浸炭窒化炉へ丸棒を載置し、９３０℃の温度で浸炭ガス（エンリッチガスとしてプロパンガスを使用）を導入し、一酸化炭素と二酸化炭素の分圧を調整することでＣＰ（カーボンポテンシャル）を０．７に制御し、浸炭を実施した。
ガス浸炭窒化炉へ丸棒を載置し、９３０℃の温度で浸炭ガス（エンリッチガスとしてプロパンガスを使用）を導入し、一酸化炭素と二酸化炭素の分圧を調整することでＣＰ（カーボンポテンシャル）を０．７に制御し、浸炭を実施した。
【0047】
また、窒化処理は、次の処理である。
上記の浸炭処理を施した後の丸棒を８５０℃に降温し、ＣＰを一定に保った状態で窒化ガスとしてアンモニアガスを導入し、窒化処理を実施した。なお、窒化処理を実施した後、１２０℃のセミホット油で焼入れを行った。さらに次の処理として、焼入れを施した後の丸棒を１６０℃に調整した炉内に２時間裁置して加熱した後、炉から出し、室内で放冷する焼戻し処理を実施した。
上記の浸炭処理を施した後の丸棒を８５０℃に降温し、ＣＰを一定に保った状態で窒化ガスとしてアンモニアガスを導入し、窒化処理を実施した。なお、窒化処理を実施した後、１２０℃のセミホット油で焼入れを行った。さらに次の処理として、焼入れを施した後の丸棒を１６０℃に調整した炉内に２時間裁置して加熱した後、炉から出し、室内で放冷する焼戻し処理を実施した。
【0048】
＜表面Ｃ濃度、表面Ｎ濃度＞
上記の浸炭処理および窒化処理を施した試験片（一部は浸炭処理のみを施した試験片）について、その表面から１００μｍの深さまでを削り、得られた切り屑（ダライ粉）におけるＣ濃度およびＮ濃度を測定した。Ｃ濃度の測定には燃焼－赤外線吸収法を用い、Ｎ濃度の測定には融解－熱伝導度測定を用いた。
結果を第１表に示す。
上記の浸炭処理および窒化処理を施した試験片（一部は浸炭処理のみを施した試験片）について、その表面から１００μｍの深さまでを削り、得られた切り屑（ダライ粉）におけるＣ濃度およびＮ濃度を測定した。Ｃ濃度の測定には燃焼－赤外線吸収法を用い、Ｎ濃度の測定には融解－熱伝導度測定を用いた。
結果を第１表に示す。
【0049】
＜常温での表面硬さ＞
上記の浸炭処理および窒化処理を施した試験片（一部は浸炭処理のみを施した試験片）について、その表面を鏡面研磨し、表面から０．０５ｍｍの位置の硬さをＪＩＳ Ｚ ２２４４に基づき、荷重２．９４Ｎで測定した。
結果を表１および表２に示す。
上記の浸炭処理および窒化処理を施した試験片（一部は浸炭処理のみを施した試験片）について、その表面を鏡面研磨し、表面から０．０５ｍｍの位置の硬さをＪＩＳ Ｚ ２２４４に基づき、荷重２．９４Ｎで測定した。
結果を表１および表２に示す。
【0050】
＜５００℃で焼戻し処理を施した場合の表面硬さ＞
上記の浸炭処理および窒化処理を施した試験片（一部は浸炭処理のみを施した試験片）を５００℃に調整した炉内に３時間載置して加熱した後、炉から出し、室内で放冷する焼戻し処理を施した。そして、その後、その表面を鏡面研磨し、表面から０．０５ｍｍの位置の硬さをＪＩＳ Ｚ ２２４４に基づき、荷重２．９４Ｎで測定した。
結果を表１および表２に示す。
上記の浸炭処理および窒化処理を施した試験片（一部は浸炭処理のみを施した試験片）を５００℃に調整した炉内に３時間載置して加熱した後、炉から出し、室内で放冷する焼戻し処理を施した。そして、その後、その表面を鏡面研磨し、表面から０．０５ｍｍの位置の硬さをＪＩＳ Ｚ ２２４４に基づき、荷重２．９４Ｎで測定した。
結果を表１および表２に示す。
【0051】
＜疲労強度寿命比＞
上記の鋼塊Ａから同様の工程で丸棒を製造し、機械加工して小ロータを得た。小ローラ１は、図１に示すような直径２６ｍｍ、幅２８ｍｍの接触部２、その両側に配置される直径２２ｍｍの小径部４からなる。
そして、小ロータについて浸炭処理および窒化処理を施して、試験片を得た。
次に、試験片の相手側となる大ローラを用意した。大ローラは材質がＳＵＪ２でＨＲＣ６１となるように焼入れ焼戻し処理を実施した。なお、大ローラの曲率半径は１５０Ｒとした。
そして、ローラピッチング試験を行った。ローラピッチング試験では、試験片と相手側大ローラとを２．０～４．０ＧＰａの種々の面圧で、回転数：３０００ｒｐｍで接触させ、ローラピッチング試験機を用いてそれらを滑り率：－１００％で回転させ、１０7サイクルでピッチングを生じない負荷応力を面疲労強度（ピッチング疲労強度）とした。そしてＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材に対する面疲労強度を、ぞれぞれの試験片において求めた。すなわち、疲労強度寿命比は（試験片の面疲労強度／ＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材の面疲労強度）を意味する。
結果を表１および表２に示す。
上記の鋼塊Ａから同様の工程で丸棒を製造し、機械加工して小ロータを得た。小ローラ１は、図１に示すような直径２６ｍｍ、幅２８ｍｍの接触部２、その両側に配置される直径２２ｍｍの小径部４からなる。
そして、小ロータについて浸炭処理および窒化処理を施して、試験片を得た。
次に、試験片の相手側となる大ローラを用意した。大ローラは材質がＳＵＪ２でＨＲＣ６１となるように焼入れ焼戻し処理を実施した。なお、大ローラの曲率半径は１５０Ｒとした。
そして、ローラピッチング試験を行った。ローラピッチング試験では、試験片と相手側大ローラとを２．０～４．０ＧＰａの種々の面圧で、回転数：３０００ｒｐｍで接触させ、ローラピッチング試験機を用いてそれらを滑り率：－１００％で回転させ、１０7サイクルでピッチングを生じない負荷応力を面疲労強度（ピッチング疲労強度）とした。そしてＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材に対する面疲労強度を、ぞれぞれの試験片において求めた。すなわち、疲労強度寿命比は（試験片の面疲労強度／ＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材の面疲労強度）を意味する。
結果を表１および表２に示す。
【0052】
＜焼き付き限界荷重比＞
上記の鋼塊Ａを機械加工して負荷ローラー側、試験ローラー側の二つの試験片を得た。
試験片は直径７８ｍｍ、幅１８ｍｍからなり、負荷ローラー側の曲率半径は７００Ｒとした。
そして、試験片について、浸炭処理および窒化処理を施して、試験片を得た。
そしてローラーピッチング試験機を用いて焼付き試験を行った。
焼付き試験では上記で作製した二つの試験片をあるすべり速度下（２．０～２０．０ｍ／ｓ）で荷重を６０秒ごとに０．０５ＧＰａずつ段階的に増加させた。
焼付き判定は、負荷側に設置したトルク計のトルクが急上昇した時点とし、その際の荷重を焼付き荷重とした。
そして、ＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材に対する面疲労強度を、それぞれの試験片において求めた。
すなわち、焼付き限界荷重比は「試験片の焼付き荷重／ＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材の焼付き荷重」を意味する。
実施例１～３１および比較例１～１９の各々について焼付き限界荷重を測定した。
結果を表３および表４に示す。
上記の鋼塊Ａを機械加工して負荷ローラー側、試験ローラー側の二つの試験片を得た。
試験片は直径７８ｍｍ、幅１８ｍｍからなり、負荷ローラー側の曲率半径は７００Ｒとした。
そして、試験片について、浸炭処理および窒化処理を施して、試験片を得た。
そしてローラーピッチング試験機を用いて焼付き試験を行った。
焼付き試験では上記で作製した二つの試験片をあるすべり速度下（２．０～２０．０ｍ／ｓ）で荷重を６０秒ごとに０．０５ＧＰａずつ段階的に増加させた。
焼付き判定は、負荷側に設置したトルク計のトルクが急上昇した時点とし、その際の荷重を焼付き荷重とした。
そして、ＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材に対する面疲労強度を、それぞれの試験片において求めた。
すなわち、焼付き限界荷重比は「試験片の焼付き荷重／ＪＩＳ ＳＣＲ４２０の真空浸炭材の焼付き荷重」を意味する。
実施例１～３１および比較例１～１９の各々について焼付き限界荷重を測定した。
結果を表３および表４に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
【表2】
【0055】
【表3】
【0056】
【表4】
【0057】
表１および表２に示した５００℃で焼戻し処理を施した場合の表面硬さと、疲労強度寿命比（高速度ローラーピッチング条件における寿命比）との関係を図２に示す。
図２から、実施例は比較例に対して、いずれもが向上していることを確認できる。
図２から、実施例は比較例に対して、いずれもが向上していることを確認できる。
【0058】
【符号の説明】
【0059】
１ 小ローラ
２ 接触部
４ 小径部
２ 接触部
４ 小径部
【図1】
【図2】
【図3】
