特開 2024-137530 軟窒化部品

(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】P2024137530

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】軟窒化部品

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20240927BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20240927BHJP

   C21D 8/06 20060101ALN20240927BHJP

   C21D 9/30 20060101ALN20240927BHJP

   C21D 9/32 20060101ALN20240927BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301N

C22C38/60

C21D8/06 A

C21D9/30 A

C21D9/32 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049079

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(74)【代理人】

【識別番号】100213436

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 直俊

(72)【発明者】

【氏名】今浪 祐太

【テーマコード（参考）】

4K032

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K032AA01

4K032AA02

4K032AA03

4K032AA04

4K032AA05

4K032AA08

4K032AA13

4K032AA14

4K032AA19

4K032AA21

4K032AA22

4K032AA23

4K032AA27

4K032AA28

4K032AA29

4K032AA30

4K032AA31

4K032AA32

4K032AA33

4K032AA35

4K032AA36

4K032BA02

4K032CG01

4K032CL02

4K042AA16

4K042AA18

4K042BA04

4K042CA02

4K042CA03

4K042CA05

4K042CA06

4K042CA08

4K042CA09

4K042CA10

4K042CA12

4K042CA13

4K042DA06

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC04

(57)【要約】

【課題】低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品を提供する。
【解決手段】軟窒化部品は、成分組成として、Ｃ：０．０４質量％以上０．３５質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上１．２０質量％以下、Ｍｎ：０．３０質量％以上１．８０質量％以下、Ｐ：０．１質量％以下、Ｓ：０．５質量％以下、Ａｌ：０．０１０質量％以上０．３００質量％以下及びＮ：０．０２５０質量％以下、を含み、残部として、Ｆｅ及び不純物を含む鋼で形成された本体を備え、本体は表面層が窒化されており、本体の表面から０．５ｍｍの深さにおいて、当該表面と平行な方向で測定した逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上である。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

成分組成として、
Ｃ：０．０４質量％以上０．３５質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上１．２０質量％以下、
Ｍｎ：０．３０質量％以上１．８０質量％以下、
Ｐ：０．１質量％以下、
Ｓ：０．５質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上０．３００質量％以下及び
Ｎ：０．０２５０質量％以下、を含み、
残部として、Ｆｅ及び不純物を含む鋼で形成された本体を備え、
前記本体は表面層が窒化されており、
前記本体の表面から０．５ｍｍの深さにおいて、当該表面と平行な方向で測定した逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上である軟窒化部品。

【請求項2】

前記鋼は、前記成分組成として、
Ｃｒ：２．０質量％以下、
Ｍｏ：１．０質量％以下、
Ｃｕ：１．０質量％以下、
Ｎｉ：１．０質量％以下及び
Ｂ：０．０１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む請求項１に記載の軟窒化部品。

【請求項3】

前記鋼は、前記成分組成として、
Ｔｉ：０．１質量％以下、
Ｎｂ：０．１質量％以下、
Ｖ：０．２質量％以下、
Ｈｆ：０．１質量％以下及び
Ｔａ：０．１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む請求項１に記載の軟窒化部品。

【請求項4】

前記鋼は、前記成分組成として、
Ｔｉ：０．１質量％以下、
Ｎｂ：０．１質量％以下、
Ｖ：０．２質量％以下、
Ｈｆ：０．１質量％以下及び
Ｔａ：０．１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む請求項２に記載の軟窒化部品。

【請求項5】

前記鋼は、前記成分組成として、
Ｓｎ：０．１質量％以下及び
Ｓｂ：０．１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む請求項１～４に記載の軟窒化部品。

【請求項6】

前記鋼は、前記成分組成として、
Ｓｅ：０．３質量％以下、
Ｃａ：０．１質量％以下、
Ｐｂ：０．３質量％以下及び
Ｂｉ：０．３質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む請求項１～４に記載の軟窒化部品。

【請求項7】

前記鋼は、前記成分組成として、
Ｓｅ：０．３質量％以下、
Ｃａ：０．１質量％以下、
Ｐｂ：０．３質量％以下及び
Ｂｉ：０．３質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む請求項５に記載の軟窒化部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟窒化部品に関する。

【背景技術】

【0002】

二酸化炭素排出量削減などの環境問題への対応のための、種々の工業製品の部品の軽量化が要請されている。窒化は浸炭焼入れ等と比較して熱処理ひずみが小さい利点を有しつつ鋼部品の疲労特性を向上させる熱処理である。窒化は、車両の歯車をはじめとし様々な鋼製の部品に適用されている。疲労特性の向上は、鋼製の部品の小型化を可能とし、これにより、車両などの工業製品の軽量化を実現する。そのため、鋼製の部品において、疲労特性の向上が望まれる。

【0003】

特許文献１には、軟窒化用構造用鋼が開示されている。この軟窒化用構造用鋼は、重量比で、Ｃ：０．２０～０．５０％、Ｓｉ：０．０３～０．５０％、Ｍｎ：０．３０～３．００％、Ｃｒ：０．１０～１．００％、Ｍｏ：０．０３～１．００％、Ａｌ：０．０１～０．１０％、Ｖ：０．０３～０．５０％、Ｓ：０．０１５～０．０７０％、Ｐｂ：０～０．０４０％、Ｏ：１５ｐｐｍ以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避の不純物より成る。この軟窒化用構造用鋼では、Ｓ、Ｐｂ及び酸素の含有量と目標素材硬さや目標芯部硬さとに所定の関係が規定されている。この軟窒化用構造用鋼は、圧延まま、鍛造まま、焼きならし等の状態で機械加工を施した後、軟窒化処理とショットピーニングを施して使用するための鋼であり、疲労強度と被削性に優れているとされている。

【0004】

特許文献２には、曲げ疲労強度に優れた軟窒化用鋼が記載されている。この軟窒化用鋼は、合金元素が質量％で、Ｃ：０．０１％～０．１５％、Ｓｉ：０．０１％～１．５％、Ｍｎ：０．１５％～２％、Ｃｕ：０．５％～２％を含有し、Ｎ：０．００５％未満に制限し、Ｔｉ：０．０１％～０．５％、Ｎｂ：０．００５％～０．５％、Ｖ：０．０５％～０．５％の中から１種以上含有し、且つＣ＋Ｎ≦Ｔｉ／４．０＋Ｎｂ／７．７＋Ｖ／４．３であり、更に必要に応じて、Ｎｉ：０．５％～２％以下、Ｃｒ：０．１％～２％、Ａｌ：０．０５％～０．５％以下、Ｓ：０．０３％～０．１％、Ｐｂ：０．００５％～０．３％の中から１種以上を含有させることができ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。そして、フェライトの面積率が９０％以上で、残りが炭化物及びパーライト組織からなる。パーライトの平均サイズは２０μｍ以下である。この軟窒化用鋼では、Ｃｕは軟窒化時における芯部硬さの時効硬化に寄与する元素であり、高い疲労強度を得るために必須であるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０９－２２７９９２号公報

【特許文献2】特開２００２－０６９５７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

例えば特許文献２に開示された軟窒化用鋼のようにＣｕの多量添加が必須であると、鋼の製造コストを上昇させるだけでなく、鋼の高温脆化を招き、連続鋳造後の割れ増大による歩留まり低下及び手入れによる追加コスト上昇を招く場合がある。特許文献１に開示された軟窒化用鋼のようにショットピーニングを施すと、鋼部品の製造コストの上昇を招く問題がある。そのため、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品及びこれを実現する鋼の提供が望まれる。

【0007】

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための、本発明に係る軟窒化部品は以下のとおりである。

【0009】

［１］ 成分組成として、
Ｃ：０．０４質量％以上０．３５質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上１．２０質量％以下、
Ｍｎ：０．３０質量％以上１．８０質量％以下、
Ｐ：０．１質量％以下、
Ｓ：０．５質量％以下、
Ａｌ：０．０１０質量％以上０．３００質量％以下及び
Ｎ：０．０２５０質量％以下、を含み、
残部として、Ｆｅ及び不純物を含む鋼で形成された本体を備え、
前記本体は表面層が窒化されており、
前記本体の表面から０．５ｍｍの深さにおいて、当該表面と平行な方向で測定した逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上である軟窒化部品。

【0010】

［２］ 前記鋼は、前記成分組成として、
Ｃｒ：２．０質量％以下、
Ｍｏ：１．０質量％以下、
Ｃｕ：１．０質量％以下、
Ｎｉ：１．０質量％以下及び
Ｂ：０．０１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む上記［１］に記載の軟窒化部品。

【0011】

［３］ 前記鋼は、前記成分組成として、
Ｔｉ：０．１質量％以下、
Ｎｂ：０．１質量％以下、
Ｖ：０．２質量％以下、
Ｈｆ：０．１質量％以下及び
Ｔａ：０．１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む上記［１］又は［２］に記載の軟窒化部品。

【0012】

［４］ 前記鋼は、前記成分組成として、
Ｓｎ：０．１質量％以下及び
Ｓｂ：０．１質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む上記［１］から［３］のいずれか一つに記載の軟窒化部品。

【0013】

［５］ 前記鋼は、前記成分組成として、
Ｓｅ：０．３質量％以下、
Ｃａ：０．１質量％以下、
Ｐｂ：０．３質量％以下及び
Ｂｉ：０．３質量％以下、
のうちから選ばれる一つ以上を更に含む上記［１］から［４］のいずれか一つに記載の軟窒化部品。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】試験片の形状を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本実施形態に係る軟窒化部品について説明する。

【0017】

まず、本実施形態に係る軟窒化部品の概要を説明する。

【0018】

本実施形態に係る軟窒化部品は、以下に示す鋼で形成された本体を備え、この本体は、表面層が窒化されている。

【0019】

本実施形態に係る軟窒化部品の本体を形成する鋼は、成分組成（化学成分）として、Ｃ（炭素）：０．０４質量％以上０．３５質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．０１質量％以上１．２０質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．３０質量％以上１．８０質量％以下、Ｐ（リン）：０．１質量％以下、Ｓ（硫黄）：０．５質量％以下、Ａｌ（アルミニウム）：０．０１０質量％以上０．３００質量％以下及びＮ（窒素）：０．０２５０質量％以下、を含み、残部として、Ｆｅ（鉄）及び不純物を含む。

【0020】

本実施形態に係る軟窒化部品は、本体の表面から０．５ｍｍの深さにおいて、当該表面と平行な方向で測定した逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上である。

【0021】

本実施形態に係る軟窒化部品は、低コストで曲げ疲労特性に優れている。

【0022】

以下、本実施形態に係る軟窒化部品、その本体、及び本体を形成する鋼について詳述する。

【0023】

本実施形態に係る軟窒化部品の一例は、自動車などの車両を形成する部品である。例えば自動車分野における部品を例示すると、エンジンのクランクシャフト、タイミングギア等、変速機のミッションギア、リングギア、サンギア、プラネタリギア等、足回りのステアリングピニオン、ウォーム等、内装のパワーウインド用ウォーム等の部品を挙げられる。

【0024】

窒化とは、鋼に窒素のみを浸入させる窒化処理と、鋼に窒素と炭素を同時に浸入させる軟窒化処理と、の双方を含んであり、いずれも、鋼をマルテンサイト変態させない処理をいう。このうち、本実施形態における窒化とは、軟窒化処理のことを言う。

【0025】

本実施形態に係る軟窒化部品の本体の表面は、上述のごとく、窒化されている。すなわち、この本体は、鋼が窒化された表面層を有する。この表面層は、一例として、本体の表面から０．５ｍｍ程度である。この表面層の厚みが大きい場合も本実施形態に含まれる。

【0026】

本実施形態に係る軟窒化部品は、この本体に、金属又は金属合金で形成されており、表面が窒化されていない、本体とは別の構造体が組み合わされたものであってもよい。本実施形態に係る軟窒化部品は、この本体に、金属製ではない別の構造体が組み合わされたものであってもよい。

【0027】

本実施形態に係る軟窒化部品の本体を形成する鋼の成分組成とは、窒素が浸入していない生地の鋼組成である。

【0028】

本実施形態に係る軟窒化部品の本体を形成する鋼は、上述のごとく成分組成として、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ及びＮ含み、残部はＦｅ及び不純物を含む。この鋼が後述する任意成分を更に含むことは排除されない。

【0029】

この鋼は、任意成分である成分組成として、Ｃｒ（クロム）：２．０質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：１．０質量％以下、Ｃｕ（銅）：１．０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：１．０質量％以下及びＢ（ホウ素）：０．０１質量％以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。

【0030】

また、この鋼は、任意成分である成分組成として、Ｔｉ（チタン）：０．１質量％以下、Ｎｂ（ニオブ）：０．１質量％以下、Ｖ（バナジウム）：０．２質量％以下、Ｈｆ（ハフニウム）：０．１質量％以下及びＴａ（タンタル）：０．１質量％以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。

【0031】

また、この鋼は、任意成分である成分組成として、Ｓｎ（スズ）：０．１質量％以下及びＳｂ（アンチモン）：０．１質量％以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。

【0032】

また、この鋼は、任意成分である成分組成として、Ｓｅ（セレン）：０．３質量％以下、Ｃａ（カルシウム）：０．１質量％以下、Ｐｂ（鉛）：０．３質量％以下及びＢｉ（ビスマス）：０．３質量％以下、のうちから選ばれる一つ以上を含んでよい。

【0033】

以下、鋼における各成分の含有量や効果などについて詳述する。以下の説明において、単に含有量と記載した場合は、鋼における含有量（質量％）である。

【0034】

Ｃの含有量は、０．０４質量％以上０．３５質量％以下である。窒化処理後の中心部硬度を高めるために、Ｃの含有量は、０．０４質量％以上であることを要する。Ｃの含有量が０．３５質量％を超えると、冷間加工時の荷重が増大し金型の寿命低下を招く場合がある。Ｃの含有量は、好ましくは０．０５質量％以上０．２７質量％以下、より好ましくは０．１０％以上０．２５％以下である。

【0035】

Ｓｉの含有量は、０．０１質量％以上１．２０質量％以下である。窒化鋼において、Ｓｉは、脱酸剤として寄与する。過剰にＳｉを鋼に含有させると鋼材の冷間加工性を低下させるとともに、鋼の靱性低下を通じて疲労強度を低下させる場合がある。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．０５質量％以上０．７０質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以上０．５０質量％以下である。

【0036】

Ｍｎの含有量は、０．３０質量％以上１．８０質量％以下である。Ｍｎは、焼入れ性を向上させ、鋼の窒化前組織を高強度化する作用を通じ窒化後組織（窒化鋼）を高強度化する。十分な疲労強度を得るためには、Ｍｎの含有量は、０．３０質量％以上であることを要する。過剰にＭｎを鋼に含有させると、変形抵抗の上昇を招く場合がある。Ｍｎの含有量は、好ましくは０．４０質量％以上１．７０質量％以下であり、より好ましくは０．５０以上１．３０質量％以下である。

【0037】

Ｐの含有量は０．１質量％以下である。Ｐは、窒化鋼の結晶粒界に偏析し、靭性を低下させるため、その混入は低いほど望ましい。Ｐの含有量は、０．１質量％までは許容される。Ｐの含有量は、好ましくは０．０２質量％以下である。なお、Ｐの含有量の下限については特に限定せずとも問題はないが、Ｐの含有は通常は不可避的であるので、無駄な低Ｐ化は精錬時間の増長や精錬コストを上昇させてしまう場合がある。そのため、Ｐの含有量は、０．００３質量％以上とするのが合理的で好ましい。

【0038】

Ｓの含有量は０．５質量％以下である。Ｓは、硫化物系介在物として存在し、被削性の向上に有効な元素である。過剰にＳを鋼に含有させると冷間加工性の低下を招く場合がある。Ｓの含有量の下限については特に限定しないが、Ｓの含有は通常は不可避的であるので、過度の低Ｓ化は精錬コストを上昇させてしまう場合がある。そのため、Ｓの含有量は、０．００３質量％以上とするのが合理的である。Ｓの含有量は、好ましくは０．００４質量％以上０．３質量％以下であり、更に好ましくは０．００５質量％以上０．０９質量％以下である。

【0039】

Ａｌの含有量は、０．０１０質量％以上０．３００質量％以下である。Ａｌは、酸化物を形成し、窒化鋼の脱酸に有効な元素である。また、Ａｌは、窒化鋼に粗大化な酸化物系介在物の生成を抑止する作用を有する。Ａｌの含有量が０．０１０質量％未満であると、これらの効果が得られない場合がある。過剰にＡｌを鋼に含有させると介在物（Ａｌ酸化物）の増加を招き、疲労破壊の起点を増やし、低疲労強度の原因となる場合がある。

【0040】

Ｎの含有量は、０．０２５０質量％以下である。Ｎは、Ａｌと結合し、窒化物(ＡｌＮ)を形成する。微細析出したＡｌＮは鋼の窒化後（窒化鋼）の硬度を上昇させる作用がある。過剰にＮを鋼に含有させると鋳造後の鋼片表面割れを招く場合がある。Ｎの含有量の下限については特に限定しないが、Ｎの含有は通常は不可避的であるので、過度の低Ｎ化は精錬コストを上昇させてしまう場合がある。Ｎの含有量は、０．００１０質量％以上、好ましくは０．００１５質量％以上であるよい。Ｎの含有量は、好ましくは０．０１８０質量％以下、更に好ましくは０．００２０質量％以上０．０１５０質量％以下である。

【0041】

以下では、鋼の任意成分について説明する。

【0042】

Ｃｒの含有量は、２．０質量％以下としてよい。Ｃｒは、焼入性と焼戻し軟化抵抗の向上に寄与し、また、炭化物の球状化促進にも有用な元素である。Ｃｒの含有量が２．０質量％を超えると、軟窒化後の表面に生成するＣｒ窒化物層が厚くなり、内部へのＮの浸入を阻害し、硬度不足を招く場合がある。Ｃｒの含有量は、好ましくは０．４０質量％以上１．９０質量％以下であり、より好ましくは０．７０質量％以上１．７５質量％以下である。

【0043】

Ｍｏの含有量は、１．０質量％以下としてよい。Ｍｏは、焼入れ性を向上させ、窒化前組織を高強度化する作用を通じ窒化後組織を高強度化する。しかし、Ｍｏの含有量が１．０質量％以上では、焼入性が過剰となり、圧延後の硬度が上昇し、加工性や被削性が低下する場合がある。なお、Ｍｏによる鋼材強度の向上効果を発現させるためには、０．０１質量％以上でＭｏを鋼に含有させることが好ましい。Ｍｏの含有量は、より好ましくは０．０３質量％以上０．５０質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以上０．２５質量％以下である。

【0044】

Ｃｕの含有量は、１．０質量％以下としてよい。Ｃｕは、焼入れ性を向上させ、窒化前組織を高強度化する作用を通じ窒化後組織を高強度化する。この効果を得るためには、０．０１質量％以上でＣｕを鋼に含有させることが好ましい。Ｃｕ含有量が１．０質量％を超えると、圧延材の表面肌が荒れてしまい、疵として残存する懸念がある。Ｃｕの含有量は、より好ましくは０．０１５質量％以上０．５質量％以下、更に好ましくは０．０３質量％以上０．３質量％以下である。

【0045】

Ｎｉの含有量は、１．０質量％以下としてよい。Ｎｉは、靱性の向上に有用な元素である。これらの効果を得るためには、０．０１質量％以上でＮｉを鋼に含有させることが好ましい。１質量％を超えてＮｉを鋼に含有させても上記の効果は飽和する。Ｎｉの含有量は、より好ましくは０．０１５質量％以上０．５質量％以下、更に好ましくは０．０３質量％以上０．３質量％以下である。

【0046】

Ｂの含有量は、０．０１質量％以下としてよい。Ｂは、粒界に偏析し、拡散型変態を抑制することで、焼入性の向上に有効であり、加えて粒界を強化し、疲労亀裂の発生および進展を抑制し疲労強度を向上させる効果もある。Ｂによるこの効果を得るためには、０．０００３質量％以上でＢを鋼に含有させることが好ましい。Ｂの含有量が０．０１質量％を超えると、鋼の靱性が低下するため、Ｂの含有量は０．０１質量％以下とすることが好ましい。Ｂの含有量は、より好ましくは０．０００５質量％以上０．００５質量％以下、更に好ましくは０．０００７質量％以上０．００２質量％以下である。

【0047】

Ｔｉの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｔｉは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。しかし、０．１質量％を超えてＴｉを鋼に含有させても、その効果は飽和する。Ｔｉの含有量は、好ましくは０．００５質量％以上０．０８質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．０６質量％以下である。

【0048】

Ｎｂの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｎｂは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。しかし、０．１質量％を超えてＮｂを鋼に含有させても、その効果は飽和する。Ｎｂの含有量は、好ましくは０．００５質量％以上０．０８質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．０６質量％以下である。

【0049】

Ｖの含有量は、０．２質量％以下としてよい。Ｖは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。Ｖによるこの効果を得るためには、少なくとも０．００３質量％以上でＶを鋼に含有させることが好ましい。０．２質量％を超えてＶを鋼に含有させても合金コストが高価となるばかりであり、効果は飽和する。Ｖの含有量は、より好ましくは０．００５質量％以上０．１５質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．１０質量％以下である。

【0050】

Ｈｆの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｈｆは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。Ｈｆによるこの効果を得るためには、少なくとも０．００３質量％以上でＨｆを鋼に含有させることが好ましい。０．１質量％を超えてＨｆを鋼に含有させると、鋳造凝固時に粗大な析出物を生成し、疲労強度の劣化を招く場合がある。Ｈｆの含有量は、より好ましくは０．００５質量％以上０．０６質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．０５質量％以下である。

【0051】

Ｔａの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｔａは炭素や窒素と結合し、軟窒化時に微細析出物を形成する作用により、鋼材強度を向上させる。Ｔａによるこの効果を得るためには、少なくとも０．００３質量％以上でＴａを鋼に含有させることが好ましい。一方、０．１質量％を超えてＴａを鋼に含有させると、鋳造凝固時に割れを生じやすくなり、圧延および鍛造後でも疵が残存する場合がある、Ｔａの含有量は、より好ましくは０．００５質量％以上０．０６質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．０５質量％以下である。

【0052】

Ｓｎの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｓｎは、鋼材表面の耐食性を向上させるために有効な元素である。耐食性向上の観点からは、０．００３質量％以上でＳｎを鋼に含有させることが好ましい。過剰にＳｎを鋼に含有させると加工性を低下させる。Ｓｎの含有量は、より好ましくは０．００１０質量％以上０．０５０質量％以下であり、更に好ましくは０．００１５質量％以上０．０３５質量％以下である。

【0053】

Ｓｂの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｓｂは、鋼材表面の脱炭を抑制し、表面硬度の低下を防止するために有効な元素である。この効果を発現させるためには、０．０００３質量％以上でＳｂを鋼に含有させることが好ましい。過剰にＳｂを鋼に含有させると鋼の加工性が低下する。Ｓｂの含有量は、より好ましくは０．００１質量％以上０．０５質量％以下であり、更に好ましくは０．００１５質量％以上０．０３５質量％以下である。

【0054】

Ｓｅの含有量は、０．３質量％以下としてよい。Ｓｅは、ＭｎやＣｕと結合し、鋼中に析出物として分散することで被削性を向上させる。この効果を得るためには、少なくとも０．００１質量％以上でＳｅを鋼に含有させることが好ましい。０．３質量％を超えてＳｅを鋼に含有させても効果は飽和する。Ｓｅ含有量は、より好ましくは０．００５質量％以上０．１質量％以下、更に好ましくは０．００８質量％以上０．０９質量％以下である。

【0055】

Ｃａの含有量は、０．１質量％以下としてよい。Ｃａは、Ｓと結合し、鋼中に硫化物として分散することで被削性を向上させる。この効果を得るためには、少なくとも０．０００５質量％以上でＣａを鋼に含有させることが好ましい。０．１質量％を超えてＣａを鋼に含有させても効果は飽和する。Ｃａ含有量は、より好ましくは０．００１０質量％以上０．０５００質量％以下、更に好ましくは０．００１５質量％以上０．０３００質量％以下である。

【0056】

Ｐｂの含有量は、０．３質量％以下としてよい。Ｐｂは、切削時の切屑を微細化する効果がある。切屑処理性を向上させたい場合、Ｐｂの添加が有効である。この効果を得るためには、０．０１質量％以上でＰｂを鋼に含有させることが好ましい。過度にＰｂを鋼に含有させても切屑処理性の向上効果は飽和する。Ｐｂの含有量は好ましくは０．０１質量％以上０．２質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．１質量％以下である。

【0057】

Ｂｉの含有量は、０．３質量％以下としてよい。Ｂｉは、切削時の切屑を微細化する効果がある。切屑処理性を向上させたい場合、Ｂｉの添加が有効である。この効果を得るためには、０．０１質量％以上でＢｉを含有させることが好ましい。過度にＢｉを鋼に含有させても切屑処理性の向上効果は飽和する。Ｂｉの含有量は好ましくは０．０１質量％以上０．２質量％以下、更に好ましくは０．０１質量％以上０．１質量％以下である。

【0058】

以上説明した元素以外の残部はＦｅ及び不純物である。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものであって、本実施形態の特性に悪影響を与えない範囲で許容される。

【0059】

鋼を冷間加工すると、加工様式に応じた結晶方位回転が生じる。加工量が増大するほど結晶方位回転が顕著となり、結晶方位の集積が進行する。ＥＢＳＤ法（電子線後方散乱回折法）で得られる逆極点図強度分布は、結晶方位の集積度合いを示す代表的な指標である。逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上のとき、鋼の疲労強度が向上する。鋼の疲労強度を十分に向上させたい場合、逆極点図強度分布における強度の最大値は、好ましくは１．７以上であり、より好ましくは２．０以上である。

【0060】

本実施形態に係る軟窒化部品では、その本体の表面から０．５ｍｍの深さにおいて部品表面と平行な方向で測定した逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上である。

【実施例0061】

以下、実施例に基づいて本実施形態に係る軟窒化部品について説明する。なお、本実施形態に係る軟窒化部品は、この実施例に制限されない。

【0062】

まず、表１に示す成分組成の鋼（鋼Ｎｏ．１から３１）を溶製し、熱間圧延により直径２０ｍｍの丸棒に成形した。なお、表１に示す成分組成の値のうち、下線を付した値は、本実施形態に規定する範囲外のものである。

【0063】

そして、この丸棒を冷間引張加工（冷間加工の一例）して直径１６ｍｍの丸棒とした後、中心部より、掴み部の直径が１２ｍｍ、平行部の直径が１０ｍｍの小野式回転曲げ疲労試験片（以下、単に試験片と称する）を切削加工して採取した。

【0064】

なお、図１には、本実施例の試験片の形状を示す模式図を示している。試験片は、軸心Ｇに沿う直線状の棒状で、その軸心Ｇに直交する断面が、軸心Ｇと中心が重複する円形の棒状である。試験片における棒の軸心Ｇに沿う方向の両端部は後述する掴み部１，１である。軸心Ｇに沿う方向における掴み部１，１間に平行部２が配置されている。図１に示す試験片において、平行部２の軸方向における中央部の直径が１０ｍｍである。また、掴み部１，１の直径が１２ｍｍである。掴み部１の軸心Ｇに沿う方向の長さは２５ｍｍである。平行部２を含む掴み部１，１間の長さは３０ｍｍである。平行部２の軸心Ｇに沿う方向における両端部は、掴み部１の端部から軸方向における中央部にかけてＲ１５の曲面状に絞られている。

【0065】

【表1】

【0066】

次に、この試験片に５７０℃で３時間のガス軟窒化熱処理を施して（窒化して）、処理後試験片（軟窒化部品の一例）を得た。窒化処理は、アンモニア、一酸化炭素を含む混合ガス中で行った。

【0067】

さらに、処理後試験片について、ＥＢＳＤ法による計測をおこなって逆極点図強度分布を求め、その強度の最大値を求めた。逆極点図強度分布は、処理後試験片の掴み部における表面から０．５ｍｍの深さの部分について求めた。

【0068】

処理後試験片の掴み部における表面から０．５ｍｍの深さの部分の計測は、処理後試験片の掴み部における表面から０．５ｍｍの深さの部分の計測は、掴み部の長さ中央（軸心Ｇに沿う方向の中央部）における軸心Ｇに直行する断面を鏡面研磨後、表面から０．５ｍｍの深さの位置で行った。

【0069】

ＥＢＳＤ法による計測結果に基づく逆極点図強度分布の算出は、ＴＳＬ社製結晶方位解析ソフトウェアＯＩＭを用い行った。なお、ＥＢＳＤ法による計測には、走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、型式：ＪＳＭ－７００１Ｆ）を用いた。

【0070】

ＥＢＳＤ法での測定視野範囲は一辺が０．５ｍｍ正方形の領域とし、逆極点図強度分布は、掴み部表面と平行な方向について、球面調和関数法でＳｅｒｉｅｓ Ｒａｎｋ：１３、Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ：５．０°、Ｓａｍｐｌｅ Ｓｙｍｍｅｔｒｙ：Ｔｒｉｃｌｉｎｉｃの条件で解析した。

【0071】

次に、各成分組成の処理後試験片について、逆極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上の処理後試験片と、そうでない処理後試験片とを分別した。そして、極点図強度分布における強度の最大値が１．５以上の処理後試験片と、そうでない処理後試験片とを区別して回転曲げ疲労試験に供し、それぞれ疲労限度（１×１０^７回相当応力）を評価した。

【0072】

この回転曲げ疲労試験では、疲労限度が７８０ＭＰａ以上であれば疲労特性に優れると評価してよい。表１に示すように、本実施形態に従う処理後試験片（軟窒化部品）は、疲労特性に優れている。なお、表１に示す疲労限度の値のうち、下線を付した値は、７８０ＭＰａ未満のものである。

【0073】

また、本実施形態に従う処理後試験片（軟窒化部品）は、本実施形態に従わないものに比べて、有意に曲げ疲労特性に優れることが分かる。

【0074】

このように、本実施形態に従う処理後試験片（軟窒化部品の本体）を形成する鋼は、Ｃｕのような比較的高価な金属を多量に含有することを要せず低コストであるにもかかわらず、疲労特性に優れている。

【0075】

また、本実施形態に従う処理後試験片（軟窒化部品の本体）を形成する鋼は、Ｖのようなレアメタルの添加を必須とするものではなく低コストであるにもかかわらず、疲労特性に優れている。

【0076】

以上のようにして、低コストで曲げ疲労特性に優れた軟窒化部品を提供することができる。

【0077】

なお、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本発明は、軟窒化部品に適用できる。

【符号の説明】

【0079】

１ ：掴み部
２ ：平行部
Ｇ ：軸心

【図1】