特許 7142306 浸炭用鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-15

(45)【発行日】2022-09-27

(54)【発明の名称】浸炭用鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20220916BHJP

   C22C 38/28 20060101ALI20220916BHJP

   C21D 8/00 20060101ALN20220916BHJP

   C21D 1/06 20060101ALN20220916BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301N

C22C38/28

C21D8/00 A

C21D1/06 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022053639

(22)【出願日】2022-03-29

【審査請求日】2022-03-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000176833

【氏名又は名称】三菱製鋼株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】佐野 太一

(72)【発明者】

【氏名】大野 宗一

(72)【発明者】

【氏名】坂口 紀史

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 元貴

【審査官】立木 林

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－００７１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１６１１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１３０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９１３３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｄ １／０６

Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、０．１０～０．３０％のＣと、０．０２～０．０５％のＡｌと、０．０４３～０．０６％のＮｂと、０．００１～０．００５％のＴｉと、０．０１～０．０２８％のＮと、０．２０～０．３０％のＳｉと、０．７５～０．９０％のＭｎと、０．９０～１．１０％のＣｒと、０．１０～０．２０％のＭｏとを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物で構成された浸炭用鋼。

【請求項2】

浸炭処理後に、１μｍ^３あたりの数密度で、０．５０～１．００個のＡｌＮの析出物と、０．２５～０．５０個のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、１．００個以下のＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含む請求項１に記載の浸炭用鋼。

【請求項3】

浸炭処理後に、体積分率で、０．１６～０．３０％のＡｌＮの析出物と、０．０１％以上のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、０．０１％以下のＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含む請求項１に記載の浸炭用鋼。

【請求項4】

質量％で、０．１０～０．３０％のＣと、０．０２～０．０４％のＡｌと、０．０２０～０．０４０％のＮｂと、０．００９～０．０３０％のＴｉと、０．０１～０．０３％のＮと、０．２０～０．３０％のＳｉと、０．７５～０．９０％のＭｎと、０．９０～１．１０％のＣｒと、０．１０～０．２０％のＭｏとを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物で構成された浸炭用鋼。

【請求項5】

浸炭処理後に、１μｍ^３あたりの数密度で、０．５０～１．５０個のＡｌＮの析出物と、０．２５～０．４０個のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、４．００個以上であるＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含む請求項４に記載の浸炭用鋼。

【請求項6】

浸炭処理後に、体積分率で、０．２０％以上のＡｌＮの析出物と、０．００２～０．０１％のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、０．０２％以上であるＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含む請求項４に記載の浸炭用鋼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、建設機械の部品のような疲労強度や耐摩耗性が要求される部品に用いられる浸炭用鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

建設機械の駆動系に備えられる歯車や回転軸などに用いられる鋼製部品では、疲労強度や耐摩耗性を確保するため、部品表面における強度が要求される。このため、部品を浸炭焼き入れして部品の表面を硬化させる浸炭処理が行われている。通常の浸炭処理は９３０℃前後の温度で行われるが、処理温度を高温にすることで処理時間の短縮が図られている。

【0003】

ただし、浸炭温度を高温にすることで結晶粒が異常に粒成長を起こしやすくなり、混粒を生じることがあった。結晶粒の粒成長を抑制するために、Ｔｉの窒化物を析出させて結晶粒界をピン止めし、結晶粒の粒成長を抑制する技術が提供されている（特許文献１、２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１６４９３６号公報

【文献】特開２０００－１６０２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述のＴｉの窒化物を析出させて結晶粒界をピン止めする技術によると、Ｔｉの添加により粗大なＴｉ系介在物が形成し、疲労強度が劣化することがあった。また、浸炭温度が高温ではない通常の浸炭処理においても、高温による浸炭処理よりも処理時間が長く、結晶粒が異常に粒成長を起こすことがあった。

【0006】

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、浸炭処理の処理温度を高温にしても結晶粒が異常に成長することはなく、浸炭時間が高温ではない通常の浸炭処理においても結晶粒が異常に成長することがないような浸炭用鋼を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の課題を解決するために、この出願に係る浸炭用鋼は、質量％で、０．１０～０．３０％のＣと、０．０２～０．０５％のＡｌと、０．０４～０．０６％のＮｂと、０．００１～０．００５％のＴｉと、０．０１～０．０２８％のＮとを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物で構成されている。

【0008】

１μｍ^３あたりの数密度で、０．５０～１．００個のＡｌＮの析出物と、０．２５～０．５０個のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、１．００個以下のＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含んでもよい。体積分率で、０．１６～０．３０％のＡｌＮの析出物と、０．０１％以上のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、０．０１％以下のＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含んでもよい。

【0009】

また、この出願に係る浸炭用鋼は、質量％で、０．１０～０．３０％のＣと、０．０２～０．０４％のＡｌと、０．０２０～０．０４０％のＮｂと、０．００７～０．０３０％のＴｉと、０．０１～０．０３％のＮとを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物で構成されている。

【0010】

１μｍ^３あたりの数密度で、０．５０～１．５０個のＡｌＮの析出物と、０．２５～０．４０個のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、４．００個以上であるＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含んでもよい。体積分率で、０．２０％以上のＡｌＮの析出物と、０．００２～０．０１％のＮｂＣの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物と、０．０２％以上であるＴｉＮの単独のＡｌＮの析出物に付着していない析出物とを含んでもよい。

【0011】

不可避的不純物は、０．２０～０．３０％のシリコンと、０．７５～０．９０％のマンガンと、０．９０～１．１０％のクロムと、０．１０～０．２０％のモリブデンとの少なくとも一つを含んでもよい。

【発明の効果】

【0012】

この発明によると、浸炭処理の処理温度を高温にしても結晶粒が異常に成長することはなく、浸炭時間が高温ではない通常の浸炭処理においても結晶粒が異常に成長することがない浸炭用鋼を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】Ｎｂ増加鋼における析出物を説明するための模式図である。

【図2】Ｔｉ添加鋼における析出物を説明するための模式図である。

【図3】浸炭処理及びその前工程の処理温度の時間変化を示すチャートである。

【図4】Ｎｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼の結晶粒組織を示す顕微鏡写真である。

【図5】ベース鋼の顕微鏡写真である。

【図6】Ｎｂ増加鋼における析出物の数密度を示すグラフである。

【図7】Ｎｂ増加鋼における析出物の体積分率を示すグラフである。

【図8】Ｔｉ添加鋼における析出物の数密度を示すグラフである。

【図9】Ｔｉ添加鋼における析出物の体積分率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、浸炭用鋼の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、先行技術に属する浸炭用鋼の一例（以下では、ベース鋼と称する。）の組成を基準として、第１の実施の形態としてベース鋼からＮｂの組成を増加したＮｂ増加鋼について説明し、第２の実施の形態としてベース鋼にＴｉを添加したＴｉ添加鋼について説明する。

【0015】

（ベース鋼）
ベース鋼の構成を表１に示す。表１においてニオブ（Ｎｂ）の質量％を便宜上０．０２０～０．０４０％と記載したが、正確には０．０２０％以上０．０４０％未満である。

【0016】

【表1】

【0017】

表２に、ベース鋼における析出物の数密度及び体積分率を示す。析出物は、鋼中において微細粒子として析出したものである。

【0018】

【表2】

【0019】

（Ｎｂ増加鋼）
第１の実施の形態の浸炭用鋼はＮｂ増加鋼である。Ｎｂ増加鋼は、ベース鋼を基準として、Ｎｂの含有量を増加させたものである。Ｎｂ増加鋼は、表３に示すように、質量％で、０．１０～０．３０％の炭素（Ｃ）、０．０２０～０．０５０％のアルミニウム（Ａｌ）、０．０４０～０．０６０％のＮｂ、０．００１～０．００５％のチタン（Ｔｉ）及び０．０１００～０．０２８０％の窒素（Ｎ）を含み、残部が鉄及び不可避的不純物で構成されている。ベース鋼と比較すると、Ｎｂの含有量が増加していることが観察される。

【0020】

【表3】

【0021】

Ｎｂ増加鋼を構成する成分は、表１に記載した範囲に限られない。Ｃは、０．１５～０．２５％であってもよいし、０．１７～０．２３％であってもよい。Ａｌは、０．０２５～０．０４５％であってもよいし、０．０３０～０．０４０％であってもよい。Ｎｂは、０．０４３～０．０５７％であってもよいし、０．０４６～０．０５４％であってもよい。Ｔｉは、０．００１５～０．００４％であってもよいし、０．００２～０．００３％であってもよい。

【0022】

このような組成を有するＮｂ増加鋼は、次の表４に示すように、１μｍ^３あたりの数密度で、０．５０～１．００個のＡｌＮの析出物と、０．２５～０．５０個のＮｂＣの単独の析出物と、１．００個以下のＴｉＮの単独の析出物とを含んでいる。また、Ｎｂ増加鋼は、体積分率で、０．１６～０．３０％のＡｌＮの析出物と、０．０１％以上のＮｂＣの単独の析出物と、０．０１％以下のＴｉＮの単独の析出物とを含んでいる。ここで、ＡｌＮの析出物は、ＮｂＣ又はＴｉＮの析出物が付着した複合析出物を含んでいる。また、単独のＮｂＣ又はＴｉＮの析出物は、ＡｌＮの析出物に付着したＮｂＣ又はＴｉＮの複合析出物を除いたものである。

【0023】

【表4】

【0024】

Ｎｂ増加鋼における析出物の数密度は、表４に記載した範囲に限られない。ＡｌＮの析出物の数密度は、１μｍ^３あたりで、０．５２～０．８０であってもよいし、０．５４～０．７０であってもよい。同様に、ＮｂＣの単独の析出物の数密度は、０．３１～０．４８であってもよいし、０．３２～０．４６であってもよい。ＴｉＮの単独の析出物の数密度は、０．１～０．７であってもよいし、０．２～０．５であってもよい。

【0025】

Ｎｂ増加鋼における析出物の体積分率も、表４に記載した範囲に限られない。ＡｌＮの析出物の体積分率は、０．１９１～０．１９９％であってもよいし、０．１９２～０．１９８％であってもよい。同様に、ＮｂＣの単独の析出物の体積分率は、０．０２～０．２％であってもよいし、０．０２～０．１％であってもよい。ＴｉＮの単独の析出物の体積分率は、０．０００５～０．００９％であってもよいし、０．００１～０．００８％であってもよい。

【0026】

Ｎｂ増加鋼における析出物の数密度をベース鋼と比較すると、ＡｌＮ及び単独のＮｂＣについてはベース鋼と略同様であることが観察される。単独のＴｉＮについては、Ｎｂ増加鋼における数密度はベース鋼より小さいことが観察される。Ｎｂ増加鋼における析出物の体積分率は、ＡｌＮ及び単独のＮｂＣについてはベース鋼よりも大きいことが観察される。ここで、Ｎｂ増加鋼における単独のＮｂＣの体積分率は、ベース鋼の１０倍より大きいことが観察される。単独のＴｉＮについては、Ｎｂ増加鋼における体積分率はベース鋼より小さいことが観察される。

【0027】

図１は、Ｎｂ増加鋼において析出した析出物を説明するための模式図である。図１（ａ）はＮｂ増加鋼における析出物を示し、図１（ｂ）は比較のためにベース鋼における析出物を示している。これら図１（ａ）及び図１（ｂ）の模式図は、Ｎｂ増加鋼及びベース鋼を拡大した顕微鏡写真の模式図である。

【0028】

図１（ａ）に示すように、Ｎｂ増加鋼においては、多数のＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物が析出していることが観察される。このような析出物によってＮｂ増加鋼における結晶粒界がピン止めされる。このため、処理時間の短縮を図るために処理温度を高温にしても結晶粒の粒成長が抑制され、ひいては疲労強度や耐摩耗性を確保することができる。粗大なＴｉ系介在物の形成も抑制される。また、高温による浸炭処理よりも処理時間が長い通常の温度による浸炭処理においても、同様に結晶粒の粒成長が抑制され、疲労強度や耐摩耗性を確保することができる。

【0029】

図１（ｂ）に示すように、ベース鋼においてもＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物が析出しているが、析出物は数密度も体積分率も図１（ａ）に示したＮｂ増加鋼には及ばない。ベース鋼においても結晶粒の粒成長を抑制するように結晶粒界をピン止めする一定の効果が得られるが、Ｎｂ増加鋼のように結晶粒の粒成長を十分に抑制する効果は得られない。

【0030】

（Ｔｉ添加鋼）
第２の実施の形態の浸炭用鋼はＴｉ添加鋼である。Ｔｉ添加鋼は、ベース鋼を基準として、Ｔｉを添加したものである。Ｔｉ添加鋼は、表１に示すように、質量％で、０．１０～０．３０％のＣ、０．０２～０．０５％のＡｌ、０．０２０～０．０４０％のニオブ（Ｎｂ）、０．００７～０．０３０％のチタン（Ｔｉ）及び０．０１～０．０３％の窒素（Ｎ）を含み、残部が鉄及び不可避的不純物で構成されている。ベース鋼と比較すると、Ｔｉの含有量が増加していることが観察される。

【0031】

【表5】

【0032】

Ｔｉ添加鋼を構成する成分は、表５に記載した範囲に限られない。Ｃは、０．１５～０．２５％であってもよいし、０．１７～０．２３％であってもよい。Ａｌは、０．０２５～０．０４５％であってもよいし、０．０３～０．０４％であってもよい。Ｎｂは、０．０２３～０．０３７％であってもよいし、０．０２７～０．０３３％であってもよい。Ｔｉは、０．００９～０．０２５％であってもよいし、０．０１１～０．００２２％であってもよい。Ｎは、０．０１５～０．０２９％であってもよいし、０．０２０～０．０２８％であってもよい。

【0033】

このような組成を有するＴｉ添加鋼は、次の表６に示すように、１μｍ^３あたりの数密度で、０．５０～１．５０個以上のＡｌＮの析出物と、０．２５～０．４０個のＮｂＣの単独の析出物と、４．００個以上のＴｉＮの単独の析出物とを含んでいる。また、Ｔｉ添加鋼は、体積分率で、０．２０％以上のＡｌＮの析出物と、０．００２～０．０１％のＮｂＣの単独の析出物と、０．０２％以上のＴｉＮの単独の析出物とを含んでいる。ここで、ＡｌＮの析出物は、ＮｂＣ又はＴｉＮの析出物が付着した複合析出物を含んでいる。また、単独のＮｂＣ又はＴｉＮの析出物は、ＡｌＮの析出物に付着したＮｂＣ又はＴｉＮの複合析出物を除いたものである。

【0034】

【表6】

【0035】

Ｔｉ添加鋼における析出物の数密度は、表６に記載した範囲に限られない。ＡｌＮの析出物の数密度は、１μｍ^３あたりで、０．５５～０．９０であってもよいし、０．６０～０．８０であってもよい。同様に、ＮｂＣの単独の析出物の数密度は、０．２５～０．３９であってもよいし、０．２７～０．３８であってもよい。ＴｉＮの単独の析出物の数密度は、５．３～８．０であってもよいし、５．７～７．０であってもよい。

【0036】

Ｔｉ添加鋼における析出物の体積分率も、表６に記載した範囲に限られない。ＡｌＮの析出物の体積分率は、０．３３～１．０％であってもよいし、０．３５～０．７％であってもよい。同様に、ＮｂＣの単独の析出物の体積分率は、０．００２５～０．００９％であってもよいし、０．００３～０．００８％であってもよい。ＴｉＮの単独の析出物の体積分率は、０．０２５～０．０７％であってもよいし、０．０３～０．０６％であってもよい。

【0037】

Ｔｉ添加鋼における析出物の数密度をベース鋼と比較すると、ＡｌＮ及び単独のＮｂＣについてはベース鋼と略同様である。単独のＴｉＮについては、Ｔｉ添加鋼における数密度はベース鋼より大きい。Ｔｉ添加鋼における析出物の体積分率は、ＡｌＮ並びに単独のＮｂＣ及びＴｉＮについていずれもベース鋼よりも大きい。

【0038】

図２は、Ｔｉ添加鋼において析出した析出物を説明するための模式図である。図２（ａ）はＴｉ添加鋼における析出物を示し、図２（ｂ）は比較のためにベース鋼における析出物を示している。これら図２（ａ）及び図２（ｂ）の模式図は、Ｔｉ添加鋼及びベース鋼を拡大した顕微鏡写真の模式図である。

【0039】

図２（ａ）に示すように、Ｔｉ添加鋼においては、多数のＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物が析出していることが観察される。このような析出物によってＴｉ添加鋼における結晶粒界がピン止めされる。このため、処理時間の短縮を図るために処理温度を高温しても。結晶粒の粒成長が抑制され、ひいては疲労強度や耐摩耗性を確保することができる。粗大なＴｉ系介在物の形成も抑制される。また、高温による浸炭処理よりも処理時間が長い通常の温度による浸炭処理においても、同様に結晶粒の粒成長が抑制され、疲労強度や耐摩耗性を確保することができる。

【0040】

図２（ｂ）に示すように、ベース鋼においてもＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物が析出しているが、析出物は数密度も体積分率も図２（ａ）に示したＴｉ添加鋼には及ばない。ベース鋼においても結晶粒の粒成長を抑制するように結晶粒界をピン止めする一定の効果が得られるが、Ｔｉ添加鋼のように結晶粒の粒成長を十分に抑制する効果は得られない。

【実施例】

【0041】

実施例として、第１の実施の形態のＮｂ増加鋼と、第２の実施の形態のＴｉ添加鋼との試料をそれぞれ用意した、これらの試料は、材料を坩堝に入れ、電気炉で加熱して溶融させて作製した。作製したＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼を構成する元素の含有量を測定した結果を表７に示す。表７の量の単位は質量％である。比較例として、ベース鋼及び普通鋼を用意した。前述のように、ベース鋼は従来の浸炭用鋼の一例である。表７には、比較例について測定した含有量も示す。

【0042】

【表7】

【0043】

図３は、浸炭処理及びその前工程の温度変化を示すチャートである。図３に示すように、実施例のＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼は、模擬鍛造加熱の工程、焼きならしの工程及び外周切削の工程という一連の前工程を経た後で浸炭工程に進められ、浸炭処理を施される。模擬鍛造加熱の工程は、熱間鍛造を模擬して１２５０℃でＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼を５時間にわたり加熱する。焼きならしの工程は、模擬鍛造加熱の後で室温まで降温したＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼を１０７０℃で４時間にわたり焼きならす。外周切削の工程は、焼きならしの後で室温まで降温したＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼の表面を所定の深さまで切削し、表面に発生した酸化被膜などを取り除く。

【0044】

これらの前工程を経た後で、Ｎｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼は浸炭処理の工程に進む。浸炭処理の工程は、Ｎｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼に１０５０℃という高温で５．５時間にわたり浸炭処理を施す。処理温度の１０５０℃は、通常の浸炭処理が９３０℃前後で行われるのに対し、処理時間の短縮を図って高温にしたものである。比較例のベース鋼及び普通鋼についても、実施例のＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼と同様に一連の工程により浸炭処理を施した。

【0045】

図４は、Ｎｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼の結晶粒組織を示す顕微鏡写真である。これらのＮｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼は、前述の一連の工程により浸炭処理を施したものである。図４（ａ）はＮｂ増加鋼の顕微鏡写真であり、図４（ｂ）はＴｉ添加鋼の顕微鏡写真である。Ｎｂ増加鋼及びＴｉ添加鋼のいずれにおいても結晶粒の大きさは略一様であることが観察される。第１の実施の形態のＮｂ増加鋼と、第２の実施の形態のＴｉ添加鋼とにおいては、高温で浸炭処理を施しても、結晶粒の異常な粒成長が抑制されていることが確認された。

【0046】

図４（ｃ）は、比較のためにベース鋼の結晶粒組織を示す顕微鏡写真である。このベース鋼も、前述の一連の工程により浸炭処理を施したものである。結晶粒組織には、略一様の大きさを有する結晶粒と、これらの結晶粒と比べて異常に成長した結晶粒が混在し、いわゆる混粒状態を形成していることが観察される。

【0047】

図５は、ベース鋼の顕微鏡写真である。この顕微鏡写真は、浸炭処理を施したベース鋼を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したものである。エネルギー分散型Ｘ線分光法などを用いて構成元素も分析した。顕微鏡写真の視野には、ＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物がそれぞれ発生していることが観察される。また、ＮｂＣの析出物は、ＡｌＮの析出物と複合析出物を形成していることが観察される。なお、図１及び図２は、このような顕微鏡写真を説明のために模式化して示したものである。

【0048】

図５の顕微鏡写真の視野において、ベース鋼に発生したＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物の数は数個であり、体積分率も僅かであることが観察される。このため、これらの析出物が結晶粒界をピン止めする効果も小さく、結晶粒の成長を十分に抑制することができず、図４（ｃ）の顕微鏡写真に示したような異常に成長した結晶粒が発生したと考えられる。

【0049】

図６は、Ｎｂ増加鋼における析出物の数密度を示すグラフである。このＮｂ増加鋼は、前述の工程により浸炭処理を施したものである。以下のＮｂ増加鋼その他も、同様に浸炭処理を施したものである。Ｎｂ増加鋼において、析出物の数密度は、個／μｍ^３で、ＡｌＮが０．６１、単独のＮｂＣが０．４１、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．４１であり、総数密度は１．４３であった。図６には、比較のためにベース鋼における数密度も示したが、析出物の数密度は、ＡｌＮが０．４６、単独のＮｂＣが０．１９、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．４２であり、総数密度は１．０７であった。Ｎｂ増加鋼においては、ベース鋼の総数密度よりも３割以上大きい値が確保されている。

【0050】

図７は、Ｎｂ増加鋼における析出物の体積分率を示すグラフである。Ｎｂ増加鋼において、析出物の体積分率は、％で、ＡｌＮが０．１９５、単独のＮｂＣが０．０２、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．０６１であり、総体積分率は０．２７６であった。図７には、比較のためにベース鋼における体積分率も示したが、析出物の体積分率は、ＡｌＮが０．１３、単独のＮｂＣが０．００４、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．０５３であり、総体積分率は０．１８７であった。Ｎｂ増加鋼においては、ベース鋼の体積分率よりも５割近く大きい値が確保されている。

【0051】

図６及び図７を参照すると、第１の実施の形態のＮｂ増加鋼においては、析出物は数密度においても体積分率においても、ベース鋼と比べて顕著に大きな値を有することが観察される。このことから、Ｎｂ増加鋼の析出物は結晶粒界をピン止めし、結晶粒の成長を抑制すると考えられる。実際、図４（ａ）の顕微鏡写真に示したＮｂ増加鋼の結晶粒組織においては、結晶粒の大きさは略一様であり、異常な粒成長は発生していないことが観察される。

【0052】

図８は、Ｔｉ添加鋼における析出物の数密度を示すグラフである。Ｔｉ添加鋼において、析出物の数密度は、個／μｍ^３で、ＡｌＮが０．６４、単独のＮｂＣが０．２９、単独のＴｉＮが６．１３、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．４８、ＴｉＮ及びＡｌＮの複合物が０．１８であり、総数密度は７．７２であった。図８には、比較のためにベース鋼における数密度も示したが、析出物の数密度は、ＡｌＮが０．４６、単独のＮｂＣが０．１９、単独のＴｉＮが２．１８、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．４２であり、総数密度は３．２５であった。Ｔｉ添加鋼においては、ベース鋼の総数密度よりも２倍以上大きい値が確保されている。なお、図８及び後述する図９のベース鋼には、便宜上、図６及び図７に示したベース鋼とは異なる組成を有するものを用いた。

【0053】

図９は、Ｔｉ添加鋼における析出物の体積分率を示すグラフである。Ｔｉ添加鋼において、析出物の体積分率は、％で、ＡｌＮが０．３７３、単独のＮｂＣが０．００７、単独のＴｉＮが０．０４、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．０４３、ＴｉＮ及びＡｌＮの複合物が０．００２であり、総体積分率は０．４６５であった。図９には、比較のためにベース鋼における体積分率も示したが、析出物の体積分率は、ＡｌＮが０．１３、単独のＮｂＣが０．００４、単独のＴｉＮが０．０１５、ＮｂＣ及びＡｌＮの複合物が０．０５３であり、総体積分率は０．２０２であった。Ｔｉ添加鋼においては、ベース鋼の体積分率よりも２倍以上大きい値が確保されている。

【0054】

図８及び図９を参照すると、第１の実施の形態のＴｉ添加鋼においては、析出物は数密度においても体積分率においても、ベース鋼と比べて顕著に大きな値を有することが観察される。このことから、Ｔｉ添加鋼の析出物は結晶粒界をピン止めし、結晶粒の成長を抑制すると考えられる。実際、図４（ｂ）の顕微鏡写真に示したＴｉ添加鋼の結晶粒組織においては、結晶粒の大きさは略一様であり、異常な粒成長は発生していないことが観察される。

【産業上の利用可能性】

【0055】

この発明は、建設機械の部品に使用する浸炭用鋼の製造に利用することができる。

【要約】

【課題】高温で浸炭処理するときに結晶粒の粒成長を抑制する。
【解決手段】Ｎｂ増加鋼は、質量％で、０．１０～０．３０％のＣ、０．０２～０．０５％のＡｌ、０．０４～０．０６％のＮｂ、０．００１～０．００５％のＴｉ及び０．０１～０．０２８％のＮを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物で構成され、鋼中に発生したＡｌＮ、ＮｂＣ及びＴｉＮの析出物によって結晶粒界がピン止めされることにより、結晶粒の粒成長が抑制される。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】