水素環境下で長寿命である転動部品や歯車の製造方法
【課題】 鋼材および部品の加工性についても考慮して、水素侵入環境下でも長寿命な鋼部品、例えば軸受部品や歯車の製造方法を提供する。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、図２に示すパターンからなる浸炭もしくは浸炭窒化処理により、これらの転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることにより水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。
【解決手段】 質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、図２に示すパターンからなる浸炭もしくは浸炭窒化処理により、これらの転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることにより水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素が侵入する環境下において長寿命が要求される軸受を代表とする転動部品および歯車に用いられる鋼の熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用部品をはじめとする動力伝達部品は環境負荷軽減を目指して小型軽量化が求められている。さらに、これらの部品には、使用環境の過酷化とメンテナンスフリー化といった相反する問題に対応できる特性も同時に要求されている。そのような状況の中で、軸受を代表とする転動部品や歯車においては、例えば潤滑油中に水が侵入する環境で使用された場合、あるいは潤滑油の分解によって水素が発生した場合などで、部品中に水素が侵入すると短期間で剥離や破損等の問題が生じることが知られている。したがって、水素侵入環境下での部品の長寿命化は重要な課題となっている。
【０００３】
この問題に対する従来の技術として、Ｃｒによる転走面の酸化被膜形成により水素の侵入防止を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、Ｃｒによる酸化被膜では根本的な解決にはならず、また使用中に被膜が破断する可能性があるため十分とは言えない。
【０００４】
また、従来の技術として、多量のＴｉもしくはＡｌ添加によりＴｉ炭化物・炭窒化物、もしくはＡｌ窒化物を部品の表面近傍に分散析出させて、異物潤滑下とクリーン潤滑下において転動寿命を延長させている技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この技術は、微細に析出したＴｉもしくはＡｌの炭化物および炭窒化物が水素のトラップサイトとなること、およびこれらの炭化物・炭窒化物がオーステナイト結晶粒を細かくし、かつ硬度を上昇させることによって耐摩耗性を向上させ、長寿命を達成している。しかしながら、高炭素鋼をベースに、長寿命化に有効なＴｉもしくはＡｌの炭化物および炭窒化物が多量に生成し熱間加工性が低下するため、鋼材の圧延や部品へ鍛造する際の加工性に悪影響を及ぼす。さらに部品を切削する際の工具寿命が低下するという問題点もある。
【０００５】
さらに従来の技術として、多量のＣｒ含有による組織変化の遅延、Ｃｒ炭化物、炭窒化物によるピン留め効果と結晶粒径の微細化による粒界強度向上、組織変化伝播速度の遅延を図るものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また、さらに従来の技術として、材料中のＣｒおよびＮを高め、残留オーステナイトを安定化させることで白色組織変化を伴う早期剥離を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。しかしながら、これらの発明では、固溶Ｃ、Ｎ量について規定されていないため、十分とは言えない。また、鋼材として多量のＣを含んでいるため、鋼材の圧延や部品へ鍛造が困難であり、さらに部品を切削する際の工具寿命が低下するという問題点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３００９２５４号公報
【特許文献２】特許第３５９１２３６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４７３５２公報
【特許文献４】特開２００７−２６２４４９公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓａｎｙｏ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，１５（２００８），４３．
【非特許文献２】Ｓａｎｙｏ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，１６（２００９），４５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は、鋼材および部品の加工性についても考慮して、水素侵入環境下でも長寿命な部品、例えば軸受部品や歯車の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のように、部品中に水素が侵入すると白色組織変化を生じ、短期間で剥離や破損等の問題が生じることが知られている。そこで、発明者は水素起因による剥離対策の創出を最終目標として、組織変化の生成機構、ならびに水素と短寿命剥離との因果関係の究明を進めてきた（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。その結果、水素起因による早期剥離は、鋼中に侵入した水素の塑性ひずみ局在化作用により、マルテンサイトブロックの界面に針状を呈する組織が形成され、これが疲労の進行によりき裂化して、伝ぱあるいは連結によって大型内部き裂となり、早期剥離を引き起こすこと、並びに白色組織変化は内部き裂の幾何学的な効果により引き起こされる二次的な現象であることを明らかにした。また、その対策としては、マルテンサイトブロック界面への水素の濃化を抑制することが重要であり、そのためにマルテンサイト中の固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させることが有効であることを見出した。浸炭もしくは浸炭窒化処理により表層面の（Ｃ＋Ｎ）量を抑えること、あるいはＣｒ、Ｍｏ、Ｖといった炭化物や炭窒化物形成元素の添加並びに焼入れ温度の調整により、固溶Ｃ、固溶Ｎの低減が可能となる。
【００１０】
すなわち、課題を解決するための手段として、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。
【００１１】
請求項２の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。なお、Ｂを含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
【００１２】
請求項３の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【００１３】
請求項４の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。なお、Ｂを含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【００１４】
本願発明における鋼成分の限定理由を以下に説明する。なお、以下％は質量％を示す。
【００１５】
Ｃ：０．１０〜０．４５％
Ｃは、強度を付与するために必要な元素であるが、０．１０％未満であると、浸炭、ならびに浸炭窒化後の芯部強度を確保することができず、０．４５％を超えると靱性が低下するとともに素材の硬度が上昇して加工性が低下する。そこでＣは０．１０〜０．４５％とし、望ましくは０．１４〜０．２８％とする。
【００１６】
Ｓｉ：０．０１〜１．０％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であるとともに、鋼に必要な焼入性を付与し強度を高めるために添加する。また、焼戻し軟化抵抗を向上するために潤滑不良状態での転動寿命にも有効な元素であるが、１．０％を超えると浸炭、ならびに浸炭窒化特性が低下し、さらに素材硬度が上昇して加工性が低下する。そこでＳｉは０．０１〜１．０％とし、望ましくは、０．１０〜０．７０％とする。
【００１７】
Ｍｎ：０．１０〜２．０％
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させる元素であるが、０．１０％未満では焼入性の向上を確保することができず、また脱酸が不十分であり、２．０％を超えると素材の硬度が上昇して加工性が低下する。そこで、Ｍｎは０．１０〜２．０％とし、望ましくは、０．２０〜１．６０％とする。
【００１８】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、粒界に偏析して靱性および疲労強度を低下させて部品強度を低下させる元素であるため、０．０３０％以下とする。
【００１９】
Ｓ：０．０３５％以下
Ｓは添加すると被削性に有効なＭｎＳを形成するが、ＭｎＳは転動疲労寿命、冷間加工性および靱性を劣化させる元素である。そこで、Ｓは、０．０３５％以下とする。
【００２０】
Ｃｒ：１．３０〜３．５０％
Ｃｒは鋼に焼入性や強度向上を与え、さらにＣやＮと化合物を作ることにより固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させ、マルテンサイトのブロック界面への水素の濃化を抑えることに有効である。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効である。Ｃｒが１．３０％未満では、これらの効果は十分に得られず、３．５０％を超えると硬さの上昇を招き加工性が低下する。そこで、Ｃｒは、１．３０〜３．５０％とする。
【００２１】
Ａｌ：０．００３〜０．１０％
Ａｌは、鋼の脱酸作用を有すると同時に、窒素と結合してＡｌＮを生成し、結晶粒の粗大化を抑制する効果を有するが、０．００３％未満では脱酸効果が不十分であり、０．１０％より多くなり過ぎると酸化物が増加して疲労強度を低下し、さらに加工性が低下する。そこで、Ａｌは０．００３〜０．１０％とする。
【００２２】
Ｎ：０．００４〜０．０５０％
Ｎは、鋼中のＡｌやＮｂと化合物を生成し、浸炭時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を防止する作用を有するが、Ｎが０．００４％未満であると結晶粒粗大化を防止する効果が小さく、０．０５０％より多すぎると窒化物が増加して疲労強度および加工性が低下する。そこでＮは０．００４〜０．０５０％とする。ただし、後述のＢを添加する場合は、Ｎが存在するとＢＮが生成してＢ添加の効果が無くなるため、Ｎは０．０１５％以下とする。
【００２３】
Ｍｏ：０．０１〜１．２０％
Ｍｏは、鋼の焼入性、強度および靱性を向上させる元素であり、さらにＣやＮと化合物物を作ることにより固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させ、マルテンサイトのブロック界面への水素の濃化を抑えることに有効である。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効である。ただし、Ｍｏが多すぎると加工性が低下し、かつ鋼材コストが上昇するため、Ｍｏは０．０１〜１．２０％とする。
【００２４】
Ｖ：０．０１〜０．５０％
Ｖは、鋼の焼入性および強度を向上させる元素であり、さらにＣやＮと化合物を作ることにより固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させ、マルテンサイトのブロック界面への水素の濃化を抑えることに有効である。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効である。ただし、Ｖが多すぎると加工性が低下し、かつ鋼材コストが上昇するため、Ｖは０．０１〜０．５０％とする。
【００２５】
Ｎｉ：０．１０〜２．０％
Ｎｉは、鋼の焼入性および靱性の向上に有効な元素であるが、０．１０％未満ではその効果は小さく、２．０％を超えると素材の硬度が上昇しすぎて加工性を低下させ、かつ、鋼材コストが上昇する。そこでＮｉは０．１〜２．０％とする。
【００２６】
Ｎｂ：０．０１〜０．２０％
Ｎｂは、微細なＮｂの炭化物および炭窒化物を形成して浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効であるが、０．０１％未満ではその効果は小さく、０．２０％を超えるとＮｂの炭化物や炭窒化物が粗大化して結晶粒粗大化抑制効果が低下する。そこで、Ｎｂは０．０１〜０．２０％とする。
【００２７】
Ｔｉ：０．０１〜０．１７％
Ｔｉは、ＴｉＣとして鋼中に微細に析出し、鋼を分散強化し、疲労き裂の生成、伝播を抑制する元素である。また、Ｔｉの炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効であるが、０．０１％以下ではその効果は小さく、０．１７％を超えると加工性が低下する。そこで、Ｔｉは０．０１〜０．１７％とする。
【００２８】
Ｂ：０．０００１〜０．００５％
Ｂは、極微量の添加によって鋼の焼入れ性を著しく向上させる元素であり、かつ粒界に偏析し粒界破壊を抑制することにより浸炭後の疲労強度や衝撃強度を向上させるが、０．０００１％未満ではその効果が十分でなく、０．００５％を超えてもその効果は飽和する。そこで、Ｂは０．０００１〜０．００５％とする。なお、Ｂを添加する際は窒化は行わず、浸炭のみを行うものとする。
【００２９】
浸炭もしくは浸炭窒化処理により表層面の（Ｃ＋Ｎ）量：０．５０〜０．７５％
上記のように、水素侵入起因の早期破損は、マルテンサイトブロック界面への水素の濃化が原因であり、マルテンサイト中の固溶（Ｃ＋Ｎ）量を０．７５％以下に低減させることで長寿命化が可能となる。ただし、転動疲労寿命に必要な硬さを確保するには０．５０％以上の（Ｃ＋Ｎ）量が必要なため、浸炭もしくは浸炭窒化処理後の最表面の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることで、水素侵入起因の早期破損を抑制することができる。
【００３０】
浸炭もしくは浸炭窒化後の焼入れ温度Ｔ：８００℃≦Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃、かつ表層面の（Ｃ＋Ｎ）量：０．５０〜２．０％
炭化物あるいは炭窒化物を生成するＣｒ、Ｍｏ、Ｖを添加し、上記の式を満足させる温度にて焼入れを行うことにより、マルテンサイト中の固溶（Ｃ＋Ｎ）量を低減させ、上述のように水素起因の早期破損を抑制することが可能となる。ただし、焼入れ温度Ｔが８００℃未満の場合は網目状炭化物が多量に生成するため、８００℃≦Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃とする。また、表層面の（Ｃ＋Ｎ）量が２．０％を超えても網目状炭化物が多量に生成するため、表層面の（Ｃ＋Ｎ）量は０．５０〜２．０％とする。
【発明の効果】
【００３１】
上記の手段としたことで、従来の鋼材からなる部品に水素が侵入すると早期破損等の問題を生じるような水素環境下においても、本発明による部品、例えば軸受部品は、鋼材中に水素が侵入しても剥離を生じることなく、したがって長寿命であり、かつ、本発明における鋼材は被削性も良好であるので、超硬工具の摩耗量が少なく、加工性に優れているなど、本発明は従来にない効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】スラスト型転動疲労試験片の形状を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】熱処理パターンを示し、（ａ）は浸炭および焼入れを示し、（ｂ）は浸炭窒化及び焼入れを示す、図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施の形態について以下に説明する。表１に示す化学組成の各成分を含有する本発明の実施の形態における鋼（以下、「実施例鋼」という。）および比較用の鋼（以下、「比較例鋼」という。）を１００ｋｇ真空溶解炉で溶製して鋼とした。次いで、これらの鋼を１２００℃で熱間鍛造して直径６５ｍｍの棒鋼に製造し、９００℃に９０分間保持した後、空冷して焼ならし処理を行った。その後、６００℃に４時間保持した後、空冷して低温焼なまし処理を行った。なお、表１の比較例鋼の網かけ部分は本発明の実施例鋼の成分範囲から外れることを示している。さらに、表１の実施例鋼の各成分元素の記載において、本発明における鋼の成分元素の組成範囲に満たない範囲の値は、実操業上の不可避不純物として含有されているものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
その後、上記で製造した棒鋼から、図１に示す、外径：φ６０ｍｍ、内径：φ２０ｍｍ、厚さＤ：８．３ｍｍである、スラスト型転動疲労試験片１の形状に加工した。
【００３６】
この加工した形状のスラスト型転動疲労試験片１を、図２の（ａ）の浸炭＋焼入れパターンに示す、９３０℃に加熱し、同温度で０．５時間の均熱と３．０時間の浸炭と２．５時間の拡散を行った後、任意の温度Ｔ℃に下げ、同温度に０．５時間保持した後、さらに６０℃に油中焼入れ（Ｏ．Ｑ．）する浸炭焼入れ条件により、種々の表面炭素濃度を狙った浸炭焼入れを行い、スラスト型転動疲労試験片１に準備した。
【００３７】
さらにスラスト型転動疲労試験片１を、図２の（ｂ）の浸炭窒化＋焼入れパターンに示す、９３０℃に加熱し、同温度で０．５時間の均熱と３．０時間の浸炭と２．５時間の拡散を行い、任意の温度Ｔ℃に下げ、同温度で１．５時間の浸窒処理を施した後、さらに６０℃に油中焼入れする浸炭窒化焼入れ条件により、種々の表面炭素濃度および窒素濃度を狙った浸炭窒化焼入れを行い、スラスト型転動疲労試験片１に準備した。
【００３８】
その後、これらの準備した全てのスラスト型転動疲労試験片１は、１８０℃で１．５時間保持する焼戻し処理を行い、仕上げ加工として表面を研磨して、厚さＤ：８．０ｍｍとし、スラスト型転動疲労試験片１に仕上げた。
【００３９】
水素侵入環境を模擬するために、転動試験前のスラスト型転動疲労試験片１に水素チャージを行った。この水素チャージの条件は、濃度２０％のチオシアン酸アンモニウム溶液に、比液２５０ｍｌ／枚、５０℃で、スラスト型転動疲労試験片１を４８時間保持するものとした。水素チャージを行った後、直ちにスラスト型転動疲労試験片１を洗浄してバフ研磨にて試験面の腐食生成物を除去した後、最大接触面圧５．３ＧＰａにてスラスト型転動疲労試験機によって、試験片の表面から剥離までの転動疲労試験のサイクル数を求めた。
【００４０】
各鋼種の７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃の計算値（表２において計算温度 Ｔ０と記載）、スラスト型転動疲労試験片１の焼入れ温度Ｔ、熱処理方法、ＥＰＭＡにて分析した表面（Ｃ＋Ｎ）量、さらに転動疲労試験によるＬ50寿命、および、浸炭または浸炭窒化前の低温焼なまし状態での１０分間切削後の工具：超硬ＪＩＳ Ｐ２０、刃先Ｒ：０．４ｍｍ、周速：１５０ｍ／ｍｉｎ、切込み：０．５ｍｍ、送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：無し、とする各条件下での、旋削工具摩耗量を併せて表２に示した。なお、表２において、網掛けをしている部分は、表面（Ｃ＋Ｎ）量が０．５０〜０．７５％を外れており、かつ焼入れ温度Ｔ：８００℃≦Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃を満足していない場合の焼入れ温度、表面（Ｃ＋Ｎ）量が０．５％未満もしくは２．０％を超えるもの、水素チャージしたスラスト型転動疲労試験片１の転動疲労のＬ50寿命が１５×１０6サイクル未満、１０分間超硬工具摩耗量が０．１０ｍｍを超えるものである。
【００４１】
【表２】
【００４２】
したがって、表２から、実施例鋼のＮｏ．Ａ〜Ｅは焼入れ温度や表面（Ｃ＋Ｎ）量の調整によって、Ｌ50寿命は１５×１０6サイクル以上の結果が得られ、かつ、超硬工具摩耗量も０．１０ｍｍ以下であったため、長寿命と被削性とを両立している。なお、たとえ本発明の実施例鋼の組成範囲を成分を有するものであっても、表２の焼入れ温度、もしくは表面（Ｃ＋Ｎ）量が外れるものは、固溶（Ｃ＋Ｎ）量が適正ではない、あるいは多量の網目状炭化物が生成するために、Ｌ50寿命が１５×１０6サイクル未満であって、網かけで示すように、上記の長寿命の効果は得られていないものであり、本発明の対象外であるので、備考で対象外と示した。
【００４３】
比較例鋼のＮｏ．Ｆ〜Ｉについては、Ｎｏ．Ｆ〜Ｈは、Ｌ50寿命は優れるが、超硬工具摩耗量が多いもので、すなわち被削性が悪いために、部品の加工工程において問題が発生するので、本発明の対象外であるので、備考で対象外と示した。さらに、比較例鋼のＮｏ．Ｉは本発明に必要なＣｒの添加量が少ないため、Ｌ50寿命が１５×１０6サイクル未満の低サイクルで剥離に至ったため、本発明の対象外であるので、備考で対象外と示した。
【符号の説明】
【００４４】
１ スラスト転動疲労試験片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素が侵入する環境下において長寿命が要求される軸受を代表とする転動部品および歯車に用いられる鋼の熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用部品をはじめとする動力伝達部品は環境負荷軽減を目指して小型軽量化が求められている。さらに、これらの部品には、使用環境の過酷化とメンテナンスフリー化といった相反する問題に対応できる特性も同時に要求されている。そのような状況の中で、軸受を代表とする転動部品や歯車においては、例えば潤滑油中に水が侵入する環境で使用された場合、あるいは潤滑油の分解によって水素が発生した場合などで、部品中に水素が侵入すると短期間で剥離や破損等の問題が生じることが知られている。したがって、水素侵入環境下での部品の長寿命化は重要な課題となっている。
【０００３】
この問題に対する従来の技術として、Ｃｒによる転走面の酸化被膜形成により水素の侵入防止を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、Ｃｒによる酸化被膜では根本的な解決にはならず、また使用中に被膜が破断する可能性があるため十分とは言えない。
【０００４】
また、従来の技術として、多量のＴｉもしくはＡｌ添加によりＴｉ炭化物・炭窒化物、もしくはＡｌ窒化物を部品の表面近傍に分散析出させて、異物潤滑下とクリーン潤滑下において転動寿命を延長させている技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この技術は、微細に析出したＴｉもしくはＡｌの炭化物および炭窒化物が水素のトラップサイトとなること、およびこれらの炭化物・炭窒化物がオーステナイト結晶粒を細かくし、かつ硬度を上昇させることによって耐摩耗性を向上させ、長寿命を達成している。しかしながら、高炭素鋼をベースに、長寿命化に有効なＴｉもしくはＡｌの炭化物および炭窒化物が多量に生成し熱間加工性が低下するため、鋼材の圧延や部品へ鍛造する際の加工性に悪影響を及ぼす。さらに部品を切削する際の工具寿命が低下するという問題点もある。
【０００５】
さらに従来の技術として、多量のＣｒ含有による組織変化の遅延、Ｃｒ炭化物、炭窒化物によるピン留め効果と結晶粒径の微細化による粒界強度向上、組織変化伝播速度の遅延を図るものが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また、さらに従来の技術として、材料中のＣｒおよびＮを高め、残留オーステナイトを安定化させることで白色組織変化を伴う早期剥離を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。しかしながら、これらの発明では、固溶Ｃ、Ｎ量について規定されていないため、十分とは言えない。また、鋼材として多量のＣを含んでいるため、鋼材の圧延や部品へ鍛造が困難であり、さらに部品を切削する際の工具寿命が低下するという問題点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３００９２５４号公報
【特許文献２】特許第３５９１２３６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４７３５２公報
【特許文献４】特開２００７−２６２４４９公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓａｎｙｏ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，１５（２００８），４３．
【非特許文献２】Ｓａｎｙｏ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，１６（２００９），４５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は、鋼材および部品の加工性についても考慮して、水素侵入環境下でも長寿命な部品、例えば軸受部品や歯車の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のように、部品中に水素が侵入すると白色組織変化を生じ、短期間で剥離や破損等の問題が生じることが知られている。そこで、発明者は水素起因による剥離対策の創出を最終目標として、組織変化の生成機構、ならびに水素と短寿命剥離との因果関係の究明を進めてきた（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。その結果、水素起因による早期剥離は、鋼中に侵入した水素の塑性ひずみ局在化作用により、マルテンサイトブロックの界面に針状を呈する組織が形成され、これが疲労の進行によりき裂化して、伝ぱあるいは連結によって大型内部き裂となり、早期剥離を引き起こすこと、並びに白色組織変化は内部き裂の幾何学的な効果により引き起こされる二次的な現象であることを明らかにした。また、その対策としては、マルテンサイトブロック界面への水素の濃化を抑制することが重要であり、そのためにマルテンサイト中の固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させることが有効であることを見出した。浸炭もしくは浸炭窒化処理により表層面の（Ｃ＋Ｎ）量を抑えること、あるいはＣｒ、Ｍｏ、Ｖといった炭化物や炭窒化物形成元素の添加並びに焼入れ温度の調整により、固溶Ｃ、固溶Ｎの低減が可能となる。
【００１０】
すなわち、課題を解決するための手段として、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。
【００１１】
請求項２の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。なお、Ｂを含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
【００１２】
請求項３の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【００１３】
請求項４の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法である。なお、Ｂを含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【００１４】
本願発明における鋼成分の限定理由を以下に説明する。なお、以下％は質量％を示す。
【００１５】
Ｃ：０．１０〜０．４５％
Ｃは、強度を付与するために必要な元素であるが、０．１０％未満であると、浸炭、ならびに浸炭窒化後の芯部強度を確保することができず、０．４５％を超えると靱性が低下するとともに素材の硬度が上昇して加工性が低下する。そこでＣは０．１０〜０．４５％とし、望ましくは０．１４〜０．２８％とする。
【００１６】
Ｓｉ：０．０１〜１．０％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効な元素であるとともに、鋼に必要な焼入性を付与し強度を高めるために添加する。また、焼戻し軟化抵抗を向上するために潤滑不良状態での転動寿命にも有効な元素であるが、１．０％を超えると浸炭、ならびに浸炭窒化特性が低下し、さらに素材硬度が上昇して加工性が低下する。そこでＳｉは０．０１〜１．０％とし、望ましくは、０．１０〜０．７０％とする。
【００１７】
Ｍｎ：０．１０〜２．０％
Ｍｎは、鋼の焼入性を向上させる元素であるが、０．１０％未満では焼入性の向上を確保することができず、また脱酸が不十分であり、２．０％を超えると素材の硬度が上昇して加工性が低下する。そこで、Ｍｎは０．１０〜２．０％とし、望ましくは、０．２０〜１．６０％とする。
【００１８】
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、粒界に偏析して靱性および疲労強度を低下させて部品強度を低下させる元素であるため、０．０３０％以下とする。
【００１９】
Ｓ：０．０３５％以下
Ｓは添加すると被削性に有効なＭｎＳを形成するが、ＭｎＳは転動疲労寿命、冷間加工性および靱性を劣化させる元素である。そこで、Ｓは、０．０３５％以下とする。
【００２０】
Ｃｒ：１．３０〜３．５０％
Ｃｒは鋼に焼入性や強度向上を与え、さらにＣやＮと化合物を作ることにより固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させ、マルテンサイトのブロック界面への水素の濃化を抑えることに有効である。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効である。Ｃｒが１．３０％未満では、これらの効果は十分に得られず、３．５０％を超えると硬さの上昇を招き加工性が低下する。そこで、Ｃｒは、１．３０〜３．５０％とする。
【００２１】
Ａｌ：０．００３〜０．１０％
Ａｌは、鋼の脱酸作用を有すると同時に、窒素と結合してＡｌＮを生成し、結晶粒の粗大化を抑制する効果を有するが、０．００３％未満では脱酸効果が不十分であり、０．１０％より多くなり過ぎると酸化物が増加して疲労強度を低下し、さらに加工性が低下する。そこで、Ａｌは０．００３〜０．１０％とする。
【００２２】
Ｎ：０．００４〜０．０５０％
Ｎは、鋼中のＡｌやＮｂと化合物を生成し、浸炭時におけるオーステナイト結晶粒の粗大化を防止する作用を有するが、Ｎが０．００４％未満であると結晶粒粗大化を防止する効果が小さく、０．０５０％より多すぎると窒化物が増加して疲労強度および加工性が低下する。そこでＮは０．００４〜０．０５０％とする。ただし、後述のＢを添加する場合は、Ｎが存在するとＢＮが生成してＢ添加の効果が無くなるため、Ｎは０．０１５％以下とする。
【００２３】
Ｍｏ：０．０１〜１．２０％
Ｍｏは、鋼の焼入性、強度および靱性を向上させる元素であり、さらにＣやＮと化合物物を作ることにより固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させ、マルテンサイトのブロック界面への水素の濃化を抑えることに有効である。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効である。ただし、Ｍｏが多すぎると加工性が低下し、かつ鋼材コストが上昇するため、Ｍｏは０．０１〜１．２０％とする。
【００２４】
Ｖ：０．０１〜０．５０％
Ｖは、鋼の焼入性および強度を向上させる元素であり、さらにＣやＮと化合物を作ることにより固溶Ｃ、固溶Ｎを低減させ、マルテンサイトのブロック界面への水素の濃化を抑えることに有効である。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効である。ただし、Ｖが多すぎると加工性が低下し、かつ鋼材コストが上昇するため、Ｖは０．０１〜０．５０％とする。
【００２５】
Ｎｉ：０．１０〜２．０％
Ｎｉは、鋼の焼入性および靱性の向上に有効な元素であるが、０．１０％未満ではその効果は小さく、２．０％を超えると素材の硬度が上昇しすぎて加工性を低下させ、かつ、鋼材コストが上昇する。そこでＮｉは０．１〜２．０％とする。
【００２６】
Ｎｂ：０．０１〜０．２０％
Ｎｂは、微細なＮｂの炭化物および炭窒化物を形成して浸炭時のオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する。また、この炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効であるが、０．０１％未満ではその効果は小さく、０．２０％を超えるとＮｂの炭化物や炭窒化物が粗大化して結晶粒粗大化抑制効果が低下する。そこで、Ｎｂは０．０１〜０．２０％とする。
【００２７】
Ｔｉ：０．０１〜０．１７％
Ｔｉは、ＴｉＣとして鋼中に微細に析出し、鋼を分散強化し、疲労き裂の生成、伝播を抑制する元素である。また、Ｔｉの炭化物あるいは炭窒化物は水素のトラップサイトとなり、水素の無害化にも有効であるが、０．０１％以下ではその効果は小さく、０．１７％を超えると加工性が低下する。そこで、Ｔｉは０．０１〜０．１７％とする。
【００２８】
Ｂ：０．０００１〜０．００５％
Ｂは、極微量の添加によって鋼の焼入れ性を著しく向上させる元素であり、かつ粒界に偏析し粒界破壊を抑制することにより浸炭後の疲労強度や衝撃強度を向上させるが、０．０００１％未満ではその効果が十分でなく、０．００５％を超えてもその効果は飽和する。そこで、Ｂは０．０００１〜０．００５％とする。なお、Ｂを添加する際は窒化は行わず、浸炭のみを行うものとする。
【００２９】
浸炭もしくは浸炭窒化処理により表層面の（Ｃ＋Ｎ）量：０．５０〜０．７５％
上記のように、水素侵入起因の早期破損は、マルテンサイトブロック界面への水素の濃化が原因であり、マルテンサイト中の固溶（Ｃ＋Ｎ）量を０．７５％以下に低減させることで長寿命化が可能となる。ただし、転動疲労寿命に必要な硬さを確保するには０．５０％以上の（Ｃ＋Ｎ）量が必要なため、浸炭もしくは浸炭窒化処理後の最表面の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることで、水素侵入起因の早期破損を抑制することができる。
【００３０】
浸炭もしくは浸炭窒化後の焼入れ温度Ｔ：８００℃≦Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃、かつ表層面の（Ｃ＋Ｎ）量：０．５０〜２．０％
炭化物あるいは炭窒化物を生成するＣｒ、Ｍｏ、Ｖを添加し、上記の式を満足させる温度にて焼入れを行うことにより、マルテンサイト中の固溶（Ｃ＋Ｎ）量を低減させ、上述のように水素起因の早期破損を抑制することが可能となる。ただし、焼入れ温度Ｔが８００℃未満の場合は網目状炭化物が多量に生成するため、８００℃≦Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃とする。また、表層面の（Ｃ＋Ｎ）量が２．０％を超えても網目状炭化物が多量に生成するため、表層面の（Ｃ＋Ｎ）量は０．５０〜２．０％とする。
【発明の効果】
【００３１】
上記の手段としたことで、従来の鋼材からなる部品に水素が侵入すると早期破損等の問題を生じるような水素環境下においても、本発明による部品、例えば軸受部品は、鋼材中に水素が侵入しても剥離を生じることなく、したがって長寿命であり、かつ、本発明における鋼材は被削性も良好であるので、超硬工具の摩耗量が少なく、加工性に優れているなど、本発明は従来にない効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】スラスト型転動疲労試験片の形状を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】熱処理パターンを示し、（ａ）は浸炭および焼入れを示し、（ｂ）は浸炭窒化及び焼入れを示す、図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の実施の形態について以下に説明する。表１に示す化学組成の各成分を含有する本発明の実施の形態における鋼（以下、「実施例鋼」という。）および比較用の鋼（以下、「比較例鋼」という。）を１００ｋｇ真空溶解炉で溶製して鋼とした。次いで、これらの鋼を１２００℃で熱間鍛造して直径６５ｍｍの棒鋼に製造し、９００℃に９０分間保持した後、空冷して焼ならし処理を行った。その後、６００℃に４時間保持した後、空冷して低温焼なまし処理を行った。なお、表１の比較例鋼の網かけ部分は本発明の実施例鋼の成分範囲から外れることを示している。さらに、表１の実施例鋼の各成分元素の記載において、本発明における鋼の成分元素の組成範囲に満たない範囲の値は、実操業上の不可避不純物として含有されているものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
その後、上記で製造した棒鋼から、図１に示す、外径：φ６０ｍｍ、内径：φ２０ｍｍ、厚さＤ：８．３ｍｍである、スラスト型転動疲労試験片１の形状に加工した。
【００３６】
この加工した形状のスラスト型転動疲労試験片１を、図２の（ａ）の浸炭＋焼入れパターンに示す、９３０℃に加熱し、同温度で０．５時間の均熱と３．０時間の浸炭と２．５時間の拡散を行った後、任意の温度Ｔ℃に下げ、同温度に０．５時間保持した後、さらに６０℃に油中焼入れ（Ｏ．Ｑ．）する浸炭焼入れ条件により、種々の表面炭素濃度を狙った浸炭焼入れを行い、スラスト型転動疲労試験片１に準備した。
【００３７】
さらにスラスト型転動疲労試験片１を、図２の（ｂ）の浸炭窒化＋焼入れパターンに示す、９３０℃に加熱し、同温度で０．５時間の均熱と３．０時間の浸炭と２．５時間の拡散を行い、任意の温度Ｔ℃に下げ、同温度で１．５時間の浸窒処理を施した後、さらに６０℃に油中焼入れする浸炭窒化焼入れ条件により、種々の表面炭素濃度および窒素濃度を狙った浸炭窒化焼入れを行い、スラスト型転動疲労試験片１に準備した。
【００３８】
その後、これらの準備した全てのスラスト型転動疲労試験片１は、１８０℃で１．５時間保持する焼戻し処理を行い、仕上げ加工として表面を研磨して、厚さＤ：８．０ｍｍとし、スラスト型転動疲労試験片１に仕上げた。
【００３９】
水素侵入環境を模擬するために、転動試験前のスラスト型転動疲労試験片１に水素チャージを行った。この水素チャージの条件は、濃度２０％のチオシアン酸アンモニウム溶液に、比液２５０ｍｌ／枚、５０℃で、スラスト型転動疲労試験片１を４８時間保持するものとした。水素チャージを行った後、直ちにスラスト型転動疲労試験片１を洗浄してバフ研磨にて試験面の腐食生成物を除去した後、最大接触面圧５．３ＧＰａにてスラスト型転動疲労試験機によって、試験片の表面から剥離までの転動疲労試験のサイクル数を求めた。
【００４０】
各鋼種の７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃の計算値（表２において計算温度 Ｔ０と記載）、スラスト型転動疲労試験片１の焼入れ温度Ｔ、熱処理方法、ＥＰＭＡにて分析した表面（Ｃ＋Ｎ）量、さらに転動疲労試験によるＬ50寿命、および、浸炭または浸炭窒化前の低温焼なまし状態での１０分間切削後の工具：超硬ＪＩＳ Ｐ２０、刃先Ｒ：０．４ｍｍ、周速：１５０ｍ／ｍｉｎ、切込み：０．５ｍｍ、送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：無し、とする各条件下での、旋削工具摩耗量を併せて表２に示した。なお、表２において、網掛けをしている部分は、表面（Ｃ＋Ｎ）量が０．５０〜０．７５％を外れており、かつ焼入れ温度Ｔ：８００℃≦Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃を満足していない場合の焼入れ温度、表面（Ｃ＋Ｎ）量が０．５％未満もしくは２．０％を超えるもの、水素チャージしたスラスト型転動疲労試験片１の転動疲労のＬ50寿命が１５×１０6サイクル未満、１０分間超硬工具摩耗量が０．１０ｍｍを超えるものである。
【００４１】
【表２】
【００４２】
したがって、表２から、実施例鋼のＮｏ．Ａ〜Ｅは焼入れ温度や表面（Ｃ＋Ｎ）量の調整によって、Ｌ50寿命は１５×１０6サイクル以上の結果が得られ、かつ、超硬工具摩耗量も０．１０ｍｍ以下であったため、長寿命と被削性とを両立している。なお、たとえ本発明の実施例鋼の組成範囲を成分を有するものであっても、表２の焼入れ温度、もしくは表面（Ｃ＋Ｎ）量が外れるものは、固溶（Ｃ＋Ｎ）量が適正ではない、あるいは多量の網目状炭化物が生成するために、Ｌ50寿命が１５×１０6サイクル未満であって、網かけで示すように、上記の長寿命の効果は得られていないものであり、本発明の対象外であるので、備考で対象外と示した。
【００４３】
比較例鋼のＮｏ．Ｆ〜Ｉについては、Ｎｏ．Ｆ〜Ｈは、Ｌ50寿命は優れるが、超硬工具摩耗量が多いもので、すなわち被削性が悪いために、部品の加工工程において問題が発生するので、本発明の対象外であるので、備考で対象外と示した。さらに、比較例鋼のＮｏ．Ｉは本発明に必要なＣｒの添加量が少ないため、Ｌ50寿命が１５×１０6サイクル未満の低サイクルで剥離に至ったため、本発明の対象外であるので、備考で対象外と示した。
【符号の説明】
【００４４】
１ スラスト転動疲労試験片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。なお、Ｂを鋼材に含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。なお、Ｂを鋼材に含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理により該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜０．７５％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。なお、Ｂを鋼材に含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ｃｒ：１．３０〜３．５０％、Ａｌ：０．００３〜０．１０％、Ｎ：０．００４〜０．０５０％を含有し、さらにＭｏ：０．０１〜１．２０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．１０〜２．０％、Ｎｂ：０．０１〜２．０％、Ｔｉ：０．０１〜０．１７％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物である鋼材からなる転動部品もしくは歯車を、浸炭もしくは浸炭窒化処理し、これらの浸炭もしくは窒化処理後の焼入れ温度をＴとするとき、焼入れ温度Ｔは下記の式（１）を満足するものとし、該転動部品もしくは歯車の鋼材表層面中の（Ｃ＋Ｎ）量を０．５０〜２．０％とすることを特徴とする水素環境下での寿命に優れた転動部品もしくは歯車の製造方法。なお、Ｂを鋼材に含有するときは浸炭窒化処理は行わないものとする。
８００℃≦焼入れ温度Ｔ≦７５０℃＋３９×（Ｃｒ％＋０．８×Ｍｏ％＋３×Ｖ％）℃・・・（１）
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−３６４７５（Ｐ２０１２−３６４７５Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９５８９（Ｐ２０１０−１７９５８９）
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
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