JP6606978B2 - 製品部材の製造方法及び製品部材 - Google Patents

Description

本発明は、製品部材の製造方法に関し、さらに詳しくは、高周波焼入れを施す製品部材の製造方法に関する。また、本発明は製品部材に関する。

自動車や産業機械に使用される製品部材（例えば、機械構造部品）には、表面硬化処理の一種である高周波焼入れまたは浸炭焼入れが施されるものがある。

焼入れを施す製品部材の製造方法としては、例えば次の方法が挙げられる。即ち、初めに、最終製品に近い形状の粗部材を製造する。製造された粗部材に対して、切削加工を施して、最終製品にさらに近い中間部材を製造する。中間部材に対して焼入れ（高周波焼入れまたは浸炭焼入れ）、研削加工を順次施して、製品部材を得る。

このように製造された部品は、小型化、軽量化が進み、部品にかかる負荷が増加する傾向にある。この結果、摺動面の耐摩耗性（特に高負荷が繰り返されることによる耐疲労摩耗）や、繰り返し数が１０⁷回オーダでの曲げ疲労強度（以下、単に「曲げ疲労強度」と称する場合がある）、さらには高負荷が繰り返される状況下における繰り返し数が１０⁴回オーダでの曲げ疲労強度（以下、単に「低サイクル曲げ疲労強度」と称する場合がある）に優れた部品の開発が、益々要請されている。疲労強度を高める技術は、特許文献１〜特許文献３に開示されている。

特許文献１には、鋼部材に、強度向上のためのショットピーニングを施し、さらにその極表層部を切削加工する技術が開示されている。特許文献１では、当該技術により、疲労特性及びショットピーニング加工部の被削性が向上する、とされている。

特許文献２には、浸炭焼入れ及び焼戻しを施して表面硬化層を形成した後、表面硬化層を研削除去する技術が開示されている。特許文献２では、当該技術により、疲労強度が高まる、とされている。

特許文献３には、金属部材に対して、すくい面をネガティブ方向に３０〜５０°の範囲で傾けた工具を用いて旋削加工を施す技術が開示されている。特許文献３では、当該技術により、ショットピーニングのような工程を施さなくても、圧縮残留応力を付与して疲労強度を高めることができる、とされている。

特開平３−１２０３１３号公報 特開平８−２６０１２５号公報 特開２００７−２１００７０号公報

ところで、昨今の機械構造部品、例えば、歯車、シャフトおよびCVTプーリーに用いられる機械構造部品については、摺動と衝撃荷重が繰り返し付加されることがあるという理由から、優れた耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が同時に要求される。しかしながら、特許文献１〜特許文献３に開示された技術により得られる製品部材では、表層の組織が不適切であるという理由により、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度を同時に高いレベルで発現させることは困難な場合がある。さらに、コスト面を考慮した場合には、切削加工時に工具摩耗を抑制することも望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度に優れ、切削加工時の工具摩耗を抑制できる（被削性に優れる）製品部材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記の諸特性を有する製品部材を提供することも併せて目的とする。

本発明者らは、切削加工時の切削摩耗を抑制でき、かつ、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度に優れ、しかも被削性にも優れた製品部材を得ることのできる製造方法について、鋭意検討した。その結果、製品部材の材料となる粗部材の化学組成と、高周波焼入れ後の金属組織及び硬さと、切削加工後の金属組織及び算術平均粗さと、を制御すれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度に優れ、しかも被削性にも優れた製品部材を製造できる、との知見を得た。以上の知見に基づき、本発明者らは発明を完成した。その要旨は以下のとおりである。

［１］質量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．６％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０６％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る工程と、
上記粗部材に対して高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る工程であって、
高周波加熱時の周波数を１０ＫＨｚ以上３００ＫＨｚ以下とし、高周波加熱時の加熱時間を１秒以上６０秒以下とし、焼戻し温度を１６０℃以上２００℃以下とし、焼戻し時間を６０分以上１８０分以下とすることで、
上記焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で８〜２０％の残留オーステナイトとを含む組織となる工程と、
上記焼入れ材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程であって、
切削工具のすくい角を−３０°超−５°以下とし、工具のノーズを０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とし、送りを０．１ｍｍ／ｒｅｖ超０．４ｍｍ／ｒｅｖ以下とし、切削速度を５０ｍ／分以上１５０ｍ／分以下とし、切り込みを０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることで、
上記基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が１２％以下となり、切削前の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と切削後の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）から式（Ａ）によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが４０％以上となり、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下となる工程と、
を備える、製品部材の製造方法。
１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ≦２７．２ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
Δγ＝（ＲＩ−ＲＦ）／ＲＩ×１００ （Ａ）

[２] 上記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、上記[１]に記載の製品部材の製造方法。

[３] 上記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、上記[１]又は[２]に記載の製品部材の製造方法。

[４] 上記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、及び、Ｎｉ：３．０％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、式（１）に代えて、式（２）を満たす、上記[１]から[３]のいずれか１つに記載の製品部材の製造方法。
１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ＋２．８８Ｃｒ＋３．０９Ｍｏ＋２．７３Ｎｉ≦２７．２ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。

[５] 質量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．６％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０６％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（３）を満たす化学組成を有し、
表面から２０μｍの深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計で９７％以上であり、
表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が８〜２０％であり、
上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｂ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐが４０％以上であり、
表面に厚さ１〜１５μｍの塑性流動組織を有し、
表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である、
ことを特徴とする、製品部材。
１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ≦２７．２ （３）
ここで、式（３）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
Δγｐ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１×１００ （Ｂ）

[６]Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、上記[５]に記載の製品部材。

[７]Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、上記[５]又は[６]に記載の製品部材。

[８]Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、及び、Ｎｉ：３．０％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、式（３）に代えて、式（４）を満たす、上記[５]から[７]のいずれか１つに記載の製品部材。
１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ＋２．８８Ｃｒ＋３．０９Ｍｏ＋２．７３Ｎｉ≦２７．２ （４）
ここで、式（４）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。

[９] 鋼材に対して、高周波焼入れ焼戻し及び切削加工を施して得られた、上記[５]から[８]のいずれか１つに記載の製品部材。

本発明に係る製品部材の製造方法では、製品部材の材料となる粗部材の化学組成を調整することを前提に、特に、焼入れ材の金属組織と、切削加工後の製品部材の金属組織及び算術平均粗さと、について改良を加えている。その結果、本発明に係る製品部材の製造方法によれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度に優れ、しかも被削性にも優れた製品部材を得ることができる。

図１は、製品部材の軸方向に垂直な面の走査型電子顕微鏡像である。 図２は、二円筒摩耗試験に用いる摩耗試験片の側面図である。 図３は、小野式回転曲げ疲労試験に用いる疲労試験片の側面図である。 図４は、二円筒摩耗試験方法を示す正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、単に「実施形態」と称する場合がある）を詳細に説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。また、上記実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記実施形態に含まれる各種形態は、当業者が自明の範囲内で任意に組み合わせることができる。なお、図中、同一又は相当する部材には、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜製品部材の製造方法＞
本実施形態の製品部材の製造方法は、鋼材を加工して粗部材を得る工程（粗部材製造工程）と、粗部材に対して高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る工程（焼入れ材製造工程）と、焼入れ材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程（製品部材製造工程）とを含む。

［粗部材製造工程］
本工程では、製品部材の形状に近い所望の形状を有する粗部材を製造する。初めに、鋼材を準備する。

（鋼材の化学組成（必須要件））
鋼材は以下の化学組成を有する。なお、以下に示す各元素の割合（％）は全て質量％を意味する。

Ｃ：０．４〜０．７％
炭素（Ｃ）は、製品部材の強度（特に芯部の強度）を高める。Ｃはさらに、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度を高めるための残留オーステナイトを生成する。Ｃ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、鋼材の強度が高くなりすぎる。そのため、鋼材の被削性が低下する。さらに、高周波焼入れ時に発生するひずみが大きくなり、焼割れが発生する。従って、Ｃ含有量は０．４〜０．７％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．５％以上である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．６５％未満である。

Ｓｉ：０．２５％以下
シリコン（Ｓｉ）は高周波焼入れ及び焼戻し後の切削加工時に、工具と反応して凝着摩耗を引き起こす。そのため、Ｓｉは、工具摩耗を増大させる。従って、Ｓｉ含有量は０．２５％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．１５％である。

Ｍｎ：０．５〜２．６％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の焼入れ性を高めるとともに、鋼中の残留オーステナイトを増加させる。Ｍｎを含有するオーステナイトは、Ｍｎを含有しないオーステナイトと比較して、高周波焼入れ及び焼き戻し後の切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態しやすい。その結果、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が高まる。Ｍｎ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰に多くなる。そのため、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが過剰となり、ひいては切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、切削加工後の製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｍｎ含有量は０．５〜２．６％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．８％であり、さらに好ましくは１．４％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は２．０％である。

Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。Ｐは、粒界に偏析して鋼を脆化する。従って、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方がよい。

Ｓ：０．００５〜０．０２０％
硫黄（Ｓ）は、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成し、被削性を高める。Ｓ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｓ含有量が高すぎれば、粗大なＭｎＳを形成して、鋼の熱間加工性、冷間加工性、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｓ含有量は０．００５〜０．０２０％である。Ｓ含有量の好ましい下限は０.００８％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１５％である。

Ｎｂ：０．０１〜０．０６％
ニオブ（Ｎｂ）は、Ｃ、Ｎと結合してＮｂＣ、ＮｂＮ、Ｎｂ（Ｃ、Ｎ）を形成することで、高周波加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制する効果がある。その結果、使用時に亀裂の発生を抑制して、部品の低サイクル曲げ疲労強度が顕著に向上する。この効果を安定して得るためには、０．０１％以上のＮｂを含有させる必要がある。一方、Ｎｂの含有量が０．０６％を超えると、ＮｂＣ、ＮｂＮ、Ｎｂ（Ｃ、Ｎ）が粗大化し、オーステナイト粒粗大化抑制の効果がむしろ低下する。従って、Ｎｂの含有量を０．０１〜０．０６％とした。Ｎｂの含有量は、０．０１５％以上とすることが好ましく、０．０２％以上とすることが一層好ましい。また、Ｎｂの含有量は０．０５％以下とすることが好ましく、０．０４％以下とすることが一層好ましい。

Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌＮを形成し、結晶粒を微細化する。その結果、鋼の強度が高まる。Ａｌ含有量が低すぎれば、この効果は得られない。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、硬質で粗大なＡｌ_２Ｏ_３が生成して、鋼の被削性が低下し、さらに、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度も低下する。従って、Ａｌ含有量は０．０１０〜０．０５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０２０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％である。

Ｎ：０．００５〜０．０２５％
窒素（Ｎ）は窒化物を形成して結晶粒を微細化し、鋼の曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、粗大な窒化物が生成して鋼の靱性が低下する。従って、Ｎ含有量は０．００５〜００２５％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．０１０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０２０％である。

Ｏ：０．００３％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。ＯはＡｌと結合して硬質な酸化物系介在物を形成する。酸化物系介在物は鋼の被削性を低下させ、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度も低下させる。従って、Ｏ含有量は０．００３％以下である。Ｏ含有量はなるべく低い方がよい。

上記鋼材の化学組成の残部はＦｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、又は、製造工程の環境等から混入する成分であって、鋼材に意図的に含有させた成分ではない成分を意味する。

（各元素の含有量の関係（必須要件））
鋼材を構成する各元素の含有量の関係は、以下に示す式（５）を満たす。
１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ≦２７．２ （５）
ここで、式（５）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。

式（５）について
Ｆ１＝２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎと定義する。Ｆ１は、オーステナイトの安定性を表すパラメータである。Ｆ１が低すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後、残留オーステナイトが十分に生成されず、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。一方、Ｆ１が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰に多くなる。この場合、焼戻し後の切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が生じにくい。そのため、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｆ１は１７．０〜２７．２である。Ｆ１の好ましい下限は１７．１であり、好ましい上限は２７．０以下である。

（鋼材の化学組成（任意選択的要件））
鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂを含有してもよい。

Ｐｂ：０．５％以下
鉛（Ｐｂ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、工具摩耗の低下及び切り屑処理性の向上が実現される。しかしながら、Ｐｂ含有量が高すぎれば、鋼の強度及び靱性が低下し、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度も低下する。従って、Ｐｂ含有量は０．５％以下とすることが好ましい。Ｐｂ含有量のさらに好ましい上限は０．４％である。なお、上記の効果を得るためにはＰｂ含有量を０．０３％以上とすることが好ましい。

鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。

Ｖ及びＴｉ：総含有量で０．１％以下
バナジウム（Ｖ）及びチタン（Ｔｉ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。これらの元素は、Ｃ及びＮと結合して、析出物を形成する。これらの元素の析出物は、ＡｌＮによる焼入れ部の結晶粒微細化を補完する。これらの元素の析出物は、製品部材の耐摩耗性を高める。しかしながら、これらの元素の総含有量が０．１％を超えれば、析出物が粗大化し、曲げ疲労強度、低サイクル曲げ疲労強度及び被削性が低下する。従って、Ｖ及びＴｉの総含有量は０．１％以下であることが好ましい。任意選択的元素として、Ｖ及びＴｉのいずれか１種以上が含有されれば、上記効果が得られる。Ｖ及びＴｉの総含有量のさらに好ましい上限は０．０８％である。Ｖ及びＴｉの総含有量の好ましい下限は０．０１％である。

鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ、Ｍｏ及びＮｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも、鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。

Ｃｒ：３．０％以下
クロム（Ｃｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。Ｃｒは鋼の焼入れ性を高め、さらに、残留オーステナイトを増加させる。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰に高くなる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が生じず、切削加工後も残留オーステナイトが減少しにくい。その結果、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｃｒ含有量は３．０％以下であることが好ましい。Ｃｒ含有量のさらに好ましい下限は、０．１％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は、２．０％である。

Ｍｏ：３．０％以下
モリブデン（Ｍｏ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Ｍｏは鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Ｍｏはさらに、焼戻し軟化抵抗を高め、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｍｏ含有量は３．０％以下とすることが好ましい。Ｍｏ含有量のさらに好ましい上限は２．０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．１％である。

Ｎｉ：３．０％以下
ニッケル（Ｎｉ）は任意選択的元素であり、含有されていなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼の焼入れ性を高め、残留オーステナイトを増加させる。Ｎｉはさらに、鋼の靱性を高める。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎれば、高周波焼入れ及び焼戻し後の残留オーステナイトが過剰となる。この場合、焼戻し後の切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。その結果、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｎｉ含有量は３．０％以下であることが好ましい。Ｎｉ含有量のさらに好ましい上限は２．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．１％である。

（各元素の含有量の関係（任意選択的要件））
鋼材がＣｒ、Ｍｏ及びＮｉからなる群の１種以上を含有する場合、鋼材の化学組成は、式（５）に代えて、式（６）を満たすことが好ましい。
１７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ＋２．８８Ｃｒ＋３．０９Ｍｏ＋２．７３Ｎｉ≦２７．２ （６）
ここで、式（６）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。

式（６）について
Ｆ２＝２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ＋２．８８Ｃｒ＋３．０９Ｍｏ＋２．７３Ｎｉと定義する。Ｆ２は、オーステナイトの安定度を表すパラメータである。Ｆ２は、Ｆ１にＣｒの項とＭｏの項とＮｉの項とを加えたものである。Ｆ１と同様に、Ｆ２が低すぎても高すぎても、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、Ｆ２は１７．０〜２７．２である。Ｆ２の好ましい下限は１７．１であり、好ましい上限は２７．０以下である。

（粗部材の製造）
上記化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る。加工方法は周知の方法を採用することができる。加工方法としては、例えば、熱間加工、冷間加工、切削加工等が挙げられる。粗部材は、製品部材に近い形状とする。

［焼入れ材製造工程］
上記のようにして得られた粗部材に対して、高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る。これにより、焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織を、マルテンサイトと体積率で８〜２０％の残留オーステナイトとする。

（高周波焼入れ処理）
高周波焼入れ処理は、初めに、（ｉ）高周波加熱を施し、その後、（ｉｉ）焼入れを施す。高周波加熱及び焼入れは次の条件で行う。

（ｉ）高周波加熱
高周波加熱時の周波数：１０〜３００ＫＨｚ
周波数が低すぎれば、加熱範囲が広がる。そのため、焼入れ時の歪みが大きくなる。一方、周波数が高すぎれば、加熱範囲が表層のみに集中する。この場合、硬化層が薄くなり、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。従って、高周波加熱時の周波数は１０〜３００ＫＨｚである。

高周波加熱時の加熱時間：１．０〜６０ｓ
加熱時間とは、粗部材の加熱が開始されてから水冷が開始されるまでの時間である。高周波加熱時の加熱時間が長すぎれば、オーステナイト粒が粗大化し、、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。一方、加熱時間が短すぎれば、セメンタイトが十分に固溶しない。そのため、高周波焼入れ及び焼戻し後に、マルテンサイトと、体積率で８〜２０％の残留オーステナイトとからなる組織が得られない。従って、高周波加熱時の粗部材の加熱時間は１．０〜６０ｓである。

（ｉｉ）焼入れ
恒温保持処理後、周知の方法で焼入れを施す。焼入れは、例えば、水焼入れとすることができる。

（焼戻し処理）
高周波焼入れ処理を施した後、焼戻し処理を施す。焼戻し処理を施せば、製品部材の靱性が高まる。さらに、Ｃが拡散して炭化物の前駆体を生成するため、残留オーステナイトが不安定化して、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が発生しやすくなり、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が向上する。焼戻し処理は、次の条件で行う。

焼戻し温度（Ｔ１）：１６０〜２００℃
焼戻し温度Ｔ１が低すぎれば、焼戻しによる上記効果が得られない。一方、焼戻し温度が高すぎれば、残留オーステナイトが著しく不安定化して、焼戻し中に残留オーステナイトが分解する。さらに、分解せずに残留したオーステナイトは、熱処理ひずみから解放されて安定化するため、切削加工時に十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度の向上に貢献しない。従って、焼戻し温度Ｔ１は１６０〜２００℃である。

焼戻し時間（ｔ１）：６０〜１８０分
焼戻し時間ｔ１が短すぎれば、上記焼戻しの効果が得られない。一方、焼戻し時間ｔ１が長すぎれば、残留オーステナイトが著しく不安定化して、焼戻し中に残留オーステナイトが分解する。さらに、分解せずに残留したオーステナイトは、熱処理ひずみから解放されて安定化するため、切削加工時に十分に加工誘起マルテンサイト変態が発生せず、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度の向上に貢献しない。従って、焼戻し時間はｔ１６０〜１８０分である。

（焼入れ材製造工程終了後の焼入れ材の組織）
上述の条件で高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して得られた焼入れ材について、最終形態である製品部材の表面に相当する位置（以下、単に「最終表面位置」と称する場合がある）から２０μｍ深さの位置に相当する基準位置の組織は、マルテンサイトと体積率で８〜２０％の残留オーステナイトとを含有する。ここで、最終形態である製品部材の表面に相当する位置とは、焼入れ材の表面から、後述する切削加工時（製品部材製造工程）に設定する切り込み分（厚み方向寸法）を控除した位置をいう。

なお、焼入れ材における基準位置の組織観察は次の方法で実施される。即ち、焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍ深さ位置である基準位置を含む試験片を用意する。この試験片を５％ナイタール溶液で腐食する。腐食された面を、倍率１０００倍の光学顕微鏡にて３視野観察する。このとき、基準位置を視野の中心にする。視野の中心から焼入れ材の表面方向に１０μｍ、視野の中心から焼入れ材の表面と反対の方向に１０μｍ、視野の中心から焼入れ材の表面方向と垂直な両方向に各々５０μｍの、２０μｍ×１００μｍの範囲の平面内において、各相の面積率を通常の画像解析方法によって求める。得られた各相の面積率を各相の体積率と定義する。

光学顕微鏡による組織観察では、残留オーステナイトはマルテンサイトに含まれる。つまり、光学顕微鏡では、マルテンサイトと残留オーステナイトとの区別ができない。そこで、焼入れ材の残留オーステナイトの体積率（ＲＩ）を、次の方法で測定する。焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍ位置深さの基準位置を含むサンプルを採取する。基準位置を含む表面に対して、電解研磨を行う。１１．６％の塩化アンモニウムと、３５．１％のグリセリンと、５３．３％の水とを含有する電解液を用意する。この電解液を用いて、基準位置を含む表面に対して、電圧２０Ｖで電解研磨を行う。

電解研磨された表面に対して、Ｘ線回折法により解析を行う。Ｘ線回折には、株式会社リガク製の商品名ＲＩＮＴ−２５００ＨＬ／ＰＣを使用する。光源にはＣｒ管球を使用する。Ｘ線回折により得られたｂｃｃ構造の（２２１）面と、ｆｃｃ構造の（２２０）面の回折ピークの積分強度比に基づいて、残留オーステナイトの体積率（ＲＩ）を測定する。

焼入れ材製造工程終了後の基準位置での残留オーステナイトの体積率は８〜２０％である。残留オーステナイトは、高周波焼入れ及び焼戻し後の切削加工時に、加工誘起マルテンサイト変態する。これにより、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が高まる。基準位置における残留オーステナイトの体積率が低すぎれば、この効果が得られない。一方、基準位置における残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、切削加工後にも多くのオーステナイトが残留する。この場合、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度の向上は期待できない。

［製品部材製造工程（切削加工）］
高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施した後、切削加工を施す。切削加工により、製品部材の形状に仕上げつつ、加工誘起マルテンサイト変態を発生させる。これにより、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が高まる。切削加工は、次の条件で行う。

切削工具のすくい角α：−３０°＜α≦−５°
すくい角αが−５°よりも大きければ、切削加工時に加工誘起マルテンサイト変態が十分に発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。一方、すくい角が−３０°以下であれば、切削抵抗が大きくなりすぎ、被削性が低下し、工具摩耗が増大し、場合によっては工具が欠損する。従って、すくい角αは、−３０°＜α≦−５°である。好ましいすくい角αは−２５°≦α≦−１５°である。

工具のノーズｒ：０．４〜１．２ｍｍ
工具のノーズｒが小さすぎれば表面粗さが大きくなりすぎ、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。表面粗さが大きくなった場合には、仕上げ研磨を行って、表面粗さを小さくしなければならない。一方、工具のノーズｒが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなるため、被削性が低下し、工具摩耗が増大する。従って、工具のノーズｒは０．４〜１．２ｍｍである。

送りｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ（回転）超０．４ｍｍ／ｒｅｖ以下
送りｆが小さすぎれば、切削抵抗、つまり、工具が被削材に押し付けられる力が小さすぎる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。一方、送りが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなる。この場合、工具摩耗が大きくなり、被削性が低下する。従って、送りｆは０．１ｍｍ／ｒｅｖ超０．４ｍｍ／ｒｅｖ以下である。送りｆの好ましい下限は０．２ｍｍ／ｒｅｖである。

切削速度ｖ：５０〜１５０ｍ／分
切削速度ｖが大きすぎれば、切削温度が上昇し、凝着摩耗が発生する。この場合、工具摩耗が増大し、被削性が低下する。一方、切削速度が小さすぎれば、切削能率が低下し、製造効率が低下する。従って、切削速度ｖは５０〜１５０ｍ／分である。

切り込みｄ：０．０５〜０．２ｍｍ
切り込みｄが小さすぎれば、切削抵抗が小さくなる。この場合、十分な加工誘起マルテンサイト変態が発生しない。そのため、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。一方、切り込みｄが大きすぎれば、切削抵抗が大きくなる。この場合、工具摩耗が大きくなり、被削性が低下する。従って、切り込みｄは０．０５〜０．２ｍｍである。切り込みｄの好ましい下限は０．０８ｍｍであり、好ましい上限は０．１５ｍｍである。

（製品部材の組織及び表面の算術平均粗さ）
以上に示す切削加工により製品部材が得られる。製品部材の上記基準位置において、残留オーステナイトの体積率は１２％以下である。切削加工前後における残留オーステナイトの体積減少率は４０％以上である。

切削加工後の製品部材の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）についても、前述の焼入れ材の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と同様の方法にて測定する。製品部材でも、基準位置を含む表面を有するサンプルを採取する。このサンプルに対して、焼入れ材に対して行った電解研磨と同じ電解研磨を行う。電解研磨後のサンプルに対して、Ｘ線回折法による解析を行い、残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）を測定する。

求めた体積率（ＲＩ）及び（ＲＦ）に基づいて、式（Ｃ）により、切削加工前後の残留オーステナイトの体積減少率Δγを求める。
減少率Δγ＝（ＲＩ−ＲＦ）／ＲＩ×１００ （Ｃ）

製品部材の基準位置での残留オーステナイトの体積率は１２％以下である。切削加工後の残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、硬質なマルテンサイトが得られず、製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が低下する。

切削加工前後の残留オーステナイトの体積減少率Δγは４０％以上である。切削加工により残留オーステナイトが加工誘起マルテンサイト変態することにより、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が高まる。体積減少率Δγが低すぎれば、この効果が十分に得られない。

製品部材の表面の算術平均粗さＲａは０．８μｍ以下である。製品部材の表面の算術平均粗さＲａが大きすぎれば、製品部材の摺動時の摩擦抵抗が大きくなり、製品部材の耐摩耗性が低下する。

算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１）に規定される算術平均粗さＲａに相当し、この規定に準拠する。算術平均粗さＲａの評価方法及び測定機の特定は、ＪＩＳ Ｂ０６３３（２００１）及びＪＩＳ Ｂ０６５１（２００１）の規定に準拠する。

製品部材の表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍよりも大きい場合、仕上げ研磨を行って、算術平均粗さＲａを０．８μｍ以下にする。仕上げ研磨としては、例えばラップ研磨を採用することができる。

＜製品部材＞
本実施形態の製品部材は、上述した成分を含むとともに、上記式（５）または（６）を満たす化学組成を有し、表面から２０μｍの深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトからなり、表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が８〜２０％であり、上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ｄ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐが４０％以上であり、表面に厚さ１〜１５μｍの塑性流動組織を有し、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である。ここで、最大残留オーステナイト体積率Ｒ１とは、製品部材の表面から１０μｍピッチで２００μｍ深さまで測定した残留オーステナイト体積率のうち最大の値を意味する。
Δγｐ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１×１００ （Ｄ）

[表面から２０μｍの深さ位置での組織]
製品部材の表面から２０μｍの深さ位置での組織として、フェライト、パーライト等の強度の低い相が存在すれば、これらの相を基点に亀裂が発生しやすく、製品部材の耐摩耗性及び曲げ疲労強度が低くなる。従って、マルテンサイト及び残留オーステナイト合計の体積率を９８％以上に限定する。なお、当該体積率の好ましい範囲は９９％以上である。

[表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）]
残留オーステナイトは、製品部材の仕上げ加工時に加工誘起マルテンサイト変態を生じる。その結果、製品部材の強度が上昇し、耐摩耗性及び曲げ疲労強度が上昇する。このような効果を得るためには、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が８％以上でなければならない。

一方、残留オーステナイトは軟質であるため、（Ｒ１）が２０％を超えると。かえって製品部材の強度が低下する。

[上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、上記最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐ]
表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が８〜２０％であり、上記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から上記式（Ｄ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）が４０％以上である。ここで、表面から２０μｍの深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）とは、上述した（製品部材の製造方法の欄で述べた）残留オーステナイト体積率（ＲＦ）である。また、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から上記式（Ｄ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）とは、上述した（製品部材の製造方法の欄で述べた）Δγに類似した値であり、いずれも製品材製造工程における切削加工時の、オーステナイトの加工誘起変態の程度を表す。従って、Δγが大きくなるほどΔγｐも大きくなる。

予想残留オーステナイト減少率（Δγｐ）は、切削加工時の加工誘起マルテンサイト変態の程度を表す。Δγｐが大きいと、切削時により多くの加工誘起マルテンサイト変態が発生したことを意味し、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が向上する。このような効果を得るためにはΔγｐが４０％以上でなければならない。なお、好ましいΔγｐの値は４２％以上である。

[表面の塑性流動組織の厚さ：１〜１５μｍ]
製品部材の表面の塑性流動組織の厚さは、次の方法で測定される。製品部材の表面を含み、製品部材の軸方向（例えば、ダンベル状の試験片の場合はその長手方向）に垂直な面（横断面）が観察面になるような試験片を採取する。鏡面研磨した試験片を、５％ナイタール溶液で腐食する。腐食された面を、倍率５０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察する。得られたＳＥＭ像の一例を図１に示す。同図において、塑性流動組織１１は、中心部１２に対して組織が製品部材の周方向（図１において紙面の左方向から右方向）に湾曲している部分であり、製品部材の表面から湾曲した組織の端までの距離を塑性流動組織１１の厚さと定義した。

切削加工時に、焼入れ材の表層部に大きな変形が生じることで、塑性流動組織が形成される。この塑性流動組織は硬質であり、厚さが１μｍ以上になると製品部材の耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が向上する。しかしながら、塑性流動組織は脆いため、その厚さが薄い場合にはある程度変形が可能であるが、厚さが１５μｍを超えると、割れが生じて亀裂発生の起点となるため、耐摩耗性、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度が逆に低下する。さらに、組成流動組織はその厚さが１５μｍを超えると、被削性が低下し、切削加工時の工具への負担が大きくなって工具寿命が著しく低下する。以上により、製品部材の表層の塑性流動組織の厚さは１〜１５μｍに限定した。

[表面の算術平均粗さＲａ：０．８μｍ以下]
製品部材表面の算術平均粗さＲａについては、製品部材の製造方法の欄で上述したとおりである。

真空溶解炉を用いて、表１に示す化学組成を有する１５０ｋｇの溶鋼Ａ〜Ｔを得た。

各鋼種の溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを得た。各インゴットを１２５０℃で４時間加熱した後、熱間鍛造を行って直径３５ｍｍの丸棒を得た。熱間鍛造時の仕上げ温度は１０００℃であった。

各丸棒に対して焼準処理を行った。焼準処理温度は９２５℃であり、焼準処理時間は２時間であった。焼準処理後、丸棒を室温（２５℃）まで放冷した。

放冷後の丸棒に対して機械加工を実施して、図２に示す摩耗試験片２１及び図３に示す回転曲げ疲労試験片３１の元となる粗部材を製造した。製品部材相当の摩耗試験片２１は、横断面が円形であり、円柱状の試験部２２と、試験部２２の両端に配置された円柱状の一対のつかみ部２３とを備えている。図２に示すとおり、試験部２２の外径は２６ｍｍ、試験部２２の長さは２８ｍｍであり、摩耗試験片２１の全体長さは１３０ｍｍであった。曲げ疲労試験片３１は、横断面が円形であり、中央部に曲率半径１ｍｍのノッチがある。また、放冷後の丸棒に対して機械加工を施して、直径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの棒状の被削性試験片（図示せず）を製造した。

摩耗試験片２１の粗部材及び被削性試験片に対して、表２に示す条件に基づいて、高周波焼入れ及び焼戻しを実施した。表２中のＴ１は焼戻し温度（℃）であり、ｔ１は焼戻し時間（分）である。焼戻し後、熱処理歪みを取り除く目的で、つかみ部２３の仕上げ加工を実施した。

高周波焼入れ及び焼戻し後の浸炭材（摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１の粗部材、並びに上記被削性試験片）は、切削加工前に、後述する方法で、残留オーステナイトの体積率の測定及び組織観察試験を行った。

焼入れ材となった摩耗試験片２１の試験部２２及び曲げ疲労試験片３１のノッチに対して、表３に示す条件で切削加工を施して、製品部材相当の摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１を得た。但し、曲げ疲労試験片３１に対しては、工具のノーズｒは０．４ｍｍに固定した。切削加工は、１パス、すなわち表３に示す切り込み量を１回だけ適用した。

切削工具には、ｃＢＮ粒子を主成分とし、セラミックスを結合材とした焼結材の表面に、ＴｉＡｌＮベースのセラミックコーティングを施したｃＢＮ焼結工具を利用した。

そして、上記の切削加工を施した後、摩耗試験片２１及び曲げ疲労試験片３１を作成した。摩耗試験片２１については、＃２０００のエメリー紙を用いて仕上げ研磨を実施した。仕上げ研磨後の各試験番号の摩耗試験片２１及び切削加工後の曲げ疲労試験片３１の表面の算術平均粗さＲａは０．８μｍ以下であった。

［残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）の測定］
製品部材相当の試験片（摩耗試験片２１）表面に対して、電解研磨を施した。具体的には、試験片表面に穴の直径３ｍｍのマスキングを施し、１１．６％の塩化アンモニウムと、３５．１％のグリセリンと、５３．３％の水とを含有する電解液中において、試験片を陽極として、２０Ｖの電圧で電解研磨を施し、表面から２０μｍ深さの位置の表面（以下、観察面という）を露出させた。

観察面に対して、上述の方法でＸ線回折を実施し、表面から２０μｍ位置の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ（Ｒ２））を求めた。

観察面に対して、同様の方法で電解研磨を実施し、穴の深さを１０μｍ深くして３０μｍとし、その表面に対して上述の方法でＸ線回折を実施し、表面から３０μｍ位置の残留オーステナイトの体積率を求めた。この過程を繰り返すことで、１０μｍずつ穴を深くし、その都度残留オーステナイトの体積率（ＲＦ（Ｒ２））を測定することを、穴の深さが２００μｍとなるまで繰り返した。そしてその中で得られた最大の残留オーステナイト体積率をＲ１とした。

［組織観察試験（残留オーステナイト以外の組織の体積率の測定）］
製品部材相当の試験片において、残留オーステナイト以外の他の組織の体積率を、上述した方法で測定した。

［二円筒摩耗試験（ＲＰ摩耗量の測定）］
図２に示す摩耗試験片２１を用いて、図４に示す二円筒摩耗試験（ＲＰ試験）を行った。図４は、ＲＰ試験方法を示す正面図である。図４に示すとおり、ＲＰ試験において、摩耗試験片２１と大ローラ試験片４１とを準備した。大ローラ試験片４１は円板状であり、直径が１３０ｍｍ、円周面の幅が１８ｍｍ、円周面のクラウニング曲率半径が７００ｍｍであった。大ローラ試験片は、ＪＩＳ規格ＳＣＭ８８２に相当する化学組成を有し、浸炭焼入れ処理がなされていた。大ローラ試験片４１の円周面を摩耗試験片２１の表面に接触させ、表４に示す条件でＲＰ試験を行った。

試験後、摩耗試験片２１の表面のうち、大ローラ試験片４１と接触した部分の摩耗深さを測定した。摩耗深さの測定には、触針式の表面粗さ計を用いた。測定長さは２６ｍｍとして、摩耗試験片２１の軸方向に触針を走査して、断面曲線を得た。各試験片において、円周方向に９０°刻みの４箇所で、断面曲線を測定した。得られた断面曲線から、大ローラ試験片４１が接触していない部分と、大ローラ試験片４１が接触して最も摩耗した部分との高さの差を測定した。測定された高さの差の４箇所の平均値を、各試験番号の摩耗試験片２１の摩耗深さ（ＲＰ摩耗量：単位はμｍ）と定義した。本試験においては、ＲＰ摩耗量が１０μｍ以下の場合が、従来技術に対して優れた耐摩耗性を有するという点で合格である。

［［回転曲げ疲労試験（曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度）］
図３に示す疲労試験片３１を用いて、試験荷重を５０ＭＰaピッチで変化させて小野式回転曲げ疲労試験を行い、曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度を求めた。

なお、繰り返し数１０^７回に達する前に破断した応力の最小値（σ_f,min）と、（σ_f,min）より低い応力で最大の未破断点の応力（σ_ｒ,max）の中間点（疲労限度）を求め、曲げ疲労強度とした。また、種々の荷重条件で試験片が破断するまで回転曲げ疲労試験を行い、繰り返し数１×１０⁴回での時間強度を算出し、低サイクル曲げ疲労強度とした。本試験においては、疲労限度（曲げ疲労強度）及び低サイクル曲げ疲労強度が、それぞれ６５０ＭＰａ及び８００ＭＰa以上の場合が、従来技術に対して優れた曲げ疲労強度及び低サイクル曲げ疲労強度を有するという点で合格である。

［工具摩耗測定（逃げ面摩耗量の測定）］
切削工具の工具摩耗を逃げ面摩耗量（μｍ）によって評価した。方法は以下の通りである。即ち、浸炭焼入れ及び焼戻し後の被削性試験片（浸炭材相当）を、表３に示す粗部材と同じ切削条件で、１本あたり１パスの切削加工を行った。複数の試験片について切削加工を繰り返し、合計の切削時間が５分となるまで切削加工した後に、切削工具の逃げ面摩耗幅を測定した。逃げ面摩耗幅の測定には、マイクロスコープを用いた。工具逃げ面が測定物台と平行になるように工具を設置し、倍率２００倍で摩耗部を観察した。この時の、摩耗部中心付近で摩耗が最大となる部分の切れ刃から摩耗先端部までの距離を測定し、逃げ面摩耗量とした。本測定においては、逃げ面摩耗量が３５μｍ以下の場合が、従来技術に対して切削加工時の工具摩耗を抑制することができるという点で合格である。

［試験結果］
以上に説明した各試験等に関する結果を表５、表６に示す。

表５及び表６から明らかなように、本発明に係る製品部材の製造方法についての各条件を満たす（即ち、粗部材の化学組成を調整することを前提に、特に、高周波焼入れ焼戻し後の焼入れ材の金属組織と、切削加工後の製品部材の金属組織及び算術平均粗さと、について改良を加えている）試験番号１〜１１、２１〜２３、２７〜２９、３９、４０、４４、４５、４８、４９、５２、５３、５６〜５８については、焼入れ材の組織、並びに、製品部材の組織及び表面の算術平均粗さＲａ、のいずれについても、優れた結果が得られていることが判る。従って、これらの試験例の製造方法によれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度、低サイクル曲げ疲労強度及び被削性に優れた製品部材を得ることができることが証明された。

これに対し、表５及び表６から明らかなように、本発明に係る製品部材の製造方法についての各条件を満たさない（即ち、粗部材の化学組成を調整、高周波焼入れ焼戻し後の焼入れ材の金属組織、切削加工後の製品部材の金属組織、及び当該製品部材の算術平均粗さの、少なくともいずれかについて改良を加えていない）試験番号１２〜２０、２４〜２６、３０〜３８、４１〜４３、４６、４７、５０、５１、５４、５５、５９〜６９については、焼入れ材の組織、製品部材の組織及び当該部材の表面の算術平均粗さＲａ、の少なくともいずれかについて、優れた結果が得られていないことが判る。従って、これらの試験例の製造方法によれば、耐摩耗性、曲げ疲労強度、低サイクル曲げ疲労強度及び被削性に優れた製品部材を得ることができるとはいえない。

１１ 塑性流動組織
１２ 中心部
２１ 摩耗試験片
２２ 試験部
２３ つかみ部
３１ 曲げ疲労試験片
４１ 大ローラ

Claims (8)

1. 質量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．６％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０６％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）を満たす化学組成を有し、
   表面から２０μｍの深さ位置での組織がマルテンサイトと残留オーステナイトとの合計の体積率で９８％以上であり、かつ、残留オーステナイトの体積率で１２％以下であり、
   表面から２００μｍ深さまでの範囲における最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）が８〜２０％であり、
   前記深さ位置での、残留オーステナイト体積率（Ｒ２）と、最大残留オーステナイト体積率（Ｒ１）から式（Ａ）によって求められる予想残留オーステナイト減少率Δγｐが４０％以上であり、
   表面に厚さ１〜１５μｍの塑性流動組織を有し、
   表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下である、
   ことを特徴とする、製品部材。
   １７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ≦２７．２ （１）
   ここで、式（１）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
   Δγｐ＝（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１×１００ （Ａ）
2. Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、請求項１に記載の製品部材。
3. Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、請求項１又は２に記載の製品部材。
4. Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、及び、Ｎｉ：３．０％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、式（１）に代えて、式（２）を満たす、請求項１から３のいずれか１項に記載の製品部材。
   １７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ＋２．８８Ｃｒ＋３．０９Ｍｏ＋２．７３Ｎｉ≦２７．２ （２）
   ここで、式（２）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
5. 請求項１に記載の製品部材の製造方法であって、
   質量％で、Ｃ：０．４〜０．７％、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．６％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０６％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００５〜０．０２５％及びＯ：０．００３％以下を含有し、かつ、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（３）を満たす化学組成を有する鋼材を加工して粗部材を得る工程と、
   前記粗部材に対して高周波焼入れ処理及び焼戻し処理を施して焼入れ材を得る工程であって、
   高周波加熱時の周波数を１０ＫＨｚ以上３００ＫＨｚ以下とし、高周波加熱時の加熱時間を１秒以上６０秒以下とし、焼戻し温度を１６０℃以上２００℃以下とし、焼戻し時間を６０分以上１８０分以下とすることで、
   前記焼入れ材において、最終形態である製品部材の表面に相当する位置から２０μｍの深さ位置に相当する基準位置での組織が、マルテンサイトと体積率で８〜２０％の残留オーステナイトとを含む組織となる工程と、
   前記焼入れ材に対して切削加工を施して製品部材を得る工程であって、
   切削工具のすくい角を−３０°超−５°以下とし、工具のノーズを０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とし、送りを０．１ｍｍ／ｒｅｖ超０．４ｍｍ／ｒｅｖ以下とし、切削速度を５０ｍ／分以上１５０ｍ／分以下とし、切り込みを０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とすることで、
   前記基準位置での組織において、残留オーステナイトの体積率が１２％以下となり、切削前の残留オーステナイト体積率（ＲＩ）と切削後の残留オーステナイトの体積率（ＲＦ）から式（Ｂ）によって求められる残留オーステナイト減少率Δγが４０％以上となり、表面の算術平均粗さＲａが０．８μｍ以下となる工程と、
   を備える、製品部材の製造方法。
   １７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ≦２７．２ （３）
   ここで、式（３）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
   Δγ＝（ＲＩ−ＲＦ）／ＲＩ×１００ （Ｂ）
6. 請求項２に記載の製品部材の製造方法であって、
   前記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．５％以下を含有する、請求項５に記載の製品部材の製造方法。
7. 請求項３に記載の製品部材の製造方法であって、
   前記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｖ及びＴｉからなる群から選択される１種以上を総含有量で０．１％以下含有する、請求項５又は６に記載の製品部材の製造方法。
8. 請求項４に記載の製品部材の製造方法であって、
   前記鋼材が、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：３．０％以下、Ｍｏ：３．０％以下、及び、Ｎｉ：３．０％以下からなる群から選択される１種以上を含有し、式（３）に代えて、式（４）を満たす、請求項５から７のいずれか１項に記載の製品部材の製造方法。
   １７．０≦２５．９Ｃ＋６．３５Ｍｎ＋２．８８Ｃｒ＋３．０９Ｍｏ＋２．７３Ｎｉ≦２７．２ （４）
   ここで、式（４）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。