JP6775890B2 - 鍛造物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造物の製造方法に関する。

特許文献１には、車両用のベルト式無段変速機のプーリを、熱処理した浸炭鋼の鍛造（熱間鍛造）により作製することが開示されている。

特開２００６−１１８５３５号公報

プーリでは、ベルトとの接触面であるシーブ面に、高い面疲労強度が求められるため、鍛造後に浸炭処理を行って、シーブ面の面疲労強度を高めている。
さらなる面疲労強度が求められる場合には、マイクロショットピーニング処理等の追加表面処理を浸炭後に施す必要があり、コストの大幅な増加の要因となる。

近年、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が多い高ケイ素鋼（高Ｓｉ鋼）から作製した鍛造物が、高い面疲労強度を持つことに着目し、高Ｓｉ鋼の素材から自動車部品などを鍛造することが行われている。
しかし、高Ｓｉ鋼から鍛造物を作製すると、鍛造に用いられる金型（鍛造型）の摩耗が、ケイ素（Ｓｉ）を含有していない素材から鍛造物を作製する場合よりも短期間で進むため、金型の摩耗による不具合により、鍛造物の造形に支障が生じ易くなる。
そのため、高Ｓｉ鋼の素材から鍛造物を適切に作製できるようにすることが求められている。

本発明は、
Ｓｉを０．５質量％以上含有する高Ｓｉ鋼の素材を鍛造する鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られた鍛造物の浸炭処理を行う浸炭工程と、を有する鍛造物の製造方法であって、
前記鍛造工程では、前記素材の鍛造を、前記素材での酸化被膜の生成を抑制可能な１１８０℃以下、前記浸炭工程での浸炭処理温度よりも高い温度以上の範囲内で実施し、
前記素材は、前記鍛造物での粗大粒の発生を抑制するピンニング粒子を形成するＡｌを、０．０２０質量％以上、前記鍛造工程で前記素材に固溶可能な最大質量％以下含んでいるものとした。

本発明によれば、酸化被膜の生成を抑制しつつ素材の鍛造を行うので、鍛造工程で用いる金型の摩耗を好適に抑制できる。
また、アルミニウム（Ａｌ）の添加量を、０．０２０質量％以上、鍛造工程で素材に固溶可能な最大質量％以下としたことで、鍛造時に、素材に固溶せずに残存する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を生じないようにすることができる。これにより、浸炭処理時に、ピンニング粒子を適切に形成して鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を抑制できるので、浸炭処理後の鍛造物の面疲労強度及び曲げ強度を確保することができる。

実施の形態にかかる鍛造部品の製造方法で作製される固定プーリを備えるプーリを説明する図である。 固定プーリの製造過程を説明するフローチャートである。 固定プーリの鍛造に用いる鍛造型を説明する図である。 鍛造型（金型）の摩耗量と、鍛造加熱温度（鍛造温度）および素材のＳｉ含有量との関係を説明する図である。 結晶の粗大化（異常粒）が生じる浸炭処理温度と、鍛造温度およびピンニング粒子ＡｌＮを形成するＡｌの添加量との関係を説明する図である。 ピンニング粒子ＡｌＮを形成するＡｌの添加量と結晶の粗大化が生じる浸炭処理温度との関係を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施の形態にかかる鍛造物の製造方法で作製される固定プーリ２を備えるプーリ１を説明する図である。

図１に示すように、ベルト式の無段変速機のプーリ１は、固定プーリ２と、この固定プーリ２の軸部２１に外挿された可動プーリ３と、から構成されており、この状態において可動プーリ３は、軸線Ｘ周りの周方向における固定プーリ２との相対回転が規制された状態で、軸線Ｘ方向に移動可能に設けられている。

可動プーリ３は、固定プーリ２の軸部２１に外挿される円筒状の基部３１と、基部３１の外周から径方向外側に延びるシーブ部３２とを有しており、この可動プーリ３のシーブ部３２と、固定プーリ２のシーブ部２２は、軸線Ｘ方向に間隔をあけて対向している。

固定プーリ２のシーブ部２２と可動プーリ３のシーブ部３２の互いの対向面は、それぞれ軸線Ｘに対して所定角度傾斜したシーブ面２２ａ、３２ａとなっており、これらシーブ面２２ａ、３２ａの間が、ベルトＶが巻掛けられるＶ溝となっている。

ベルト式の無段変速機では、Ｖ溝の溝幅を変更してプーリ１におけるベルトＶの巻掛け半径を変更することで、所望の変速比を実現するようになっており、シーブ部２２、３２のシーブ面２２ａ、３２ａの間に、ベルトＶ（エレメント）が把持されるようになっている。

そのため、ベルトＶが摺動するシーブ部２２、３２のシーブ面２２ａ、３２ａには、高い面疲労強度が求められており、プーリ１の構成部品（固定プーリ２、可動プーリ３）を鍛造により作製する際には、鍛造により得られた構成部品（固定プーリ２、可動プーリ３）の浸炭処理を行って、シーブ面２２ａ、３２ａの面疲労強度を高めることが一般的に行われている。

以下、プーリ１の構成部品である固定プーリ２の場合を例に挙げて、高Ｓｉ鋼からなる素材４から、固定プーリ２（プーリ鍛造物）を製造する方法を説明する。
図２は、固定プーリ２の製造過程を説明するフローチャートである。
図３は、固定プーリ２の鍛造に用いる鍛造型６と、この鍛造型６を用いた素材４からの固定プーリ２の亜熱間鍛造を説明する図である。

実施の形態にかかる固定プーリ２は、高Ｓｉ鋼の円柱形状の素材４から、亜熱間鍛造により固定プーリ２（プーリ鍛造物）を造形したのち、造形した固定プーリ２の浸炭処理を行って、固定プーリ２の強度、特にシーブ面２２ａの面疲労強度を高めることで、作製される。

具体的には、図２に示すように固定プーリ２の製造過程には、
（１）亜熱間鍛造のために素材４を加熱する工程（ステップＳ１０１）と、
（２）素材４の亜熱間鍛造により、軸部２１とシーブ部２２とを有する固定プーリ２（プーリ鍛造物）を造形する工程（ステップＳ１０２）と、
（３）プーリ鍛造物を焼鈍する工程（ステップＳ１０３）と、
（４）焼鈍後のプーリ鍛造物を生加工する工程（ステップＳ１０４）と、
（５）生加工後のプーリ鍛造物の浸炭処理を行う工程（ステップＳ１０５）と、が含まれている。

図３に示すように、亜熱間鍛造に用いられる素材４は、高Ｓｉ鋼で形成された円柱形状の素材である。
ここで、本明細書における用語「高Ｓｉ鋼」は、Ｓｉ（ケイ素）の含有量が０．５質量％以上である鉄系の鋼材を意味しており、好ましくは、Ｓｉ（ケイ素）の含有量が、０．５質量％以上、１．２質量％以下の範囲内にある鉄系の鋼材である。なお、質量％は、素材４の総質量に対する割合を百分率で示したものである。

高Ｓｉ鋼は、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を防止するために、アルミニウム系のピンニング粒子（例えば、窒化アルミニウム：ＡｌＮ）を含んでいる。
実施の形態では、素材４を構成する鉄（Ｆｅ）の溶湯にアルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ２）を添加することで、溶湯が固化して固体状の素材４となる過程で、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が第２相粒子として析出するようになっている。
ここで、実施の形態では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのＡｌの添加量が、０．０２０質量％以上、０．０４２質量％以下、より好ましくは、０．０２０質量％以上、０．０３４質量％以下である高Ｓｉ鋼で素材４を形成している。
なお、実施の形態にかかる素材４は、Ｎｂ（Ｃ、Ｎ）のような、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を防止するための他の添加剤を含んでない。
実施の形態では、アルミニウム系の添加剤よりも高価な添加剤であるＮｂ（Ｃ、Ｎ）が含まれていなくても、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を阻止できるからである。

ステップＳ１０１では、高周波誘導加熱などの一般的な加熱方法を用いて、亜熱間鍛造（ステップＳ１０２）での鍛造温度（亜熱間鍛造温度）まで素材４を加熱する。

ステップＳ１０２では、同軸（軸線Ｘ）上で対向配置された可動型６１と固定型６２とから構成される鍛造型６を用いて、ステップＳ１０１で加熱された素材４に対する亜熱間鍛造が実施される（図３参照）。ここで、鍛造型６は、耐摩耗性のある材料、例えばハイス鋼で形成されている。

このステップＳ１０２では、加熱された円柱形状の素材４を、固定型６２において軸線Ｘに沿わせた向きで支持させたのち、可動型６１を軸線Ｘに沿って固定型６２側に移動させて、固定型６２と可動型６１との間で素材４を塑性変形させる。
これにより、軸部２１の長手方向の一端側にシーブ部２２を備える鍛造物であって、最終的に固定プーリ２となる鍛造物（プーリ鍛造物）が造形されることになる。

そして、ステップＳ１０２の鍛造型６を用いたプーリ鍛造物の造形が完了すると、高温のプーリ鍛造物を冷却する焼鈍工程（ステップＳ１０３）を行って、プーリ鍛造物の焼鈍（焼き鈍し）を実施する。
続くステップＳ１０４では、焼鈍後のプーリ鍛造物に対する切削加工（生加工）により、バリなどが除去された最終形状の固定プーリ２が作製される。

そして、ステップＳ１０５では、浸炭炉を用いた固定プーリの浸炭処理が、後記する異常粒発生温度未満、かつ窒化アルミニウム（ＡＩＮ）の溶解温度未満で実施されることになる。

ここで、本明細書における用語「亜熱間鍛造」は、自動車部品を熱間鍛造で作製する際の一般的な温度（例えば、１２００℃以上の温度：以下の説明においては「一般的な熱間鍛造温度」とも標記する）よりも低い温度で、鍛造することを意味している。

本願発明者は、高Ｓｉ鋼からなる素材４の熱間鍛造により鍛造物を作製すると、ケイ素（Ｓｉ）を含有していない素材から鍛造物を作製する場合よりも、鍛造に用いられる鍛造型６の摩耗が短期間で進む点に着目し、摩耗が短期間で進む原因を鋭意検討した。
その結果、（ａ）鍛造前の素材の加熱を一般的な熱間鍛造温度で行うと、３元酸化物（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ）の被膜が素材の表面に形成されること、（ｂ）この３元酸化物の被膜が非常に硬いために、熱間鍛造を行う際に、鍛造型６の素材４と接する部分が摩耗すること、を見いだした。

そして、鍛造型６の摩耗量と、鍛造温度（素材４の加熱温度に相当）および高Ｓｉ鋼におけるＳｉ（ケイ素）含有量との関係を確認したところ、図４のような結果が得られた。

すなわち、（ａ）一般的な熱間鍛造温度（例えば、１２００℃）では、Ｓｉ（ケイ素）の含有量が多いほど、鍛造型６の摩耗量が多くなる（３元酸化物の生成量が多くなる）こと、（ｂ）鍛造温度が、一般的な熱間鍛造温度（例えば、１２００℃）から低くなるほど、鍛造型６の摩耗量が少なくなる（３元酸化物の生成量が少なくなる）こと、（ｃ）１１００℃未満では、Ｓｉ（ケイ素）含有量の鍛造型６の摩耗（３元酸化物の生成）への影響に、違いがなくなること、を見いだした。

そして、高Ｓｉ鋼の場合、一般的な熱間鍛造温度（例えば、１２００℃）よりも低い温度で鍛造を行うと、Ｓｉ（ケイ素）の含有量の影響を抑えつつ、鍛造型６の摩耗量（３元酸化物の生成量）を少なくでき、１１００℃よりも低い温度で鍛造を行うと、Ｓｉ（ケイ素）の含有量に関係なく鍛造型６の摩耗量が略一定となるという結論に至った。
実施の形態では、Ｓｉ（ケイ素）含有量の違いによる影響が小さい１１８０℃を、熱間鍛造温度の上限として採用している。

しかし、素材４の鍛造を、一般的な熱間鍛造温度よりも低い温度であって、鍛造型６の摩耗量が少なくなる（３元酸化物の生成量が少なくなる）温度で行うと、得られた鍛造物（固定プーリ２）の面疲労強度、及び軸付け根部等の曲げ強度が低下する。
この面疲労強度及び曲げ強度の低下の原因を鋭意検討したところ、面疲労強度及び曲げ強度の低下が、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化に起因するものであることを見いだした。

そこで、本願発明者は、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化の一因として、鍛造時の鍛造温度に着目し、鍛造温度と、結晶粒の粗大化が生じる浸炭処理温度（異常粒発生温度）との関係を確認したところ、図５のような結果が得られた。

すなわち、一般的な熱間鍛造温度（例えば、１２５０℃から１２６０℃）で鍛造したプーリ鍛造物の場合、結晶粒の粗大化が生じる浸炭温度（異常粒発生温度）が、１０３０℃以上であるのに対し、一般的な熱間鍛造温度よりも低い亜熱間鍛造温度（１１５０℃から１２００℃）で鍛造（亜熱間鍛造）したプーリ鍛造物の場合、結晶粒の粗大化が生じる浸炭温度（異常粒発生温度）が、最大で１０１０℃付近まで低下してしまうことが確認された。

すなわち、亜熱間鍛造温度で鍛造された鍛造物における浸炭処理時の異常粒発生温度は、一般的な熱間鍛造温度で鍛造された鍛造物における浸炭処理時の異常粒発生温度よりも低いので、面疲労強度及び曲げ強度を低下させないためには、亜熱間鍛造で作製された鍛造物の浸炭処理を、一般的な熱間鍛造で作製された鍛造物の浸炭処理温度よりも低い温度で行う必要があることが確認された。
しかし、浸炭処理を低い温度で行うと、浸炭処理時間が長くなるため、プーリ鍛造物（固定プーリ２、可動プーリ３）の生産性が低下してしまう。

そこで、本願出願人は、亜熱間鍛造温度で鍛造された鍛造物の異常粒発生温度が低くなる原因を、亜熱間鍛造で得られた素材４について検討したところ、
（ａ）素材４におけるアルミニウム（Ａｌ）の添加量が多くなると、亜熱間鍛造時に固溶せずに残る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の量が多くなること、（ｂ）固溶せずに残った窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が、亜熱間鍛造後の焼鈍工程（図２、ステップＳ１０３）の際に核となって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の析出物が成長し、高Ｓｉ鋼からなる鍛造物の内部に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粒が均等に分散しないこと、を見いだした。

ここで、アルミニウム（Ａｌ）は、高Ｓｉ鋼の結晶中に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成して鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を防ぐために添加されている。そして、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するために添加されるアルミニウム（Ａｌ）は、素材４の総質量に占める割合が、０．０３４質量％以上であると、浸炭処理時の結晶粒の粗大化を抑制できることが知られている。
これは、高Ｓｉ鋼からなる造形物の内部に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の微細な粒が均等に分散していると、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化が、均等に分散する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に阻止されるためであり、従来、アルミニウム（Ａｌ）の添加量が多くなるほど、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の析出量が多くなり、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を抑制する効果（いわゆる、ピン止め効果）が大きくなると考えられていた。

本願出願人は、固溶せずに残る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の量を、一般的な熱間鍛造温度の場合と、亜熱間鍛造温度の場合とで比較したところ、一般的な熱間鍛造温度よりも低い亜熱間鍛造温度のほうが、固溶せずに残る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の量が多くなることを確認した。
そこで、素材４の亜熱間鍛造時に固溶せずに残る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を減らすために、アルミニウム（Ａｌ）の添加量と、浸炭処理時の異常粒発生温度との関係を、亜熱間鍛造で得られた鍛造物で確認したところ、図６のような結果が得られた。

すなわち、（ａ）亜熱間鍛造温度で得られた鍛造物の場合、一般的な熱間鍛造で必要とされていたアルミニウム（Ａｌ）の添加量（０．０３４質量％）よりも添加量が少ない側に、異常粒発生温度が最も高くなる最適添加量が存在することを見いだした。
そして、素材４におけるアルミニウム（Ａｌ）の添加量であって、亜熱間鍛造で得られた鍛造物の浸炭処理において異常粒を発生させないために必要となる添加量は、一般的な熱間鍛造温度で得られた鍛造物の浸炭処理おいて異常粒を発生させないために必要とされていた最小の添加量（０．０３４質量％）未満でも、異常粒の発生を抑制できるという結論に至った。

そのため、実施の形態では、異常粒発生温度が最も高くなるアルミニウム（Ａｌ）の最適添加量（０．０３０質量％）を基準として、異常粒発生温度が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の溶解温度（９９０℃）以上となる範囲に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の添加量の上限と下限を設定している。

具体的には、図６に示すように、異常粒発生温度が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の溶解温度（９９０℃）以上となる範囲の上限と下限、すなわち０．０２０質量％と、０．０４２質量％を、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の添加量の上限と下限としている。

なお、アルミニウム（Ａｌ）の添加量の上限は、少なくとも形成される窒化アルミニウム（ＡＩＮ）の総てが、亜熱間鍛造工程で素材４に固溶可能な最大質量％であれば良いが、アルミニウム（Ａｌ）は高価な添加剤であるため、添加量の上限を、従来、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を防ぐために必要と考えられていた従来の最小添加量（０．０３４質量％）未満として、従来よりも鍛造物の作製コストが低くなるようにすることが好ましい。

このように、本願出願人は、高Ｓｉ鋼からなる素材４の鍛造温度が、鍛造型６の摩耗と、浸炭処理時の異常粒発生温度（浸炭温度）の両方に影響を及ぼすことを見いだした。
そして、鍛造型６の摩耗を抑制するために、亜熱間鍛造（ステップＳ１０２）での鍛造温度の上限を、一般的な熱間鍛造温度の下限温度（１２００℃）よりも低い温度１１８０℃以下に設定している。さらに、亜熱間鍛造（ステップＳ１０２）での鍛造温度の下限を、亜熱間鍛造で得られた鍛造物における浸炭処理時の異常粒発生温度が、一般的な熱間鍛造で得られた鍛造物における浸炭処理時の異常粒発生温度に比べて、低くなりすぎない温度であって、浸炭処理時の温度よりも高い温度（１０５０℃）以上に設定している。

さらに、本願出願人は、図５に示すように、高Ｓｉ鋼からなる素材４に対するアルミニウム（Ａｌ）の添加量に応じて異常粒発生温度が変化し、図６に示すように、亜熱間鍛造の場合、一般的な熱間鍛造で必要とされていた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の添加量０．０３４質量％よりも添加量が少ない側に、異常粒発生温度が最も高くなる最適添加量が存在することを見いだした。
そして、アルミニウム（Ａｌ）の添加量を、０．０２０質量％以上、０．０４２質量％以下に設定して、亜熱間鍛造で得られた鍛造物における浸炭処理時の異常粒発生温度が、一般的な熱間鍛造で得られた鍛造物における浸炭処理時の異常粒発生温度に近づくようにした。

これにより、鍛造物において鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を生じさせない範囲で、鍛造物の浸炭処理温度を高くして、浸炭処理に要する時間が可能な限り短くなるようにした。
なお、浸炭処理を減圧環境下で行うことで浸炭処理時間を短縮して、一般的な熱間鍛造で得られた鍛造物の場合の浸炭処理時間との差が小さくなるようにしても良い。

さらに、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の添加量を、０．０２０質量％以上、浸炭処理時の結晶粒の粗大化の抑制に必要であると考えられている最小量、すなわち０．０３４質量％未満に設定した。
これにより、高Ｓｉ鋼からなる素材４に添加するアルミニウム（Ａｌ）の量を、従来必要とされていた量よりも少なくしつつ、素材４の亜熱間鍛造により得られた鍛造物において、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を好適に抑制できる。
よって、アルミニウム（Ａｌ）の添加量が少なくなった分だけ、鍛造物（固定プーリ２）の作製コストの低減が可能になった。

以上の通り、実施の形態では
（１）鍛造型６を用いて、ケイ素（Ｓｉ）を０．５質量％以上、１．２質量％以下含有する高Ｓｉ鋼の素材４の鍛造を実施する鍛造工程（ステップＳ１０２）と、
鍛造工程で得られた鍛造物の浸炭処理を行う浸炭工程（ステップＳ１０５）と、を有する固定プーリ２（鍛造物）の製造方法であって、
鍛造工程では、円柱形状の素材４の熱間鍛造を、加熱による素材４での３元酸化物（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ）の被膜（酸化被膜）の生成を抑制可能な１１８０℃以下、浸炭工程での浸炭処理温度の上限温度９９０℃よりも高い温度（１０５０℃）以上の範囲内で実施し、
素材４は、鍛造物での鉄（Ｆｅ）の粗大粒の発生を抑制する窒化アルミニウム（ピンニング粒子）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）を、０．０２０質量％以上、鍛造工程で素材４に固溶可能な最大質量％以下含んでいるものとした。

本願発明者は、高Ｓｉ鋼からなる素材４の熱間鍛造により鍛造物を作製すると、鍛造型６の摩耗が短期間で進む原因を鋭意検討した結果、（ａ）鍛造前の素材の加熱を一般的な熱間鍛造温度で行うと、３元酸化物（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ）の被膜が素材の表面に形成されること、（ｂ）この３元酸化物の被膜が非常に硬いために、熱間鍛造を行う際に、鍛造型６の素材と接する部分が摩耗すること、を見いだした。
そのため、素材４の鍛造を、一般的な熱間鍛造温度よりも低い温度（１１８０℃）以下、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の固溶に必要な温度よりも高い温度（１０５０℃）以上の範囲内で行うことで、３元酸化物（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｏ）の被膜を抑制しつつ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を固溶させて鍛造物を造形するようにしたので、鍛造型６の摩耗の抑制が可能となった。
これにより、高Ｓｉ鋼を用いた鍛造部品を、鍛造型の寿命を低下させることなく製造することができるので、摩耗対策を鍛造型に施すことなく、高強度部品（例えば、プーリ）の製造が可能になる。

さらに、本願発明者は、亜熱間鍛造温度で鍛造された鍛造物の異常粒発生温度が低くなる原因を検討した結果、（ａ）亜熱間鍛造時に、固溶せずに残る窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の量が多くなり、固溶せずに残った窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が、亜熱間鍛造後の焼鈍工程（図２、ステップＳ１０３）の際に核となって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の析出物が成長し、高Ｓｉ鋼からなる鍛造物の内部に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粒が均等に分散しないために、浸炭処理時に、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を抑制する効果（いわゆる、ピン止め効果）が発揮されないこと、を見いだした。
そのため、鍛造物での鉄（Ｆｅ）の粗大粒の発生を抑制するために添加されるアルミニウム（Ａｌ）の上限を、１１８０℃以下１０５０℃以上の温度範囲内で素材４の鍛造を行う際に素材４に固溶できる最大量に設定して、亜熱間鍛造時に、素材４に固溶せずに残存する窒化アルミニウムが生じないようにしたことで、焼鈍工程（図２、ステップＳ１０３）の際に核となって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の析出物が成長しないようにした。
これにより、高Ｓｉ鋼からなる鍛造物の内部に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粒が均等に分散して、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を適切に抑制できることになり、結晶粒の粗大化に起因する鍛造物（固定プーリ２及び可動プーリ３）の強度低下を好適に防止できるものとなった。

（２）窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するアルミニウム（Ａｌ）の最大質量％は、０．０３４質量％である構成とした。

本願発明者は、アルミニウム（Ａｌ）の添加量を鋭意検討した結果、（ａ）亜熱間鍛造温度で得られた鍛造物の場合、一般的な熱間鍛造で必要とされていた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の添加量（０．０３４質量％）よりも添加量が少ない側に、異常粒発生温度が最も高くなる最適添加量が存在することを見いだした。
そして、素材４における窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の添加量であって、亜熱間鍛造で得られた鍛造物の浸炭処理において異常粒を発生させないために必要となる添加量は、一般的な熱間鍛造温度で得られた鍛造物の浸炭処理において異常粒を発生させないために必要とされていた最小の添加量（０．０３４質量％）未満でも、異常粒の発生を抑制できるという結論に至った。
そのため、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するためのアルミニウム（Ａｌ）の最大質量％を０．０３４質量％とすることで、一般的な熱間鍛造（１２００℃以上の温度での熱間鍛造）で必要とされていた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を形成するアルミニウム（Ａｌ）の添加量０．０４質量％よりも、添加量が少なくなるので、高価なアルミニウム（Ａｌ）の添加量が少なくなった分だけ、鍛造物（固定プーリ２及び可動プーリ３）の作製コストの低減が可能になる。
また、アルミニウム系の添加剤よりも高価な添加剤であるＮｂが含まれていなくても、浸炭処理時の鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を阻止できるので、鍛造物（固定プーリ２及び可動プーリ３）の一層の作製コスト（鋼材コスト）の低減が期待できる。

（３）浸炭処理の温度の上限は、窒化アルミニウムの（ＡｌＮ）溶解温度９９０℃未満である構成とした。

浸炭処理時に、高Ｓｉ鋼からなる鍛造物の内部に分散した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粒が溶解すると、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を抑制できなくなるので、浸炭処理の温度の上限は、窒化アルミニウムの（ＡｌＮ）溶解温度９９０℃未満とすることで、鉄（Ｆｅ）の結晶粒の粗大化を適切に抑制できる。
また、鉄（Ｆｅ）の粗大粒の発生を抑制するために浸炭処理温度を下げる必要が無いので、高Ｓｉ鋼を採用したことによる処理時間の増加と、これに伴う処理コストの増加を好適に防止出来る。

前記した実施の形態では、プーリ１における固定プーリ２の場合を例に挙げて説明したが、本願発明に係る鍛造物の製造方法は、可動プーリ３の鍛造にも適用可能である。
また、鍛造物の浸炭処理を、常圧で行う場合を例示したが、減圧下で行う真空浸炭処理であってもよい。

１ プーリ
２ 固定プーリ
３ 可動プーリ
４ 素材
６ 鍛造型
２１ 軸部
２２ シーブ部
２２ａ シーブ面
３１ 基部
３２ シーブ部
６１ 可動型
６２ 固定型
Ｖ ベルト
Ｘ 軸線

Claims (5)

1. Ｓｉを０．５質量％以上含有する高Ｓｉ鋼の素材を鍛造する鍛造工程と、
   前記鍛造工程で得られた鍛造物の浸炭処理を行う浸炭工程と、を有する鍛造物の製造方法であって、
   前記鍛造工程では、前記素材の鍛造を、加熱による前記素材での酸化被膜の生成を抑制可能な１１８０℃以下、前記浸炭工程での浸炭処理温度よりも高い温度以上の範囲内で実施し、
   前記素材は、前記鍛造物での粗大粒の発生を抑制するピンニング粒子を形成するＡｌを、０．０２０質量％以上、前記鍛造工程で前記素材に固溶可能な最大質量％以下含んでいることを特徴とする鍛造物の製造方法。
2. 前記素材は、Ｎｂを含まないことを特徴とする鍛造物の製造方法。
3. 前記Ａｌの前記最大質量％を、０．０３４質量％としたことを特徴とする請求項１または２に記載の鍛造物の製造方法。
4. 前記ピンニング粒子は、窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鍛造物の製造方法。
5. 前記浸炭処理は、前記窒化アルミニウムの溶解温度未満の温度で実施されることを特徴とする請求項４に記載の鍛造物の製造方法。

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