机械结构用钢及高频淬火钢部件制造技术

本发明专利技术的机械结构用钢的化学成分以质量％计包含C：0.40～0.70％、Si：0.15～3.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.01％以上且低于0.50％、S：0.003～0.070％、Bi：超过0.0001％且0.0050％以下、N：0.0030～0.0075％、Al：0.003～0.100％、P：0.050％以下，根据需要包含B、Mo、Ni、Cu、Ca、Mg、Zr、Rem、Ti、Nb、V、Sb、Te、及Pb，剩余部分包含Fe及杂质，满足290×C+50×Si+430≥620及d+3σ<20，在与长度方向平行的截面中，当量圆直径低于2.0μm的MnS的存在密度为300个/mm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械结构用钢及高频淬火钢部件
本专利技术涉及机械结构用钢及高频淬火钢部件，特别是涉及汽车、建筑机械、农业机械、发电用风车、其它的产业机械等中使用的动力传递部件(例如齿轮、轴承、CVT滑轮、轴等)中使用的高频淬火钢部件及作为其原材料的机械结构用钢。本申请基于2015年10月19日在日本申请的特愿2015-205631号主张优先权，并将其内容援引于此。
技术介绍
以往，齿轮等动力传递部件大多实施表面硬化处理后使用。作为表面硬化处理的方法，采用渗碳、氮化或高频淬火。其中，“渗碳”是通过将基体(母材)显示高韧性的材料的表层进行高碳化而实现表面硬化的方法，为了提高疲劳强度(面疲劳强度)，主要应用于齿轮或汽车用的CVT或CVJ的部件等的材料。然而，渗碳处理的主流是气体气氛中的间歇处理，像例如向930℃附近的加热及数小时以上的保持那样耗费许多能量和成本。此外，在实际操作中，还存在为了渗碳材料的处理等而伴随环境的恶化这样的问题及联机化困难这样的问题。由此，为了解决这些问题，进行了用于仅通过高频淬火处理来得到所期望的强度特性的研究。原因在于，高频淬火对于缩短表面硬化处理时间、降低能量及环境的清洁化非常有利。以往，在进行渗碳而制造部件时，使用JISSCr420或SCM420等C含量为0.2％前后的所谓的表面硬化钢。使用这样的C含量低的钢材作为原材料的最大的理由是确保切削性。这些钢材虽然C含量比较低，但由于在加工成部件后，通过渗碳而表层部的C含量提高，之后通过淬火而表面硬度变高，所以可得到所期望的部件强度或面疲劳强度。另一方面，在不进行渗碳处理而通过高频淬火得到部件强度时，为了得到适当的表面硬度，需要将钢材的C含量设定为0.4％左右。然而，这种情况下，由于切削前的钢材的硬度变硬，所以切削性发生劣化。即，在通过高频淬火来制造迄今为止通过渗碳而制造的部件时，最大的课题是钢材的切削性，要求即使C含量增加而钢材变硬切削性也不会劣化的钢材。关于高频淬火处理，例如在专利文献1中公开了一种高频淬火用钢材，其中，将Si限制为0.50％以下，将Al限制为0.10％以下，在高频淬火前的金属组织中将马氏体的面积分率控制在70％以上。根据专利文献1的方法，钢材的强度显著提高。然而，在专利文献1的技术中，关于经高频淬火的部件为了得到适当的表面硬度，需要使钢材自身的C量至少含有0.35％以上，但关于切削性的提高未作任何研究。因此，对于专利文献1的高频淬火用钢材而言，加工性、尤其是切削性低。专利文献2中提出了一种切削性优异的高频淬火用钢。根据专利文献2，记载了：通过适当地控制铁素体、珠光体及贝氏体的面积率，将铁素体晶粒的平均长宽比和铁素体晶粒的粒子间距离控制在特定的范围，作为钢的化学组成需要添加特定量的Al及B，从而切削性提高。然而，对于专利文献2的钢材而言，由于铁素体的面积率少至1～5％，所以内部硬度高。内部硬度由于在高频淬火前后没有变化，所以内部硬度高是指切削加工前的硬度高、切削性低。对于这样的硬度硬的钢材而言，由于在切削时产生工具的崩刃等折损的可能性变高，能够应用的切削条件受到限制，所以有时生产率下降。此外，在专利文献3中提出了一种技术，其通过提高Al含量而使高频淬火用钢的切削性提高。专利文献3中虽然示出高频淬火用钢的切削性提高，但是由于没有进行专利技术钢的切削性与表面硬化钢的切削性的比较研究，所以是否可得到与表面硬化钢相同程度地良好的切削性并不清楚。此外，专利文献3中，由于需要将Al含量设定为超过0.100％，所以在高频加热时难以完成向奥氏体的相变，有淬火性下降的可能性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-131871号公报专利文献2：日本特开2012-219334号公报专利文献3：日本专利第4659139号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题本专利技术是鉴于上述情况而完成的，课题是提供切削性优异、并且高频淬火后的面疲劳强度优异的机械结构用钢及面疲劳强度优异的高频淬火钢部件。用于解决技术问题的手段(1)本专利技术的一方案的机械结构用钢中，化学成分以质量％计包含C：0.40～0.70％、Si：0.15～3.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.01％以上且低于0.50％、S：0.003～0.070％、Bi：超过0.0001％且0.0050％以下、N：0.0030～0.0075％、Al：0.003～0.100％、P：0.050％以下、B：0～0.0050％、Mo：0～0.20％、Ni：0～1.00％、Cu：0～1.00％、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、Zr：0～0.0050％、Rem：0～0.0050％、Ti：0～0.20％、Nb：0～0.20％、V：0～0.35％、Sb：0～0.015％、Te：0～0.20％及Pb：0～0.50％，剩余部分包含Fe及杂质，满足下述式(1a)及下述式(2a)，在与长度方向平行的截面中，当量圆直径低于2.0μm的MnS的存在密度为300个/mm2以上。290×C+50×Si+430≥620(1a)d+3σ&lt;20(2a)其中，式(1a)中的C、Si为以质量％计的含量，式(2a)中的d是当量圆直径为1.0μm以上的MnS的以单位μm计的平均当量圆直径，σ是上述当量圆直径为1.0μm以上的MnS的当量圆直径的标准偏差。(2)上述(1)所述的机械结构用钢中，上述化学成分也可以以质量％计含有选自由B：0.0003～0.0050％、Mo：0.01～0.20％、Ni：0.05～1.00％及Cu：0.05～1.00％组成的组中的1种或2种以上。(3)上述(1)或(2)所述的机械结构用钢中，上述化学成分也可以以质量％计含有选自由Ca：0.0003～0.0050％、Mg：0.0003～0.0050％、Zr：0.0003～0.0050％及Rem：0.0003～0.0050％组成的组中的1种或2种以上。(4)上述(1)～(3)中任一项所述的机械结构用钢中，上述化学成分也可以以质量％计含有选自由Ti：0.005～0.20％、Nb：0.005～0.20％及V：0.005～0.35％组成的组中的1种或2种以上。(5)上述(1)～(4)中任一项所述的机械结构用钢中，上述化学成分也可以以质量％计含有Sb：0.0003～0.015％、Te：0.0003～0.20％及Pb：0.01～0.50％中的1种或2种以上。(6)本专利技术的另一方案的高频淬火钢部件中，化学成分以质量％计包含C：0.40～0.70％、Si：0.15～3.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.01％以上且低于0.50％、S：0.003～0.070％、Bi：超过0.0001％且0.0050％以下、N：0.0030～0.0075％、Al：0.003～0.100％、P：0.050％以下、B：0～0.0050％、Mo：0～0.20％、Ni：0～1.00％、Cu：0～1.00％、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、Zr：0～0.0050％、Rem：0～0.0050％、Ti：0～0.20％、Nb：0～0.20％、V：0～0.35％、Sb：0～0.015％、Te：0～0.20％及Pb：0～0.50％，剩余部分包含Fe及杂质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械结构用钢，其特征在于，化学成分以质量％计包含：C：0.40～0.70％、Si：0.15～3.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.01％以上且低于0.50％、S：0.003～0.070％、Bi：超过0.0001％且0.0050％以下、N：0.0030～0.0075％、Al：0.003～0.100％、P：0.050％以下、B：0～0.0050％、Mo：0～0.20％、Ni：0～1.00％、Cu：0～1.00％、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、Zr：0～0.0050％、Rem：0～0.0050％、Ti：0～0.20％、Nb：0～0.20％、V：0～0.35％、Sb：0～0.015％、Te：0～0.20％、及Pb：0～0.50％，剩余部分包含Fe及杂质，满足下述式(1a)及下述式(2a)，在与长度方向平行的截面中，当量圆直径低于2.0μm的MnS的存在密度为300个/mm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.19 JP 2015-2056311.一种机械结构用钢，其特征在于，化学成分以质量％计包含：C：0.40～0.70％、Si：0.15～3.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.01％以上且低于0.50％、S：0.003～0.070％、Bi：超过0.0001％且0.0050％以下、N：0.0030～0.0075％、Al：0.003～0.100％、P：0.050％以下、B：0～0.0050％、Mo：0～0.20％、Ni：0～1.00％、Cu：0～1.00％、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、Zr：0～0.0050％、Rem：0～0.0050％、Ti：0～0.20％、Nb：0～0.20％、V：0～0.35％、Sb：0～0.015％、Te：0～0.20％、及Pb：0～0.50％，剩余部分包含Fe及杂质，满足下述式(1a)及下述式(2a)，在与长度方向平行的截面中，当量圆直径低于2.0μm的MnS的存在密度为300个/mm2以上，290×C+50×Si+430≥620(1a)d+3σ&lt;20(2a)其中，式(1a)中的C、Si为以质量％计的含量，式(2a)中的d是当量圆直径为1.0μm以上的MnS的以单位μm计的平均当量圆直径，σ是所述当量圆直径为1.0μm以上的MnS的当量圆直径的标准偏差。2.根据权利要求1所述的机械结构用钢，其特征在于，所述化学成分以质量％计含有选自由B：0.0003～0.0050％、Mo：0.01～0.20％、Ni：0.05～1.00％、及Cu：0.05～1.00％组成的组中的1种或2种以上。3.根据权利要求1或2所述的机械结构用钢，其特征在于，所述化学成分以质量％计含有选自由Ca：0.0003～0.0050％、Mg：0.0003～0.0050％、Zr：0.0003～0.0050％、及Rem：0.0003～0.0050％组成的组中的1种或2种以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的机械结构用钢，其特征在于，所述化学成分以质量％计含有选自由Ti：0.005～0.20％、Nb：0.005～0.20％、及V：0.005～0.35％组成的组中的1种或2种以上。5.根据权利要求1～4中任一项所述的机械结构用钢，其特征在于，所述化学成分以质量％计含有Sb：0.0003～0.015％、Te：0.0003～0.20％、及Pb：0....

【专利技术属性】
技术研发人员：宫西庆，志贺聪，长谷川一，水上英夫，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP