表面硬化钢及其制造方法以及齿轮部件的制造方法技术

本申请提供一种表面硬化钢及其制造方法，该表面硬化钢适合作为用于以较低成本制作具有高旋转弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的机械结构用部件的原材料。本发明专利技术涉及一种表面硬化钢，其特征在于，其具有下述成分组成：以质量％计在特定的关系下包含C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Al、N和O，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，进而其满足√I≤80(其中，I表示在对表面硬化钢实施渗碳淬火和回火、之后进行旋转弯曲疲劳试验后的断面中位于鱼眼中心部的氧化物系夹杂物的面积(μm

Surface Hardened Steel and Its Manufacturing Method and Manufacturing Method of Gear Parts

The present application provides a surface hardening steel and a manufacturing method thereof, which is suitable for use as raw material for manufacturing mechanical structural components with high rotary bending fatigue strength and contact fatigue strength at a lower cost. The present invention relates to a surface hardening steel, which is characterized by the following components: C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Al, N and O are included in a specific relationship by mass percent, and the remaining part is composed of Fe and inevitable impurities, thus satisfying I < 80 (where I means carburizing, quenching and tempering of surface hardening steel, followed by rotating bending fatigue test). The area of oxide inclusions (micron) in the center of the fish eye in the posterior section

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面硬化钢及其制造方法以及齿轮部件的制造方法
本专利技术涉及作为汽车或各种工业机械等的机械结构用部件的原材料使用的表面硬化钢及其制造方法、以及齿轮部件的制造方法。特别是，涉及适合作为具有高旋转弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的机械结构用部件的原材料的表面硬化钢及其制造方法。
技术介绍
对于机械结构用部件、例如汽车等的驱动传动部件中使用的齿轮而言，近年来，伴随着节能带来的车身重量的减轻，要求其小型化；另一方面，由于发动机的高输出化而使负荷增加，因此耐久性的提高成为问题。通常，齿轮的耐久性由齿根的旋转弯曲疲劳断裂和齿面的接触疲劳断裂决定，因此，迄今为止，为了提高旋转弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，提出了旨在通过添加微量元素来控制夹杂物的形态或抑制渗碳异常层的产生、或者赋予了抗回火软化性、即抑制由回火引起的硬度降低的各种渗碳表面硬化钢。例如，专利文献1中公开了下述方法：将钢中的Si降低至小于0.15％并控制Mn、Cr、Mo和Ni的量，由此减少渗碳热处理后的表层的晶界氧化层、减少龟裂的产生，并且通过抑制不完全淬火层的生成，抑制表面硬度的降低、提高疲劳强度，进而添加Ca而控制促进龟裂产生和扩展的MnS的延伸。专利文献2中公开了下述方法：使用添加有0.25％以上1.50％以下的Si的钢材作为原材料来提高抗回火软化性。专利文献3中公开了下述方法：将有助于回火软化阻力提高的Si、Mn和Cr的量设定为特定值以上，并且在钢材的表层形成由该元素构成的合金缺乏层，由此即使增加Si的量，也可抑制气体渗碳性的降低，提高接触疲劳强度。专利文献4中公开了下述方法：将由渗碳淬火后的芯部硬度、有效硬化层深度、和破损部位的半径或壁厚的一半求出的投影芯部硬度设定为特定值以上，由此延迟低周疲劳时的微小龟裂的产生。专利文献5中公开了下述方法：将渗碳处理时或碳氮共渗处理时的表面的碳量和氮量控制为特定范围内，在表层部促进微细的碳化物的生成，并且使表层部的残余奥氏体量为适当量，由此可在确保高疲劳强度的同时减少接触面的剥离、即提高抗点蚀性。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公平7-122118号公报专利文献2：日本专利第2945714号公报专利文献3：日本专利第5099276号公报专利文献4：日本专利第5505263号公报专利文献5：日本特开平7-188895号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，上述专利文献1～5中记载的专利技术均存在以下问题。首先，在专利文献1中，若使Si降低至小于0.15％则晶界氧化层和不完全淬火层减少，因此能够抑制齿轮的齿根处的旋转弯曲疲劳导致的龟裂产生。但是，相反地，回火软化阻力降低，断裂的产生从齿根移动到齿面侧，其结果，无法抑制齿面处的摩擦热导致的回火软化，表面发生软化，因此容易产生齿面的剥离损伤、即点蚀，接触疲劳强度降低成为问题。在专利文献2中，为了提高回火软化阻力而添加了Si，但由于Si的添加，在通常的气体渗碳中更多地形成了晶界氧化层，该晶界氧化层成为疲劳起点而使旋转弯曲疲劳强度降低。因此，不得不将渗碳处理限定为不形成晶界氧化层的等离子渗碳或真空渗碳。但是，这些特殊的渗碳处理存在制造成本高的缺点，不适合工业规模的批量生产。在专利文献3中，通过Si、Mn和Cr的添加而使回火软化阻力提高。但是，大幅降低Ms点的Mn、Cr量多的情况下，渗碳淬火后的残余奥氏体量增加，表层硬度降低，由此接触疲劳强度和旋转弯曲疲劳强度降低成为问题。在专利文献4中，通过使投影芯部硬度为特定值以上，可以得到优异的低周疲劳特性。但是，根据Si、Mn、Cr和Mo添加量的平衡，有时无法得到充分的回火软化阻力，其结果，存在接触疲劳强度降低的问题。另外，在专利文献5中，昂贵的V是必要含有元素，并且，还允许大量添加昂贵的Mo，会导致制造成本的大幅增加。此外，这些元素会使碳氮化物的析出增加，担心会在连续铸造时产生裂纹。因此，鉴于上述课题，本专利技术的目的在于提供一种表面硬化钢及其制造方法，该表面硬化钢适合作为用于以较低成本制作具有高旋转弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的机械结构用部件的原材料。用于解决课题的手段本专利技术人为了解决上述课题，对于成分、渗碳后各种特性和夹杂物对渗碳淬火/回火后的疲劳特性产生的影响进行了深入的研究。其结果，发现了下述(A)～(C)的事项。(A)只要通过增加钢材中的Si、Mn、Cr和Mo的量，提高回火软化阻力，从而抑制例如形成齿轮时的接触面的发热导致的软化，就能够抑制齿轮驱动时发生的齿面的龟裂产生。(B)关于会成为弯曲疲劳和疲劳龟裂的起点的晶界氧化层，通过添加特定量以上的Si、Mn、Cr和Mo，晶界氧化层的生长方向从深度方向变化为表面的密度增加方向。因此，成为起点的在深度方向生长的氧化层消失，所以难以成为弯曲疲劳和疲劳龟裂的起点。(C)如上述(A)和(B)中所述，Si、Mn、Cr和Mo对于回火软化阻力的提高和晶界氧化层的控制是有效的；另一方面，若过量添加，则残余奥氏体量增多，会促进疲劳龟裂的生成。因此，关于Si、Mn、Cr和Mo，需要严格控制其含量。本专利技术的主旨构成如下所述。[1]一种表面硬化钢，其特征在于，其具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述(1)式和(2)式的范围的条件下包含C：0.15％以上0.30％以下、Si：0.80％以上2.00％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.003％以上0.030％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Cr：1.00％以上且小于1.80％、Mo：0.03％以上0.30％以下、Al：0.020％以上0.060％以下、N：0.0060％以上0.0300％以下和O：0.0003％以上0.0025％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，进而，其满足下述(3)式。记[％Si]+([％Mn]+[％Cr]+[％Mo])/3≥1.5…(1)180-45[％Mn]-14[％Cr]-51[％Mo]+5[％Si]≥125…(2)√I≤80…(3)其中，[％M]表示M元素的含量(质量％)，I表示在对上述表面硬化钢实施渗碳淬火和回火、之后进行旋转弯曲疲劳试验后的断面中位于鱼眼中心部的氧化物系夹杂物的面积(μm2)。[2]如上述[1]所述的表面硬化钢，其中，上述成分组成以质量％计进一步包含选自Nb：0.050％以下、Ti：小于0.025％和Sb：0.035％以下之中的一种以上。[3]如上述[1]或[2]所述的表面硬化钢，其中，上述成分组成以质量％计进一步包含选自Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和V：0.050％以下之中的一种以上。[4]如上述[1]～[3]中任一项所述的表面硬化钢，其中，上述成分组成以质量％计进一步包含选自Ca：0.0050％以下、Sn：0.50％以下、Se：0.30％以下、Ta：0.10％以下、Hf：0.10％以下之中的一种以上。[5]一种表面硬化钢的制造方法，其特征在于，对于下述钢的铸片，以满足下述(4)式的截面缩小率实施基于热锻和/或热轧的热加工，得到作为棒钢或线材的表面硬化钢，上述钢的铸片具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述(1)式和(2)式的范围的条件下包含C：0.15％以上0.30％以下、Si：0.80％以上2.00％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.003％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面硬化钢，其特征在于，其具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述(1)式和(2)式的范围的条件下包含C：0.15％以上0.30％以下、Si：0.80％以上2.00％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.003％以上0.030％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Cr：1.00％以上且小于1.80％、Mo：0.03％以上0.30％以下、Al：0.020％以上0.060％以下、N：0.0060％以上0.0300％以下和O：0.0003％以上0.0025％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，进而，其满足下述(3)式，记[％Si]+([％Mn]+[％Cr]+[％Mo])/3≥1.5…(1)180‑45[％Mn]‑14[％Cr]‑51[％Mo]+5[％Si]≥125…(2)√I≤80…(3)其中，[％M]表示M元素的含量，单位为质量％；I表示在对所述表面硬化钢实施渗碳淬火和回火、之后进行旋转弯曲疲劳试验后的断面中位于鱼眼中心部的氧化物系夹杂物的面积，单位为μm2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.31 JP 2016-109532;2016.09.09 JP 2016-176921.一种表面硬化钢，其特征在于，其具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述(1)式和(2)式的范围的条件下包含C：0.15％以上0.30％以下、Si：0.80％以上2.00％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.003％以上0.030％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Cr：1.00％以上且小于1.80％、Mo：0.03％以上0.30％以下、Al：0.020％以上0.060％以下、N：0.0060％以上0.0300％以下和O：0.0003％以上0.0025％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，进而，其满足下述(3)式，记[％Si]+([％Mn]+[％Cr]+[％Mo])/3≥1.5…(1)180-45[％Mn]-14[％Cr]-51[％Mo]+5[％Si]≥125…(2)√I≤80…(3)其中，[％M]表示M元素的含量，单位为质量％；I表示在对所述表面硬化钢实施渗碳淬火和回火、之后进行旋转弯曲疲劳试验后的断面中位于鱼眼中心部的氧化物系夹杂物的面积，单位为μm2。2.如权利要求1所述的表面硬化钢，其中，所述成分组成以质量％计进一步包含选自Nb：0.050％以下、Ti：小于0.025％和Sb：0.035％以下之中的一种以上。3.如权利要求1或2所述的表面硬化钢，其中，所述成分组成以质量％计进一步包含选自Cu：1.0％以下、Ni：1.0％以下和V：0.050％以下之中的一种以上。4.如权利要求1～3中任一项所述的表面硬化钢，其中，所述成分组成以质量％计进一步包含选自Ca：0.0050％以下、Sn：0.50％以下、Se：0.30％以下、Ta：0.10％以下、Hf：0.10％以下之中的一种以上。5.一种表面硬化钢的制造方法，其特征在于，对于下述钢的铸片，以满足下述(4)式的截面缩小率实施基于热锻和/或热轧的热加工，得到作为棒钢或线材的表面硬化钢，所述钢的铸片具有下述成分组...

【专利技术属性】
技术研发人员：安藤佳祐，岩本隆，富田邦和，长谷和邦，西村公宏，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP