转向齿杆用轧制圆钢材和转向齿杆制造技术

本发明专利技术提供即便不进行调质处理也具有高的母材韧性和在径向中心部的长度方向加工深孔所需的良好的切削性的转向齿杆用轧制圆钢材。转向齿杆用轧制圆钢材具有C：0.38～0.55％、Si≤1.0％、Mn：0.20～2.0％、S：0.005～0.10％、Cr：0.01～2.0％、Al：0.003～0.10％和N：0.003～0.03％、余量由Fe和杂质组成、杂质中的P≤0.030％的化学组成，显微组织含有铁素体(F)、层状珠光体(LP)和渗碳体(C)，在垂直于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的F的平均粒径≤10μm、LP的面积率＜20％、C中的球状渗碳体(SC)的个数≥4×105个/mm2，此外中心部的LP的面积率≥20％、SC的个数＜4×105个/mm2，在穿过该圆钢材的中心线并平行于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的F的平均长径比≥3。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】转向齿杆用轧制圆钢材和转向齿杆
本专利技术涉及转向齿杆用轧制圆钢材(以下，有时称为“齿杆用轧制圆钢材”)和转向齿杆(以下，有时称为“齿杆”)。需要说明的是，上述的“轧制圆钢材”是指，通过轧制将截面的形状加工成圆形的钢材。
技术介绍
汽车部件之中，转向装置所用的齿杆是操控汽车的行驶方向并且具有连接左右两个轮的骨架作用的重要部件，其破损时，方向盘将无法操作。因此，要求齿杆所用的钢材有高的可靠性。齿杆以往如下制造得到，对中碳钢的轧制圆钢材进行淬火回火的调质处理，根据需要进行拉拔加工，通过切削加工进行开孔和切齿(齿形部的形成)，对该齿形部进行高频淬火和回火。因此，对于齿杆来说要求即便施加过大的负荷时也不会达到高频淬火层中产生的龟裂加剧致使母材断裂的程度。此外，齿杆要在径向中心部的长度方向实施深孔加工。因此，为了兼顾制造性和部件特性，要求作为齿杆的原材料使用的圆钢材有深孔加工时的良好的切削性以及阻止所产生的龟裂加剧的优异的母材冲击特性(母材韧性)。作为这样的齿杆所用的钢材，本专利技术人等提出例如如下的钢材。专利文献1中提出了如下的高频淬火用轧制钢材，其特征在于，具有如下的化学成分：以质量％计，C：0.38～0.55％、Si：1.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.020％以下、S：0.10％以下、Cr：0.10～2.0％、Al：0.10％以下和N：0.004～0.03％、以及余量由Fe和杂质组成，式[fn1＝C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V-(5/7)S](其中，式中的C、Si、Mn、Cr、V和S表示各个元素的以质量％计的含量)所示的fn1的值为1.20以下；显微组织含有铁素体、层状珠光体和球状渗碳体，铁素体的平均晶体粒径为10μm以下，层状珠光体中的层的间隔为200nm以下的层状珠光体在显微组织中所占的面积比例为20～50％以及球状渗碳体的个数为4×105个/mm2以上。另外，该高频淬火用轧制钢材可以进一步含有选自Cu、Ni、Mo、Ti、Nb和V中的1种以上。专利文献2中提出如下的高频淬火用轧制钢材，其特征在于，具有如下的化学成分：以质量％计，C：0.38～0.55％、Si：1.0％以下、Mn：0.20～2.0％、P：0.020％以下、S：0.10％以下、Cr：0.10～2.0％、Al：0.010～0.10％和N：0.004～0.03％、以及余量由Fe和杂质组成，式[Ceq＝C+(1/10)Si+(1/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V-(5/7)S](其中，式中的C、Si、Mn、Cr、V和S表示各个元素的以质量％计的含量)所示的Ceq的值为1.20以下以及Si、Mn和Cr的总含量满足1.2～3.5％；显微组织含有铁素体、层状珠光体和球状渗碳体，该铁素体的平均晶体粒径为10μm以下，层状珠光体在显微组织中所占的面积比例为20％以下(包括0％)以及球状渗碳体的个数为6×105个/mm2以上。另外，该高频淬火用轧制钢材可以进一步含有选自Cu、Ni、Mo、Ti、Nb和V中的1种以上。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-214130号公报专利文献2：日本特开2011-241466号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题对于前述的专利文献1和专利文献2所提出的轧制钢材，不断地期望用于防止破损的母材韧性和用于加工深孔的切削性进一步提升。本专利技术是响应上述期望而做出的，因此目的在于提供可适合作为要进行高频淬火的齿杆的原材料使用的轧制圆钢材以及使用其的齿杆。更具体而言，目的在于提供并不一定需要昂贵的元素、即便不进行调质处理也可获得能够使齿杆中产生的龟裂停止的高的母材韧性、而且具有在径向中心部的长度方向加工深孔所需的良好的切削性的转向齿杆用轧制圆钢材以及使用其的转向齿杆。需要说明的是，高的母材韧性意指：在轧制钢材的状态下，使用了JISZ2242(2005)中规定的带有缺口角度45°、缺口深度2mm且缺口底半径0.25mm的V型缺口的宽度10mm的标准试验片(以下，称为“V型缺口夏比冲击试验片”)的夏比冲击试验中的试验温度25℃下的冲击值为120J/cm2以上。用于解决问题的方案本专利技术人等对于可不对中碳钢实施调质处理地获得高的母材韧性并且用于确保中心部的良好的切削性的方法进行了各种实验室规模的研究。具体而言，首先对基于含有铁素体和层状珠光体的显微组织使母材韧性提升的方法进行了研究。结果得到下述见解。(A)若使铁素体微细且沿平行于轧制方向的方向延伸，此外使层状珠光体中的渗碳体为球状渗碳体且使层状珠光体小于特定的比例、并且含有特定量以上的球状渗碳体，则对于在垂直于轧制方向的截面加剧的龟裂的阻力升高，因此可以提高母材韧性。接着，基于含有铁素体和层状珠光体的显微组织，对于组织对加工深孔时的切削性造成的影响进行了调查。结果得到下述见解。(B)显微组织中的球状渗碳体的量变得过多时，切屑处理性变差导致切削阻力升高、切削性劣化。而若为含有特定比例以上的层状珠光体并且将球状渗碳体抑制为小于特定量的组织，则切屑处理性变好，结果切削阻力降低，所以切削性提升。因此进而为了使母材韧性和切削性提升，调查了成分元素的影响。结果得到下述见解。(C)S与Mn键合而形成MnS，在钢材的纵向(平行于轧制方向的方向)延伸而使韧性提升。而且，若含有特定量的S，则切屑处理性提升而使切削阻力降低，所以切削性变得良好。因此，基于上述(A)～(C)的见解，进行了更详细的研究。结果得到下述重要的见解。(D)作为转向齿杆用轧制圆钢材，需要用于防止破损的母材韧性的部位是圆钢材的自表面至半径的1/2位置的区域。因此，若使上述区域的显微组织含有微细且沿平行于轧制方向的方向延伸的铁素体、限于特定比例以下的层状珠光体以及特定量以上的球状渗碳体，则可得到足以防止破损的母材韧性。(E)另一方面，在显微组织含有铁素体、层状珠光体和球状渗碳体的轧制圆钢材的中心部，若含有特定比例以上的层状珠光体并且使球状渗碳体小于特定量，则可得到优异的切削性。本专利技术是基于上述见解而完成的，其要旨在于下述所示的转向齿杆用轧制圆钢材和转向齿杆。(1)一种转向齿杆用轧制圆钢材，化学组成以质量％计为C：0.38～0.55％、Si：1.0％以下、Mn：0.20～2.0％、S：0.005～0.10％、Cr：0.01～2.0％、Al：0.003～0.10％、N：0.003～0.03％、Cu：0～1.0％、Ni：0～3.0％、Mo：0～0.50％、Ti：0～0.10％、Nb：0～0.10％、V：0～0.30％、Ca：0～0.005％、Pb：0～0.30％、余量：Fe和杂质，杂质中的P为0.030％以下；显微组织含有铁素体、层状珠光体和渗碳体，在垂直于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的铁素体等平均粒径为10μm以下、层状珠光体的面积率小于20％、渗碳体中的球状渗碳体的个数为4×105个/mm2以上，中心部的层状珠光体的面积率为20％以上、以及渗碳体中的球状渗碳体的个数小于4×105个/mm2，并且在穿过该圆钢材的中心线并平行于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的铁素体的平均长径比为3以上。(2)上述(1)的转向齿杆用轧制圆钢材以质量％计含有选自Cu：0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转向齿杆用轧制圆钢材，其中，化学组成以质量％计为：C：0.38～0.55％、Si：1.0％以下、Mn：0.20～2.0％、S：0.005～0.10％、Cr：0.01～2.0％、Al：0.003～0.10％、N：0.003～0.03％、Cu：0～1.0％、Ni：0～3.0％、Mo：0～0.50％、Ti：0～0.10％、Nb：0～0.10％、V：0～0.30％、Ca：0～0.005％、Pb：0～0.30％、余量：Fe和杂质，杂质中的P为0.030％以下；显微组织含有铁素体、层状珠光体和渗碳体，在垂直于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的铁素体的平均粒径为10μm以下、层状珠光体的面积率小于20％、渗碳体中的球状渗碳体的个数为4×105个/mm2以上，中心部的层状珠光体的面积率为20％以上、渗碳体中的球状渗碳体的个数小于4×105个/mm2，并且在穿过该圆钢材的中心线并平行于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的铁素体的平均长径比为3以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.10 JP 2013-0819321.一种转向齿杆用轧制圆钢材，其中，化学组成以质量％计为：C：0.38～0.55％、Si：1.0％以下、Mn：0.20～2.0％、S：0.005～0.10％、Cr：0.01～2.0％、Al：0.003～0.10％、N：0.003～0.03％、Cu：0～1.0％、Ni：0～3.0％、Mo：0～0.50％、Ti：0～0.10％、Nb：0～0.10％、V：0～0.30％、Ca：0～0.005％、Pb：0～0.30％、余量：Fe和杂质，杂质中的P为0.030％以下；显微组织含有铁素体、层状珠光体和渗碳体，在垂直于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的铁素体的平均粒径为10μm以下、层状珠光体的面积率小于20％、渗碳体中的长径L/短径W为2.0以下的渗碳体的个数为4×105个/mm2以上，从中心到半径的1/4为止的区域的层状珠光体的面积率为20％以上、渗碳体中的长径L/短径W为2.0以下的渗碳体的个数小于4×105个/mm2，并且在穿过该圆钢材的中心线并平行于轧制方向的截面，自表面至半径的1/2位置的区域的铁素体的平均长径比为3以上。2.根据权利要求1所述的转向齿杆用轧制圆钢材，其中，以质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀上祯悟，东田真志，冈田贵洋，江头诚，根石豊，长谷川达也，松本齐，
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