具有改善的耐久性的渗碳合金钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供了具有改善的耐久性的渗碳合金钢及其制造方法。渗碳合金钢包含基于渗碳合金钢的总重量的0.1至0.35wt％的碳、0.1至2.0wt％的硅、0.1至1.5wt％的锰、1.5至3.0wt％的铬、0.2至0.5wt％的钼、大于0至0.07wt％的铌、以及余量的铁。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的引用本申请在35 U.S.C.§119下要求于2015年4月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-52243号的优先权的权益，通过引用将其整体结合于此。
本公开涉及具有改善的耐久性的渗碳合金钢以及制造其的方法，并且更具体地，涉及具有合适的构成组分和含量以有效地在合金钢的表面上引起渗碳并且因此改善硬度、强度、韧性、疲劳强度、疲劳寿命等的渗碳合金钢，以及制造其的方法。
技术介绍
近来年，环境问题已经在全球增加，因此已经寻找用于降低燃料消耗以应对整个行业中的这样的问题的方法。为了降低燃料消耗，在车辆行业中提出的解决方案包括提高车辆发动机的效率以及减轻车辆的重量。减轻车辆的重量可以是能够增加车辆的燃料效率的措施。然而，如果减轻车辆的重量，则可能出现的问题在于：可能不能满足车辆中所需的强度和耐久性。因此，其解决方案成为车辆行业的主要目标。因此，在车辆行业中，已经开发了各种环境友好的车辆，目的是根据欧洲法规到2021将二氧化碳排放量降低至95g/km，所述排放量是其当前量的27％。此外，为了到2025满足美国的公司平均燃料经济性(CAFE)
的所需值54.5mpg(23.2km/l)，车辆制造商努力开发技术以缩小尺寸以及改善燃料经济性。通常，为了应对部件数目的增加或重量的增加，减轻材料的重量。在这种情况下，作为重量减轻方法，经常使用用于实现材料的高强度或固化材料表面的热处理技术。此外，为了应对复杂的部件形状，使用精确连接(precise joining)、低变形焊接、以及低变形热处理技术。此外，使用了用于降低由热处理引起的变形的技术以及噪声消减和除尘技术。例如，已经开发了为了最大化车辆的燃料经济性的用于发动机和变速器(transmission)的高性能和高效率的技术，并且这种技术包括增加的齿轮数、新概念启动装置、高效率双泵系统、融合混合动力技术(fusion hybrid technology)，涉及自动/手动融合变速器、混合动力变速器等的技术。用于涉及发动机和变速器的技术的合金钢可以用于发动机的部件、变速器的支架(carrier)、齿轮、轴、同步器毂等，并且合金钢的使用比率(use ratio)基于发动机的重量相应于32至40％以及基于变速器的重量相应于约58至62wt％。例如，在变速器的齿轮等中，已经持续需要开发满足重量减轻和缩小尺寸的需要的高强度和高耐久的材料。然而，涉及缩小尺寸或提高燃料效率的技术具有的问题在于：由于燃烧、摩擦、磨损等致使施加至发动机的部件的负荷增加，部件的质量降低，以及耐久性寿命缩短。通常，车辆的变速器的齿轮是这样一种部件：将发动机动力直接传递至差动系统(differential system)并且在两个或多个轴之间有效地传递旋转或动力以使发动机动力被调整为车辆的行使状态，以及同时收到弯曲应力和接触应力。在齿轮中，当材料的耐久性不充足时，经常发生由于缺乏弯曲疲劳强度而导致的疲劳失效(轮齿折断)以及由于缺乏接触疲劳强度而导致的疲劳损伤(点蚀(pitting))。因此，在齿轮中，需要诸如硬度、强度、韧性、疲劳强度和疲劳寿命的物理性能。作为上述需求的替代选择，目前，使用了诸如包含0.17至0.23wt％的碳(C)、0.5至0.7wt％的硅(Si)、0.45至0.75wt％的锰(Mn)、1.95至2.25wt％的铬(Cr)、0.015至0.035wt％的钼(Mo)、0.0015wt％的氧(O2)等的SCM820PRH的渗碳钢。然而，这种渗碳钢具有容易发生轮齿折断和点蚀的问题。
技术实现思路
本公开提供了具有改善的物理性能诸如硬度、强度、韧性、疲劳强度和疲劳寿命的渗碳合金钢，以及制造其的方法。本公开已经致力于提供包括碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、铌(Nb)、硼(B)、钒(V)、镍(Ni)、钛(Ti)、以及氮(N)以改善诸如硬度、强度和韧性的物理性能并且因此具有改善的耐久性的渗碳合金钢，以及制造其的方法。本专利技术构思的一个示例性实施方式提供了渗碳合金钢，所述渗碳合金钢包含基于渗碳合金钢的总重量的0.1至0.35wt％的碳、0.1至2.0wt％的硅、0.1至1.5wt％的锰、1.5至3.0wt％的铬、0.2至0.5wt％的钼、大于0至0.07wt％的铌、以及余量的铁。渗碳合金钢可以进一步包含镍。镍的含量可以是0.1至0.6wt％。渗碳合金钢可以进一步包含钒。钒的含量可以是大于0至0.3wt％。渗碳合金钢可以进一步包含钛。钛的含量可以是大于0至0.2wt％。渗碳合金钢可以进一步包含氮。氮的含量可以是大于0至0.015wt％。渗碳合金钢可以进一步包含硼。硼的含量可以是0.00002至0.00005wt％。在另一实施方式中，渗碳合金钢可以进一步包含选自由镍、钒、钛、氮、以及硼组成的组中的至少一种。基于渗碳合金钢的总重量，镍的含量可以是0.1至0.6wt％、钒的含量可以是大于0至0.3wt％、钛的含量可以是大于0至0.2wt％、氮的含量可以是大于0至0.015wt％、以及硼的含量可以是0.00002至0.00005wt％。在另一实施方式中，提供了制造渗碳合金钢的方法。该方法包括使合金钢在880至940℃渗碳1.5至2小时的步骤，所述合金钢包含基于渗碳合金钢的总重量的0.1至0.35wt％的碳、0.1至2.0wt％的硅、0.1至1.5wt％的锰、1.5至3.0wt％的铬、0.2至0.5wt％的钼、大于0至0.07wt％的铌、以及余量的铁；在80至120℃对渗碳合金钢进行油淬火；以及在170至200℃使油淬火的合金钢回火1至3小时。可以使用渗碳合金钢制造用于车辆的变速器。根据本专利技术构思的渗碳合金钢以及制造渗碳合金钢的方法，包括碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、钼(Mo)、铌(Nb)、钒(V)、镍(Ni)、钛(Ti)、氮(N)、以及硼(B)以改善材料的诸如硬度、强度、韧性、疲劳强度、以及疲劳寿命的耐久性。还可以使渗碳合金钢的高强度可行，因此通过厚度减小，重量减轻约20％等，还可以确保车辆设计的自由程度(degree of freedom)以及降低制造成本。根据通过使用本专利技术构思的渗碳合金钢制造的用于车辆的变速器，可以增加车辆的耐久性以及实现车辆的可行的重量减轻，并且因此增加燃料效率和阻止环境污染。具体实施方式在下文中，将详细描述本专利技术构思的示例性实施方式。基于专利技术人可以以最佳方式适当定义术语的概念以描述他/她自己的专利技术构思，不应将本说明书和权利要求书中所使用的术语或词语解释为受限于通常意义或词典意义，而应当将其解释为具有遵从本专利技术构思的技术精神的意义和概念。因此，本说明书中所描述的实施方式的构成仅仅是本专利技术构思的一个实施方式而不表示本专利技术构思的所有技术精神。因此，应当理解的是，在提交本申请时存在替代实施方式的各种等同物和修改。在下文中，将会详细描述本专利技术构思。本专利技术构思涉及具有改善的耐久性的渗碳合金钢以及制造其的方法。在一个方面，本专利技术构思涉及具有改善的耐久性的渗碳合金钢。基于合金钢的总重量，根据本专利技术构思的具有改善的耐久性的渗碳合金钢可以形成为包含：作为主要成分的铁(Fe)、0.1至0.35wt％的碳(C)、0.1至2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种渗碳合金钢，包含：基于所述渗碳合金钢的总重量，0.1至0.35wt％的碳，0.1至2.0wt％的硅，0.1至1.5wt％的锰，1.5至3.0wt％的铬，0.2至0.5wt％的钼，大于0至0.07wt％的铌，以及余量的铁。

【技术特征摘要】
2015.04.14 KR 10-2015-00522431.一种渗碳合金钢，包含：基于所述渗碳合金钢的总重量，0.1至0.35wt％的碳，0.1至2.0wt％的硅，0.1至1.5wt％的锰，1.5至3.0wt％的铬，0.2至0.5wt％的钼，大于0至0.07wt％的铌，以及余量的铁。2.根据权利要求1所述的渗碳合金钢，进一步包含镍。3.根据权利要求2所述的渗碳合金钢，其中，镍的含量是0.1至0.6wt％。4.根据权利要求1所述的渗碳合金钢，进一步包含钒。5.根据权利要求4所述的渗碳合金钢，其中，钒的含量是大于0至0.3wt％。6.根据权利要求1所述的渗碳合金钢，进一步包含钛。7.根据权利要求6所述的渗碳合金钢，其中，钛的含量是大于0至0.2wt％。8.根据权利要求1所述的渗碳合金钢，进一步包含氮。9.根据权利要求8所述的渗碳合金钢，其中，氮的含量是大于0至0.015wt％。10.根据权利要求1所述的渗碳合金钢，进一步包含硼。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：车星澈，裴文基，洪承贤，李始烨，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR