滚轧成形性、耐淬裂性及扭转特性优异的机械结构用钢材以及传动轴制造技术

本发明专利技术涉及机械结构用钢材以及传动轴，用质量％表示，含有Ｃ：０．３５％以上０．５０％以下、Ｓｉ：０．１５％以下、Ｍｎ：０．２％以上１．１％以下、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以上０．０３５％以下、Ｃｒ：超过０．１％０．２％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．５％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．０５％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．０５％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００５０％以下、Ｃｕ：０．０６％以上０．２５％以下以及Ｎｉ：０．０５％以上０．２％以下，剩余部分由Ｆｅ及不可避免的杂质组成，并且，用下式（１）表示的ＬＤ值为１２０以下。ＬＤ＝０．５６９×｛７．９８×（Ｃ）↑［１／２］×（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．８３Ｐ）（１－０．６２Ｓ）（１＋０．６４Ｓｉ）（１＋２．３３Ｃｒ）（１＋０．５２Ｎｉ）（１＋３．１４Ｍｏ）（１＋０．２７Ｃｕ）（１＋１．５（０．９－Ｃ））｝＋５２．６－（１）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种机械结构用钢材。特别涉及滚轧成形性、耐淬裂性及扭转特性优异的机械结构用钢材。提供使用电炉材料代替高炉材料制造的机械结构用钢材，该钢材即使混入Cu和Ni等夹杂元素，上述诸特性也不劣化。
技术介绍
对于汽车用传动轴和等速万向节等机械结构用构件要求有所需的扭转强度。为了确保扭转强度，过去一般地将热轧棒钢热锻，必要的场合实施正火处理，通过切削、冷锻等加工成所规定的形状之后，实施高频淬火、回火。近年来为了保护环境，以改善汽车的油耗为目的谋求着车体的重量减轻。为了减轻汽车部件的重量，希望提高汽车用构件的扭转强度。另一方面，在汽车部件的制造工序中，要求钢材的被切削性、耐淬裂性。为了提高扭转强度，考虑通过高频淬火来增加淬火硬度和淬火深度。可是，要增加淬火硬度和深度只有改变高频淬火条件、或增加钢材的合金元素量，制造成本均增加。为了能够同时满足汽车用构件的扭转强度和被切削性、耐淬裂性，例如如专利文献1所示，提出了限定了合金元素量的技术。可是，只采用上述技术限定化学成分，能同时满足被切削性、耐淬裂性和扭转特性的组成范围极为狭窄，存在这一问题。另外，还有品质不稳定的问题。于是，作为解决上述问题的方案，本专利技术人通过在调整钢材的成分组成的同时，控制钢组织，例如如专利文献2所示，率先提出了被切削性、耐淬裂性及扭转特性优异的机械结构用钢材。专利文献1特开平4-218641号公报(权利要求书)专利文献2专利第3288563号公报(权利要求书) 可是，当使用电炉制造上述专利文献2所公开的机械结构用钢材时，得不到所要求的特性，特别判明滚轧成形性降低显著。与高炉材料比较，用电炉冶炼出的钢材中混入Cu和Ni等夹杂元素不能避免。认为该夹杂元素使滚轧成形性恶化。本专利技术以解决上述问题为目的。即，目的是提供即使代替高炉材料使用电炉材料制造，也有效果地防止滚轧成形性劣化，同时具有优异的耐淬裂性及扭转特性的机械结构用钢材。另外，提供使用该钢材形成的传动轴。
技术实现思路
本专利技术人为达到上述目的而反复刻苦研究的结果得到下述见解。(1) 为了减轻夹杂元素的坏影响，增加Cr量有效；(2) 可是，Cr量的增大招致以滚轧成形性为首的扭转特性及被切削性降低；(3) 与Cr量的增大相伴的扭转特性及被切削性的降低，通过增加Si量、且降低Mn量而被消除；(4) 滚轧成形性的降低，通过将作为以淬透性来决定的硬度和组织的指标的LD值控制在所规定的范围而被消除；本专利技术立足于上述知识见解而完成。专利技术的特定内容如下。1.一种滚轧成形性、耐淬裂性及扭转特性优异的机械结构用钢材，其特征在于，为下述组成用质量％表示，在用下述式(1)表示的LD值满足120以下的范围内含有C0.35％以上、0.50％以下、Si0.15％以下、Mn0.2％以上、1.1％以下、P0.020％以下、S0.005％以上、0.035％以下、Cr超过0.1％、0.2％以下、Mo0.05％以上、0.5％以下、Ti0.01％以上、0.05％以下、Al0.01％以上、0.05％以下、 N0.01％以下、B0.0005％以上、0.0050％以下、Cu0.06％以上、0.25％以下及Ni0.05％以上、0.2％以下，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，LD＝0.569×{7.98×(C)1/2×(1+4.1Mn)(1+2.83P)(1-0.62S)(1+0.64Si)(1+2.33Cr)(1+0.52Ni)(1+3.14Mo)(1+0.27Cu)(1+1.5(0.9-C))}+52.6---(1)其中，式中的C、Mn、P、S、Si、Cr、Ni、Mo、Cu意指各个元素的含量(质量％)。2.根据上述第1项所述的滚轧成形性、耐淬裂性及扭转特性优异的机械结构用钢材，其特征在于，钢材为下述组成用质量％表示，还进一步含有V0.01％以上、0.30％以下以及Nb0.005％以上、0.050％以下。3.一种传动轴，其特征在于，采用上述第1项或第2项所述的机械结构用钢材形成，进行高频淬火、回火从而设置了固化层。附图的简单说明附图说明图1是表示LD值对滚轧成形性的影响的图。图2是通过静态强度试验测定传动轴的静态强度的结果。图3是通过疲劳强度试验测定专利技术例的传动轴和比较例的传动轴的疲劳强度的结果。具体实施例方式以下具体说明本专利技术。说明在本专利技术中将钢材的成分组成限定在上述的范围的理由。关于成分的“％”表示只要不特别声明就意指质量％。C0.35％以上、0.50％以下C是对高频淬透性的影响最大的元素，是在提高淬火固化层的硬度和深度、确保在高频淬火回火后扭转强度为1400MPa以上的方面有用的元素。可是，含量不足0.35％时其添加效果不足，而超过0.50％时招致被切削性及耐淬裂性降低，因此将C量限定在0.35％以上、0.50％以下的范围。Si0.15％以下Si除了作为脱氧元素而起作用外，还是通过固溶在铁素体中强化钢来提高扭转强度的元素，优选添加量超过0.05％。可是，当Si量超过0.15％时，使被切削性显著劣化，因此限定在0.15％以下的范围。Mn0.2％以上、1.1％以下Mn是提高淬透性、通过加深高频淬火时的硬度深度而有助于提高扭转强度的有用元素。可是，当含量不足0.2％时其添加效果不足，而超过1.1％时，不仅滚轧成形性劣化，也使被切削性和扭转强度劣化，因此将Mn量限定在0.2％以上、1.1％以下的范围。优选为0.2％以上、0.8％以下的范围。P0.020％以下P在淬火时偏析于奥氏体晶界，助长淬火裂纹发生，因此优选极力降低，从该观点出发，规定抑制在0.020％以下。S0.005％以上、0.035％以下S具有在钢中形成MnS并提高被切削性的效果，因此规定含有0.005％以上。可是，MnS易成为龟裂的起点，招致强度、韧性降低，因此S量的上限限定在0.035％。优选为0.010％以上、0.035％以下的范围。Cr超过0.1％、0.2％以下Cr在本专利技术中是特别重要的元素，通过含有Cr，能够利于消除引起滚轧成形性和扭转特性、被切削性等降低的Cu和Ni等夹杂元素的坏影响。可是，Cr量为0.1％以下时，缺乏其添加效果，而超过0.2％时，滚轧成形性、被切削性及扭转强度降低，因此规定在超过0.1％、0.2％以下的范围含有Cr。Mo0.05％以上、0.5％以下Mo不仅对提高淬透性有用，还促进贝氏体生成，有提高被切削性的作用。为此，需要含有0.05％以上，但含量超过0.5％时，招致被切削性劣化，因此将Mo量限定在0.05％以上、0.5％以下的范围。优选是0.1％以上、0.5％以下的范围。Ti0.01％以上、0.05％以下Ti与N结合形成氮化物，微细化高温加热时的奥氏体晶粒。是为确保对提高淬透性有用的固溶B而必需的元素。为此，需要含有0.01％以上，但超过0.05％时损害韧性，因此将Ti量限定在0.01％以上、0.05％以下的范围。Al0.01％以上、0.05％以下Al作为脱氧剂而有用，因此需要至少含有0.01％，但超过0.05％时，生成粗大的氧化铝，它成为疲劳破坏的起点，降低疲劳强度，因此将Al量限定在0.01％以上、0.05％以下的范围。N0.01％以下N是通过与Al或Ti结合形成氮化物，细化高温加热时的奥氏体晶粒，从而提高疲劳强度的有用元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚轧成形性、耐淬裂性及扭转特性优异的机械结构用钢材，其特征在于，为下述组成：用质量％表示，在满足用下述式（１）表示的ＬＤ值为１２０以下的范围内含有，Ｃ：０．３５％以上、０．５０％以下，Ｓｉ：０．１５％以下，Ｍｎ： ０．２％以上、１．１％以下，Ｐ：０．０２０％以下，Ｓ：０．００５％以上、０．０３５％以下，Ｃｒ：超过０．１％、０．２％以下，Ｍｏ：０．０５％以上、０．５％以下，Ｔｉ：０．０１％以上、０．０５％以下，　 　Ａｌ：０．０１％以上、０．０５％以下，Ｎ：０．０１％以下，Ｂ：０．０００５％以上、０．００５０％以下，Ｃｕ：０．０６％以上、０．２５％以下及Ｎｉ：０．０５％以上、０．２％以下，剩余部分为Ｆｅ及不 可避免的杂质，ＬＤ＝０．５６９×｛７．９８×（Ｃ）↑［１／２］×（１＋４．１Ｍｎ）（１＋２．８３Ｐ）（１－０．６２Ｓ）（１＋０．６４Ｓｉ）（１＋２．３３Ｃｒ）（１＋０．５２Ｎｉ）（１＋３．１４Ｍｏ）（１＋０．２７Ｃｕ）（１＋１．５（ ０．９－Ｃ））｝＋５２．６－－－（１）其中，式中的Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ指各个元素的含量（质量％）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大森靖浩，松崎明博，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，NTN株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]