钢部件、齿轮部件以及钢部件的制造方法技术

本发明专利技术提供钢部件、齿轮部件以及钢部件的制造方法，该钢部件中，表层的C浓度是比原料钢的C浓度高的0.85质量％以上、1.2质量％以下，表层的残留奥氏体组织的体积率大于0％且小于10％，并且表层的剩余部分是马氏体组织，表层的晶界碳化物的面积率小于2％，在比表层靠内侧的层，比表层靠内侧的层的残留奥氏体组织的体积率大于表层，并且剩余部分是马氏体组织。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢部件、齿轮部件以及钢部件的制造方法
本专利技术涉及以钢为材料经由渗碳、淬火这样的工序固化的钢部件、齿轮部件以及钢部件的制造方法。
技术介绍
以往，公知有在对钢实施了渗碳处理后冷却一次，在冷却后进行高频淬火处理从而抑制热处理形变并且提高硬度的钢部件和钢部件的制造方法。例如国际公开第2006/118243号(现有技术文献)公开了这样的钢部件和钢部件的制造方法。上述现有技术文献中，通过渗碳处理提高钢表面(表层)的C(碳)浓度，然后以不产生马氏体组织的方式以4～10℃/秒的冷却速度将钢冷却，之后进行高频淬火处理，从而抑制钢产生因热处理引起的形变(热处理形变)。另外，在上述现有技术文献的高频淬火处理中，对冷却的钢进行高频加热来加热表层，然后进行淬火从而使钢的组织进行马氏体转变，提高高频淬火钢部件的表面硬度和疲劳强度。并且，上述现有技术文献公开了对淬火后的高频淬火钢部件实施回火处理、喷丸处理来提高高频淬火钢部件的弯曲疲劳强度。另外，上述现有技术文献的实施例公开了为了提高耐回火软化性而使用含有浓度比较高(0.5％～2.96％)的Cr的钢材。具体而言，例如上述现有技术文献公开了在实施例的表1的专利技术例14、15中，通过渗碳处理使表面的C浓度达到0.6质量％后进行高频淬火处理和喷丸处理的例子。日本特许文献1：国际公开第2006-118243号然而，在上述现有技术文献的进行喷丸处理的试验材1(专利技术例14、15)中，使渗碳处理后的表面的C浓度为0.6质量％来提高表面硬度，但例如在齿轮部件等要求较高表面硬度的部件中，希望进一步提高表面硬度。然而，众所周知，一般在对钢实施渗碳处理、渗碳处理后的冷却处理、淬火处理来提高硬度的情况下，渗碳处理后的表面(表层)的C浓度越高，淬火后的硬度越高。然而，若表面的C浓度高于约0.8％(共析点)，则变为被称作所谓的过共析的状态，所以在为了抑制因热处理引起的形变(热处理形变)而在渗碳处理后冷却时，很多渗碳体等碳化物会在晶粒边界析出，存在无法在冷却后的高频加热时溶解碳化物而使C(碳)充分固溶于母材中之虞。而且，若在高频加热时碳没有固溶于母材中，则即使通过加热后的冷却对组织进行马氏体转变，也存在无法得到将所需量的C(碳)固溶的马氏体组织之虞。另外，若在C浓度为过共析且渗碳体等碳化物残存在晶粒边界的状态下对渗碳、淬火后的钢施加喷丸处理，则由于在晶粒边界析出的碳化物(析出物)，会有在表面产生微小裂缝(微裂缝)的情况，结果是存在渗碳高频淬火钢部件的疲劳强度、韧性降低之虞。另一方面，都知道C浓度为过共析的状态的渗碳、淬火后的钢即使在加热时溶解碳化物而使C(碳)充分固溶于母材中，淬火后的组织也不会充分进行马氏体转变，相比C浓度低于共析点的钢，残留奥氏体量会变多。然而，残留奥氏体组织硬度低于马氏体组织，所以为了提高渗碳高频淬火钢部件的表面硬度，需要在淬火后通过喷丸处理等改性工序的加工诱导转变使组织从残留奥氏体转变为马氏体。此外，上述现有技术文献的专利技术例7中公开了将表面的C浓度提高到1.5质量％的试验材，但没有对本专利技术例7的试验材施以喷丸处理，残留奥氏体量为19％，柔软的残留奥氏体组织有很多残留于表面。这是考虑到上述现有技术文献的钢材除了C浓度高之外还含有浓度较高(1.05％)的Cr，因Cr产生的碳化物会在渗碳处理后的试验材的晶粒边界析出很多，由于上述理由(产生裂缝)难以进行喷丸处理。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述课题而完成的，本专利技术的一个目的是提供抑制热处理形变并且在表层的C浓度比共析点高的情况(表层为过共析的状态)下也能抑制因在晶粒边界析出的碳化物引起的疲劳强度的降低并且能够充分增大表层的硬度的钢部件、齿轮部件以及该钢部件的制造方法。为了实现上述目的，本专利技术的第一方案的钢部件由原料钢形成，该原料钢含有如下化学成分：C(碳)：0.05质量％以上、0.30质量％以下；Si(硅)：1.0质量％以上、3.0质量％以下；Mn(锰)：0.1质量％以上、3.0质量％以下；P(磷)：0.03质量％以下；S(硫)：0.001质量％以上、0.150质量％以下；Cr(铬)：0.01质量％以上、0.20质量％以下；Al(铝)：0.01质量％以上、0.05质量％以下；N(氮)：0.003质量％以上、0.030质量％以下；以及Fe和作为任意成分的少量其它合金成分及不可避杂质：剩余部分，上述钢部件的表层的C浓度是比上述原料钢的C浓度高的0.85质量％以上、1.2质量％以下，上述表层残留奥氏体组织的体积率大于0％且小于10％，并且上述表层的剩余部分是马氏体组织，上述表层的晶界碳化物的面积率小于2％，在比上述表层靠内侧的层，比该表层靠内侧的层的残留奥氏体组织的体积率大于上述表层，并且剩余部分是马氏体组织。此外，本专利技术中不限定于，“表层(或者比表层靠内侧的层)的剩余部分是马氏体组织”是表层(或者比表层靠内侧的层)的残留奥氏体组织以外的剩余部分完全是马氏体组织的情况，也包括除了残留奥氏体组织以外的剩余部分含有微量的除残留奥氏体组织和马氏体组织以外的不可避免地形成的组织、晶界碳化物等的情况的概念。另外，本专利技术中，“晶界碳化物”是指钢部件制造时在奥氏体晶界上析出的铁系碳化物(例如渗碳体)和合金碳化物。本专利技术的第一方案的钢部件中，如上述那样，将表层的C浓度设为0.85质量％以上(所谓的过共析的状态)，从而与表层的C浓度为0.6质量％的情况相比能够增大表层的硬度。另外，第一方案的钢部件中，将表层的C浓度设为1.2质量％以下，并且以使残留奥氏体组织的体积率大于0％且小于10％，并且表层的剩余部分是马氏体组织的方式构成表层。另外，除了将表层的C浓度设为1.2质量％以下之外，原料钢中，将Si浓度设为1.0质量％以上，Cr浓度设为0.20质量％以下。由此，使表层的晶界碳化物的面积率小于2％，能够抑制因晶界碳化物引起的钢部件的疲劳强度的降低。其结果，能够抑制钢部件的破损，实现钢部件的长寿化。并且，与表层的C浓度为1.5质量％的情况不同，能够抑制表层残留10％以上的柔软的奥氏体组织(残留奥氏体组织)，所以能够将表层的维氏硬度充分增大到HV800以上。另外，在钢部件中为了使表层的C浓度为0.85质量％以上、1.2质量％以下，而对钢部件进行渗碳处理(热处理)的情况下，由于渗碳处理时的热而容易在钢部件中产生形变(热处理形变)。该情况下，在渗碳处理后，以比钢部件进行马氏体转变的冷却速度小的冷却速度冷却钢部件，从而能够抑制钢部件产生因热处理引起的形变(热处理形变)。上述结果是能够提供抑制热处理形变并且在表层的C浓度比共析点高的情况(表层为过共析的状态)下也能抑制因在晶粒边界析出的碳化物引起的疲劳强度的降低并且能够充分增大表层的硬度的钢部件。本专利技术的第二方面的钢部件的制造方法中，该钢部件由原料钢形成，该原料钢含有如下化学成分：C(碳)：0.05质量％以上、0.30质量％以下；Si(硅)：1.0质量％以上、3.0质量％以下；Mn(锰)：0.1质量％以上、3.0质量％以下；P(磷)：0.03质量％以下；S(硫)：0.001质量％以上、0.150质量％以下；Cr(铬)：0.01质量％以上、0.20质量％以下；Al(铝)：0.01质量％以上、0.05质量％以下；N(氮)：0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢部件，其中，所述钢部件由原料钢形成，该原料钢含有如下化学成分：C(碳)：0.05质量％以上、0.30质量％以下；Si(硅)：1.0质量％以上、3.0质量％以下；Mn(锰)：0.1质量％以上、3.0质量％以下；P(磷)：0.03质量％以下；S(硫)：0.001质量％以上、0.150质量％以下；Cr(铬)：0.01质量％以上、0.20质量％以下；Al(铝)：0.01质量％以上、0.05质量％以下；N(氮)：0.003质量％以上、0.030质量％以下；以及Fe和作为任意成分的少量其它合金成分及不可避杂质：剩余部分，上述钢部件的表层的C浓度是比上述原料钢的C浓度高的0.85质量％以上、1.2质量％以下，上述表层残留奥氏体组织的体积率大于0％且小于10％，并且上述表层的剩余部分是马氏体组织，上述表层的晶界碳化物的面积率小于2％，在比上述表层靠内侧的层，比该表层靠内侧的层的残留奥氏体组织的体积率大于上述表层，并且剩余部分是马氏体组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.08 JP 2016-0443391.一种钢部件，其中，所述钢部件由原料钢形成，该原料钢含有如下化学成分：C(碳)：0.05质量％以上、0.30质量％以下；Si(硅)：1.0质量％以上、3.0质量％以下；Mn(锰)：0.1质量％以上、3.0质量％以下；P(磷)：0.03质量％以下；S(硫)：0.001质量％以上、0.150质量％以下；Cr(铬)：0.01质量％以上、0.20质量％以下；Al(铝)：0.01质量％以上、0.05质量％以下；N(氮)：0.003质量％以上、0.030质量％以下；以及Fe和作为任意成分的少量其它合金成分及不可避杂质：剩余部分，上述钢部件的表层的C浓度是比上述原料钢的C浓度高的0.85质量％以上、1.2质量％以下，上述表层残留奥氏体组织的体积率大于0％且小于10％，并且上述表层的剩余部分是马氏体组织，上述表层的晶界碳化物的面积率小于2％，在比上述表层靠内侧的层，比该表层靠内侧的层的残留奥氏体组织的体积率大于上述表层，并且剩余部分是马氏体组织。2.根据权利要求1所述的钢部件，其中，上述表层的C浓度为0.9质量％以上、1.1质量％以下。3.根据权利要求1所述的钢部件，其中，比上述表层靠内侧的层的残留奥氏体组织的体积率为15％以上。4.根据权利要求1所述的钢部件，其中，上述表层产生600MPa以上的压缩残余应力。5.根据权利要求1所述的钢部件，其中，上述原料钢含有1.5质量％以上、2.0质量％以下的Si(硅)。6.根据权利要求1所述的钢部件，其中，作为任意成分的少量其它合金成分，上述原料钢含有Mo(钼)：0.01质量％以上、0.50质量％以下；和B(硼)：0.0005质量％以上、0.0050质量％以下中的任意1种或者2种。7.根据权利要求1所述的钢部件，其中，作为任意成分的少量其它合金成分，上述原料钢含有Nb(铌)：0.01质量％以上、0.30质量％以下；Ti(钛)：0.005质量％以上、0.200质量％以下；以及V(钒)：0.01质量％以上、0.20质量％以下中的任意1种或者2种。8.一种齿轮部件，由权利要求1记载的钢部件构成，其中，上述表层是上述齿轮部件的齿面的表层。9.一种轴部件，由权利要求1记载的钢部件构成，其中，上述表层是沿上述轴部件的轴向延伸的外周面的表层。10.根据权利要求9所述的轴部件，其中，上述轴部件具备轴向端面部，上述轴向端面部的端面部表层的残留奥氏体组织的体积率大于上述外周面的表层的残留奥氏体组织的体积率。11.根据权利要求9所述的轴部件，其中，上述轴部件具备轴向端面部，上述轴向端面部的端面部表层的表面硬度小于上述外周面的表层的表面硬度。12.一种钢部件的制造方法，该钢部件由原料钢形成，该原料钢含有如下化学成分：C(碳)：0.05质量％以上、0.30质量％以下；Si(硅)：...

【专利技术属性】
技术研发人员：大林巧治，冈田一晃，松坂佳祐，榊原将芝，宫西庆，小山达也，久保田学，
申请(专利权)人：爱信艾达株式会社，新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP