表面硬化钢及其制造方法以及齿轮部件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种表面硬化钢及其制造方法，所述表面硬化钢适合作为用于以较低廉的成本制作具有高的旋转弯曲疲劳强度及冲击疲劳强度的机械结构用部件的原材料。表面硬化钢，其特征在于，具有下述成分组成：以质量％计，在规定的关系下含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、B、Ti、N、及O，以与B、N、Ti含量的关系的方式含有规定量以上的Al，余量由Fe及不可避免的杂质构成，并且，满足

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

The invention provides a surface hardening steel and a manufacturing method thereof. The surface hardening steel is suitable for being used as raw material for manufacturing mechanical structural components with high rotational bending fatigue strength and impact fatigue strength at low cost. Surface hardening steel is characterized by the following composition: in terms of mass percent, it contains C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, B, Ti, N, and O in a prescribed relationship, and contains more than a prescribed amount of Al in a manner related to the contents of B, N and Ti. The remaining amount consists of Fe and unavoidable impurities, and satisfies the requirements.

【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、各种产业机械等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的旋转弯曲疲劳强度及冲击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，伴随着节能化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大，因此耐久性的提高成为课题。通常，齿轮的耐久性由齿的冲击疲劳破坏、齿根的旋转弯曲疲劳破坏及齿面的表面压力疲劳(surfacefatigue)破坏决定。特别是就负载冲击性应力的、汽车的差动齿轮等而言，存在因高的冲击负荷而过早发生破坏的情况，因此，已对提高作为原材料的表面硬化钢的冲击疲劳强度的技术进行各种研究。专利文献1中公开了：为了提高渗碳层的韧性，添加Mo并减少使渗碳层的晶界强度降低的Mn、Cr、P，对由Mo/(10Si+100P+Mn+Cr)求出的值的下限进行规定，以及对渗碳硬化层深度的范围进行规定，由此提高冲击特性。专利文献2中公开了：通过将淬火的冷却速度范围控制在与成分组成相应的适当范围内，由此使齿轮的内部成为马氏体与贝氏体的混合组织，从而使韧性提高。专利文献3中公开了下述方法：与专利文献2同样地规定显微组织，从而使显微组织成为马氏体与提高内部韧性的屈氏体的混合组织，规定Mn和Cr的添加量的范围并控制Mo添加量，从而限制屈氏体的量，由此抑制内部硬度的降低。专利文献4中提出了向专利文献3所记载的成分组成中添加Mo的钢。专利文献5中提出了下述伞齿轮用钢材：在成分组成中，限制Mn、Cr、Mo的复合添加量来抑制钢材的硬度，在不损害冷锻性的情况下使冲击特性提高。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公平7-100840号公报专利文献2：日本专利第3094856号公报专利文献3：日本专利第3329177号公报专利文献4：日本专利第3733504号公报专利文献5：日本专利第3319648号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，就专利文献1所记载的方法而言，虽然能够提高冲击特性，但添加大量作为昂贵合金的Mo、或者在不大量加入Mo时需要大幅延长渗碳时间，导致制品成本或制造成本的大幅增加。就专利文献2所记载的方法而言，由于在显微组织中包含贝氏体组织，因此能够使韧性提高，提高冲击值。但是，在钢的内部区域中包含贝氏体组织时，内部硬度降低，因此齿轮变得容易因冲击而发生变形，若反复施加冲击力，存在损坏的可能。就专利文献3所记载的方法而言，由于指定Mn与Cr的复合添加量并控制Mo添加量，因此表层附近处产生的晶界氧化增多，形成Mn、Cr的氧化物，因此淬透性降低，在表层形成不完全淬火层。因此，即使能够确保内部硬度，但变得容易因表层的硬度降低而从表层起发生破坏，结果，包括冲击疲劳在内的全部疲劳强度降低。专利文献4所记载的方法的情况下，尽管添加了Mo，但仍因屈氏体而使得齿轮内部发生硬度降低，因此虽然提高了冲击特性，但内部引起的弯曲疲劳等疲劳强度降低。专利文献5所记载的方法的情况下，通过热锻将齿轮成型时，硬度低，冲击以外的疲劳强度降低。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，所述表面硬化钢适合作为用于以较低廉的成本制作具有高的旋转弯曲疲劳强度及冲击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申请的专利技术人为解决上述课题，针对成分、渗碳后各种特性及夹杂物对渗碳淬火/回火后的疲劳特性产生的影响进行了深入研究。结果，发现了以下的(A)～(C)的事项。(A)关于可成为冲击疲劳及弯曲疲劳的裂纹起点的晶界氧化层，通过添加规定量以上的Si、Mn、Cr及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，成为上述起点的在深度方向上生长的氧化层消失，因此变得不易成为疲劳裂纹的起点。(B)如上述(A)所述，Si、Mn、Cr及Mo对于晶界氧化层的控制是有效的，但另一方面，若过量地添加，则残余奥氏体量增多，促进疲劳裂纹的生成。因此，关于Si、Mn、Cr及Mo，必须严格控制其含量。(C)为了将有助于晶界强化的固溶B的含量确保为对淬透性有效的3ppm以上，必须基于钢中的Ti-Al-B-N的化学平衡来严格控制各元素的含量。本专利技术立足于上述见解，其主旨构成如下所述。[1]表面硬化钢，其特征在于，具有下述成分组成，在满足下述式(1)的范围的条件下，所述成分组成以质量％计含有C：0.15％以上且0.30％以下、Si：0.50％以上且1.50％以下、Mn：0.20％以上且0.80％以下、P：0.003％以上且0.020％以下、S：0.005％以上且0.050％以下、Cr：0.30％以上且1.20％以下、Mo：0.03％以上且0.30％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下、Ti：0.002％以上且小于0.050％、N：0.0020％以上且0.0150％以下及O：0.0003％以上且0.0025％以下，在[％B]-[(10.8/14)×{[％N]-(14/48)[％Ti]}]≥0.0003％的情况下，以0.010％≤[％Al]≤0.100％的方式含有Al，在[％B]-[(10.8/14)×{[％N]-(14/48)[％Ti]}]＜0.0003％的情况下，以(27/14)×{[％N]-(14/48)[％Ti]-(14/10.8)[％B]+0.02}≤[％Al]≤0.100％的方式含有Al，余量为Fe及不可避免的杂质，并且，所述表面硬化钢满足下述式(2)。记1.8×[％Si]+1.5×[％Mo]-([％Mn]+[％Cr])/2≥0.50……(1)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及回火、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％计还含有选自Nb：0.050％以下、V：0.050％以下、及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％计还含有选自Cu：1.0％以下、及Ni：1.0％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％计还含有选自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]表面硬化钢的制造方法，其特征在于，以满足下述式(3)的断面收缩率的方式对下述钢的铸片实施基于热锻及/或热轧的热加工，从而得到作为棒钢或线材的表面硬化钢，所述钢具有下述成分组成，在满足下述式(1)的范围的条件下，所述成分组成以质量％计含有C：0.15％以上且0.30％以下、Si：0.50％以上且1.50％以下、Mn：0.20％以上且0.80％以下、P：0.003％以上且0.020％以下、S：0.005％以上且0.050％以下、Cr：0.30％以上且1.20％以下、Mo：0.03％以上且0.30％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下、Ti：0.002本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.表面硬化钢，其特征在于，具有下述成分组成，在满足下述式(1)的范围的条件下，所述成分组成以质量％计含有C：0.15％以上且0.30％以下、Si：0.50％以上且1.50％以下、Mn：0.20％以上且0.80％以下、P：0.003％以上且0.020％以下、S：0.005％以上且0.050％以下、Cr：0.30％以上且1.20％以下、Mo：0.03％以上且0.30％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下、Ti：0.002％以上且小于0.050％、N：0.0020％以上且0.0150％以下及O：0.0003％以上且0.0025％以下，在[％B]‑[(10.8/14)×{[％N]‑(14/48)[％Ti]}]≥0.0003％的情况下，以0.010％≤[％Al]≤0.100％的方式含有Al，在[％B]‑[(10.8/14)×{[％N]‑(14/48)[％Ti]}]＜0.0003％的情况下，以(27/14)×{[％N]‑(14/48)[％Ti]‑(14/10.8)[％B]+0.02}≤[％Al]≤0.100％的方式含有Al，余量为Fe及不可避免的杂质，并且，所述表面硬化钢满足下述式(2)，1.8×[％Si]+1.5×[％Mo]‑([％Mn]+[％Cr])/2≥0.50……(1)...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 JP 2016-1769181.表面硬化钢，其特征在于，具有下述成分组成，在满足下述式(1)的范围的条件下，所述成分组成以质量％计含有C：0.15％以上且0.30％以下、Si：0.50％以上且1.50％以下、Mn：0.20％以上且0.80％以下、P：0.003％以上且0.020％以下、S：0.005％以上且0.050％以下、Cr：0.30％以上且1.20％以下、Mo：0.03％以上且0.30％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下、Ti：0.002％以上且小于0.050％、N：0.0020％以上且0.0150％以下及O：0.0003％以上且0.0025％以下，在[％B]-[(10.8/14)×{[％N]-(14/48)[％Ti]}]≥0.0003％的情况下，以0.010％≤[％Al]≤0.100％的方式含有Al，在[％B]-[(10.8/14)×{[％N]-(14/48)[％Ti]}]＜0.0003％的情况下，以(27/14)×{[％N]-(14/48)[％Ti]-(14/10.8)[％B]+0.02}≤[％Al]≤0.100％的方式含有Al，余量为Fe及不可避免的杂质，并且，所述表面硬化钢满足下述式(2)，1.8×[％Si]+1.5×[％Mo]-([％Mn]+[％Cr])/2≥0.50……(1)其中，[％M]表示M元素的含量(质量％)，I表示在对所述表面硬化钢实施渗碳淬火及回火、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％计还含有选自Nb：0.050％以下、V：0.050％以下、及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％计还含有选自Cu：1.0％以下、及Ni：1.0％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％计还含有选自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.表面硬化钢的制造方法，其特征在于，以满足下述式(3)的断面收缩率的方式对下述钢的铸片实施基于热锻及/或热轧的热加工，从而得到作为棒钢或线材的表面硬化钢，所述钢具有下述成分组成，在满足下述式(1)的范围的条件下，所述成分组成以质量％计含有C：0.15％以...

【专利技术属性】
技术研发人员：安藤佳祐，岩本隆，西村公宏，一宫克行，
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