表面硬化鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種供于在建設(shè)產(chǎn)業(yè)用機(jī)械、汽車(chē)領(lǐng)域中使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的表面 硬化鋼,特別涉及一種冷鍛性?xún)?yōu)異且滲碳處理后的疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的表面硬化鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 例如,汽車(chē)部件等是對(duì)圓鋼進(jìn)行冷成型制造得到的,所以該坯料要求高的冷鍛性。 因此,對(duì)坯料實(shí)施軟化退火而進(jìn)行碳化物球狀化,從而提高冷鍛性。另外,從鋼的成分組成 的觀點(diǎn)考慮,已提出有減少極大影響變形抗力的Si等的方案。
[0003] 在此,專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載了通過(guò)減少Si、并且將其它合金元素減量到具有由固溶B 帶來(lái)的淬透性提高效果的程度,從而使硬度降低,提高冷鍛性的技術(shù)。
[0004] 另外,專(zhuān)利文獻(xiàn)2中提出了一種表面硬化鋼,其通過(guò)組合減少了作為固溶強(qiáng)化元 素的Si和Mn從而利用固溶B來(lái)確保淬透性的成分體系和制造條件來(lái)確保冷加工性。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第3623313號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本專(zhuān)利第3764586號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1和2中記載的技術(shù)中,雖然利用了由B帶來(lái)的淬透性提高效果,但 B的淬透性提高效果受冷卻速度的影響較大,另一方面,由于冷鍛制品具有復(fù)雜的形狀的情 況較多,浸碳淬火時(shí)的部件內(nèi)部的冷卻速度容易變得不均勻,其結(jié)果,存在浸碳處理后的尺 寸精度下降、發(fā)生部件強(qiáng)度不足這樣的問(wèn)題。另外,出于不減少B的淬透性效果的目的而添 加了Ti,但由于在鑄造時(shí)的凝固階段生成Ti氮化物,因此還存在Ti的氮化物容易變得粗大 而成為疲勞破壞的起點(diǎn),使部件壽命降低這樣的問(wèn)題。
[0010] 本發(fā)明是鑒于上述的實(shí)際情況而研發(fā)的,目的在于提供一種低溫下也顯示出良好 的可鍛性且在滲碳處理后具有優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度的表面硬化鋼。
[0011] 發(fā)明人等為了達(dá)成上述目的而對(duì)表面硬化鋼的成分組成進(jìn)行了深入研究,結(jié)果發(fā) 現(xiàn)通過(guò)在適當(dāng)?shù)某煞纸M成下對(duì)Si、Cr和Mn的添加量進(jìn)行適當(dāng)管理則能夠得到冷鍛性和疲 勞強(qiáng)度優(yōu)異的表面硬化鋼。
[0012] 本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解而得到的。即,本發(fā)明的主旨構(gòu)成如下。
[0013] (1) -種表面硬化鋼,具有如下成分組成:在滿(mǎn)足下述(1)和(2)的范圍的條件下 含有C:0? 10 ~0? 35 質(zhì)量%、Si:0? 01 ~0? 13 質(zhì)量%、Mn:0? 30 ~0? 80 質(zhì)量%、P:0? 02 質(zhì)量%以下、S:0? 03質(zhì)量%以下、A1 :0? 01~0? 045質(zhì)量%、Cr:0? 5~3. 0質(zhì)量%、B: 0. 0005~0. 0040質(zhì)量%、Nb:0. 003~0. 080質(zhì)量%和N:0. 0080質(zhì)量%以下,并且,將作 為雜質(zhì)含有的Ti抑制在0. 005質(zhì)量%以下,剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0014] 3. 0[%Si]+9. 2[%Cr]+10. 3[%Mn]彡 10. 0…(1)
[0015] 3. 0[%Si]+1. 0[%Mn] < 1. 0- (2)
[0016] 其中,[%M]為元素M的含量(質(zhì)量% )
[0017] ⑵根據(jù)上述⑴所述的表面硬化鋼,上述成分組成進(jìn)一步含有選自Cu:0. 5質(zhì) 量%以下、Ni:0. 5質(zhì)量%以下和V:0. 1質(zhì)量%以下中的1種或2種以上。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明,能夠提供一種兼具優(yōu)異的冷鍛性和高的疲勞強(qiáng)度的表面硬化鋼。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是表示含有0. 048質(zhì)量%A1的鋼材的浸碳后部件的從表面到內(nèi)部4mm的位 置的平均硬度和所測(cè)定的硬度范圍的圖。
[0020] 圖2是表示含有0. 043質(zhì)量%A1的鋼材的浸碳后部件的從表面到內(nèi)部4mm的位 置的平均硬度和所測(cè)定的硬度范圍的圖。
[0021] 圖3是表示A1含量與硬度偏差的最大值的關(guān)系的圖。
[0022] 圖4是表不Si和Mn的添加量平衡與變形抗力上升量的關(guān)系的圖。
[0023] 圖5是表示極限鐓鍛率評(píng)價(jià)用的帶有V槽的冷鍛試驗(yàn)片的形狀的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下,對(duì)將本發(fā)明的表面硬化鋼的鋼組成限定在上述范圍的理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] C:0? 10 ~0? 35 質(zhì)量%
[0026] 為了通過(guò)對(duì)冷鍛品實(shí)施的浸碳熱處理后的淬火而提高該鍛造品中心部的硬度,需 要0. 10質(zhì)量%以上的C。另一方面,如果C的含量超過(guò)0. 35質(zhì)量%,則芯部的韌性降低,因 此將C量限定在0.10~0.35質(zhì)量%的范圍。優(yōu)選為0.25質(zhì)量%以下的范圍。更優(yōu)選為 0.20質(zhì)量%以下的范圍。
[0027] Si:0? 01 ~0? 13 質(zhì)量%
[0028] Si是作為脫氧劑必須的元素,需要至少添加0. 01質(zhì)量%以上。然而,Si是在浸 碳表層優(yōu)先氧化而促進(jìn)晶界氧化的元素,另外,對(duì)鐵素體進(jìn)行固溶強(qiáng)化而提高變形抗力,使 冷鍛性惡化。因此,使上限為0.13質(zhì)量%。優(yōu)選為0.02~0.10質(zhì)量%。進(jìn)一步優(yōu)選為 0? 02 ~0? 09 質(zhì)量%。
[0029] Mn:0? 30 ~0? 80 質(zhì)量%
[0030] Mn是對(duì)提高淬透性有效的元素,需要至少添加0. 30質(zhì)量%。但是,過(guò)量添加Mn會(huì) 導(dǎo)致基于固溶強(qiáng)化的變形抗力的上升,因此使上限為〇. 80質(zhì)量%。優(yōu)選為0. 60質(zhì)量%以 下,更優(yōu)選為0.55質(zhì)量%以下。
[0031] P:0.02 質(zhì)量% 以下
[0032] P在晶體晶界產(chǎn)生偏析,使韌性降低,因此其混入量越低越優(yōu)選,允許到0. 02質(zhì) 量%。優(yōu)選為0.018質(zhì)量%以下。另外,對(duì)下限不設(shè)特別限定也沒(méi)有不存在問(wèn)題,但不必要 的低P化使精煉時(shí)間增長(zhǎng),精煉成本上升,因此從實(shí)用性的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選為〇. 012%以上。
[0033] S:0.03 質(zhì)量% 以下
[0034]S是以硫化物系夾雜物的形式存在而對(duì)提高切削性有效的元素,過(guò)量的添加會(huì)導(dǎo) 致冷鍛性的降低,因此使上限為0.03質(zhì)量%。另外,對(duì)下限沒(méi)有特別限定,但為了確保切削 性可以為0.012%以上。
[0035] A1 :0? 01 ~0? 045 質(zhì)量%
[0036] 如果過(guò)量添加A1,則鋼中的N形成A1N而被固定,從而顯現(xiàn)B的淬透性效果。為 了使浸碳處理后的部件強(qiáng)度穩(wěn)定化,重要的是不出現(xiàn)B的淬透性效果,為此,需要使上限為 0.045 質(zhì)量%。
[0037] 在此,將含有l(wèi)Oppm的B和45ppm的N且使A1的添加量為0? 048質(zhì)量%和0? 043 質(zhì)量%情況下的、從浸碳后部件的表面到內(nèi)部4mm的位置的平均硬度和測(cè)定的硬度范圍分 別示于圖1和圖2。
[0038] 由圖1和圖2可知,A1量為0. 048質(zhì)量%時(shí)(圖1),距離表面各深度位置(圖中 的橫軸)的測(cè)定的硬度范圍(圖中的上虛線(xiàn)和下虛線(xiàn)的間隔)比A1:0. 043質(zhì)量%時(shí)測(cè)定 的硬度范圍大(圖2),在各深度位置的硬度的偏差大。
[0039] 在圖3中示出了含有l(wèi)Oppm的B和45ppm的N且改變A1的添加量時(shí)的硬度偏差 的最大值(圖1或圖2中的上虛線(xiàn)和下虛線(xiàn)在縱軸上的間隔的最大值)的變化。
[0040] 由該圖可知,通過(guò)使A1的添加量為0.045質(zhì)量%以下,從而從浸碳后部件的表面 朝向內(nèi)部的硬度的偏差幅度變小。根據(jù)以上結(jié)果,使A1量的上限值為0. 045質(zhì)量%。
[0041] 應(yīng)予說(shuō)明,在圖1~圖3中示出結(jié)果的實(shí)驗(yàn)按以下條件進(jìn)行。即,實(shí)驗(yàn)中使用的鋼 為如下組成的鋼,含有C:0. 16質(zhì)量%、Si:0. 09質(zhì)量%、Mn:0. 53質(zhì)量%、P:0. 012質(zhì)量%、 S:0? 012 質(zhì)量%、Cr:1. 9 質(zhì)量%、B:0? 0015 質(zhì)量%、Nb:0? 025 質(zhì)量%和N:0? 0065 質(zhì)量%, 此外使A1為如上所述的添加量,剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。將這些鋼加工為直徑 25mm的圓棒后,在930°C下,實(shí)施3小時(shí)的碳勢(shì)1. 0質(zhì)量%的浸碳后,在60°C下進(jìn)行油冷,在 180°C下實(shí)施1小時(shí)的回火處理。對(duì)實(shí)施了該回火處理的圓棒的剖面的從表面直到內(nèi)部4mm 位置的硬度,在相同剖面內(nèi)以每個(gè)深度位置各10處進(jìn)行測(cè)定,求出各離表面的深度位置的 維氏硬度的平均值、最大值和最小值。
[0042] 另一方面,A1是對(duì)脫氧有效的元素,因此使下限為0. 01質(zhì)量%。優(yōu)選為0. 01~ 〇? 040質(zhì)量%,進(jìn)一步優(yōu)選為〇? 015~0? 035%。
[0043] Cr:0? 5 ~3. 0 質(zhì)量%
[0044] Cr是不僅有助于淬透性,還有助于提高回火軟化抗力,進(jìn)而對(duì)促進(jìn)碳化物的球狀 化有用的元素,如果含量小于0. 5質(zhì)量%,則其添加效果欠缺,另一方面,如果超過(guò)3. 0質(zhì) 量%,則會(huì)促進(jìn)過(guò)量浸碳、殘留奧氏體的生成,并對(duì)疲勞強(qiáng)度帶來(lái)負(fù)面影響。因此,將Cr量 限定在0. 5~3. 0質(zhì)量%的范圍