轉向齒桿用軋制圓鋼材和轉向齒桿的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及轉向齒桿用乳制圓鋼材（以下，有時稱為"齒桿用乳制圓鋼材"）和轉 向齒桿（以下，有時稱為"齒桿"）。
[0002] 需要說明的是，上述的"乳制圓鋼材"是指，通過乳制將截面的形狀加工成圓形的 鋼材。
【背景技術】
[0003] 汽車部件之中，轉向裝置所用的齒桿是操控汽車的行駛方向并且具有連接左右兩 個輪的骨架作用的重要部件，其破損時，方向盤將無法操作。因此，要求齒桿所用的鋼材有 高的可靠性。
[0004] 齒桿以往如下制造得到，對中碳鋼的乳制圓鋼材進行淬火回火的調(diào)質處理，根據(jù) 需要進行拉拔加工，通過切削加工進行開孔和切齒（齒形部的形成），對該齒形部進行高頻 淬火和回火。
[0005] 因此，對于齒桿來說要求即便施加過大的負荷時也不會達到高頻淬火層中產(chǎn)生的 龜裂加劇致使母材斷裂的程度。
[0006] 此外，齒桿要在徑向中心部的長度方向實施深孔加工。
[0007] 因此，為了兼顧制造性和部件特性，要求作為齒桿的原材料使用的圓鋼材有深孔 加工時的良好的切削性以及阻止所產(chǎn)生的龜裂加劇的優(yōu)異的母材沖擊特性（母材韌性）。
[0008] 作為這樣的齒桿所用的鋼材，本發(fā)明人等提出例如如下的鋼材。
[0009] 專利文獻1中提出了如下的高頻淬火用乳制鋼材，其特征在于，具有如下的化學 成分：以質量％計，C :0? 38 ~0? 55%、Si :1. 0% 以下、Mn :0? 20 ~2. 0%、P :0? 020% 以下、 S :0? 10% 以下、Cr :0? 10 ~2. 0%、A1 :0? 10% 以下和 N :0? 004 ~0? 03%、以及余量由 Fe 和 雜質組成，式[fnl = C+(l/10)Si+(l/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V-(5/7)S](其中，式中的 C、Si、 Mn、Cr、V和S表示各個元素的以質量％計的含量）所示的fnl的值為1. 20以下；顯微組織 含有鐵素體、層狀珠光體和球狀滲碳體，鐵素體的平均晶體粒徑為10 ym以下，層狀珠光體 中的層的間隔為200nm以下的層狀珠光體在顯微組織中所占的面積比例為20~50%以及 球狀滲碳體的個數(shù)為4X IO5個/mm 2以上。
[0010] 另外，該高頻淬火用乳制鋼材可以進一步含有選自Cu、Ni、Mo、Ti、Nb和V中的1 種以上。
[0011] 專利文獻2中提出如下的高頻淬火用乳制鋼材，其特征在于，具有如下的化學成 分：以質量％計，C :0? 38 ~0? 55%、Si :1. 0% 以下、Mn :0? 20 ~2. 0%、P :0? 020% 以下、S : 0? 10% 以下、Cr :0? 10 ~2.0%、Al :0.010 ~0? 10%和 N :0.004 ~0.03%、以及余量由 Fe 和雜質組成，式[Ceq = C+(l/10)Si+(l/5)Mn+(5/22)Cr+1.65V-(5/7)S](其中，式中的 C、 Si、Mn、Cr、V和S表示各個元素的以質量％計的含量）所示的Ceq的值為1. 20以下以及 Si、Mn和Cr的總含量滿足1. 2~3. 5% ;顯微組織含有鐵素體、層狀珠光體和球狀滲碳體， 該鐵素體的平均晶體粒徑為10 ym以下，層狀珠光體在顯微組織中所占的面積比例為20% 以下（包括0%)以及球狀滲碳體的個數(shù)為6X IO5個/mm2以上。
[0012] 另外，該高頻淬火用乳制鋼材可以進一步含有選自Cu、Ni、Mo、Ti、Nb和V中的1 種以上。
[0013] 現(xiàn)有技術文獻
[0014] 專利文獻
[0015] 專利文獻1 :日本特開2011-214130號公報
[0016] 專利文獻2 :日本特開2011-241466號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明要解決的問題
[0018] 對于前述的專利文獻1和專利文獻2所提出的乳制鋼材，不斷地期望用于防止破 損的母材韌性和用于加工深孔的切削性進一步提升。
[0019] 本發(fā)明是響應上述期望而做出的，因此目的在于提供可適合作為要進行高頻淬火 的齒桿的原材料使用的乳制圓鋼材以及使用其的齒桿。更具體而言，目的在于提供并不一 定需要昂貴的元素、即便不進行調(diào)質處理也可獲得能夠使齒桿中產(chǎn)生的龜裂停止的高的母 材韌性、而且具有在徑向中心部的長度方向加工深孔所需的良好的切削性的轉向齒桿用乳 制圓鋼材以及使用其的轉向齒桿。
[0020] 需要說明的是，高的母材韌性意指：在乳制鋼材的狀態(tài)下，使用了 JIS Z2242 (2005)中規(guī)定的帶有缺口角度45。、缺口深度2mm且缺口底半徑0.25mm的V型缺口 的寬度IOmm的標準試驗片（以下，稱為"V型缺口夏比沖擊試驗片"）的夏比沖擊試驗中的 試驗溫度25°C下的沖擊值為120J/cm 2以上。
[0021] 用于解決問題的方案
[0022] 本發(fā)明人等對于可不對中碳鋼實施調(diào)質處理地獲得高的母材韌性并且用于確保 中心部的良好的切削性的方法進行了各種實驗室規(guī)模的研究。
[0023] 具體而言，首先對基于含有鐵素體和層狀珠光體的顯微組織使母材韌性提升的方 法進行了研究。結果得到下述見解。
[0024] (A)若使鐵素體微細且沿平行于乳制方向的方向延伸，此外使層狀珠光體中的滲 碳體為球狀滲碳體且使層狀珠光體小于特定的比例、并且含有特定量以上的球狀滲碳體， 則對于在垂直于乳制方向的截面加劇的龜裂的阻力升高，因此可以提高母材韌性。
[0025] 接著，基于含有鐵素體和層狀珠光體的顯微組織，對于組織對加工深孔時的切削 性造成的影響進行了調(diào)查。結果得到下述見解。
[0026] (B)顯微組織中的球狀滲碳體的量變得過多時，切肩處理性變差導致切削阻力升 高、切削性劣化。而若為含有特定比例以上的層狀珠光體并且將球狀滲碳體抑制為小于特 定量的組織，則切肩處理性變好，結果切削阻力降低，所以切削性提升。
[0027] 因此進而為了使母材韌性和切削性提升，調(diào)查了成分元素的影響。結果得到下述 見解。
[0028](C) S與Mn鍵合而形成MnS，在鋼材的縱向（平行于乳制方向的方向）延伸而使韌 性提升。而且，若含有特定量的S，則切肩處理性提升而使切削阻力降低，所以切削性變得良 好。
[0029] 因此，基于上述（A)~（C)的見解，進行了更詳細的研究。結果得到下述重要的見 解。
[0030] (D)作為轉向齒桿用乳制圓鋼材，需要用于防止破損的母材韌性的部位是圓鋼材 的自表面至半徑的1/2位置的區(qū)域。因此，若使上述區(qū)域的顯微組織含有微細且沿平行于 乳制方向的方向延伸的鐵素體、限于特定比例以下的層狀珠光體以及特定量以上的球狀滲 碳體，則可得到足以防止破損的母材韌性。
[0031] (E)另一方面，在顯微組織含有鐵素體、層狀珠光體和球狀滲碳體的乳制圓鋼材的 中心部，若含有特定比例以上的層狀珠光體并且使球狀滲碳體小于特定量，則可得到優(yōu)異 的切削性。
[0032] 本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其要旨在于下述所示的轉向齒桿用乳制圓鋼材 和轉向齒桿。
[0033] (1) 一種轉向齒桿用乳制圓鋼材，化學組成以質量％計為C :0.38~0.55%、Si : 1. 0% 以下、Mn :0? 20 ~2. 0%、S :0? 005 ~0? 10%、Cr :0? 01 ~2. 0%、A1 :0? 003 ~0? 10%、 N :0. 003 ~0. 03%、Cu :0 ~1. 0%、Ni :0 ~3. 0%、Mo :0 ~0. 50%、Ti :0 ~0. 10%、Nb : 0 ~0? 10%、V :0 ~0? 30%、Ca :0 ~0? 005%、Pb :0 ~0? 30%、余量：Fe 和雜質，雜質中的 P為0. 030%以下；顯微組織含有鐵素體、層狀珠光體和滲碳體，在垂直于乳制方向的截面， 自表面至半徑的1/2位置的區(qū)域的鐵素體等平均粒徑為10 ym以下、層狀珠光體的面積率 小于20%、滲碳體中的球狀滲碳體的個數(shù)為4X IO5個/mm2以上，中心部的層狀珠光體的面 積率為20%以上、以及滲碳體中的球狀滲碳體的個數(shù)小于4X IO5個/mm2,并且在穿過該圓 鋼材的中心線并平行于乳制方向的截面，自表面至半徑的1/2位置的區(qū)域的鐵素體的平均 長徑比為3以上。
[0034] (2)上述⑴的轉向齒桿用乳制圓鋼材以質量％計含有選自Cu :0. 10~1. 0%、 Ni :0? 10 ~3. 0%和 Mo :0? 10 ~0? 50% 中的 1 種以上。
[0035] (3)上述⑴或⑵的轉向齒桿用乳制圓鋼材以質量％計含有選自Ti :0. 010~ 0? 10%、Nb :0? 010 ~0? 10%和 V :0? 010 ~0? 30% 中的 1 種以上。
[0036] (4)上述⑴~（3)中任一項的轉向齒桿用乳制圓鋼材以質量％計含有選自Ca : 0? 0005 ~0? 005%和 Pb :0? 05 ~0? 30% 中的 1 種以上。
[0037] (5)不調(diào)質地直接使用上述（1)~（4)中任一項的轉向齒桿用乳制圓鋼材的轉向 齒桿。
[0038] "雜質"是指，工業(yè)上制造鋼鐵材料的過程中，從作為原料的礦石、廢料中混入或者 從制造環(huán)境等中混入的物質。
[0039] "球狀滲碳體"是指，長徑L與短徑W之比（L/W)為2. 0以下的滲碳體。
[0040] "中心部"是指，處于從中心到半徑的1/4為止的距離的部位。
[0041] "不調(diào)質地直接使用"是指，不進行淬火_回火的所謂"調(diào)質處理"地使用。
[0042] 發(fā)明的效果
[0043] 本發(fā)明的轉向齒桿用乳制圓鋼材并不一定需要含有昂貴的V，即便不進行調(diào)質處 理，在乳制圓鋼材的狀態(tài)下也具有使用了 V型缺口夏比沖擊試驗片的夏比沖擊試驗中的試 驗溫度25°C下的沖擊值為120J/cm2以上的高的母材韌性，此外具有用于在中心部加工深孔 的良好的切削性，所以適合作為轉向齒桿的原材料使用。
[0044] 另