[发明专利]被削性优异的机械结构用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及为了制造机械部件而实施切削加工的机械结构用钢及其制造方法，详细地说，本发明涉及在滚刀(hob)加工这样的低速的断续切削中显示出优异的被削性，并且即使在实施渗碳处理和渗碳氮化处理等的表面硬化处理后，也不会招致韧性的降低的机械结构用钢及其制造方法。

背景技术

被利用到以汽车用变速机和差动装置为首的各种齿轮传动装置上的齿轮、轴、滑轮(pulley)和等速万向接头等，此外曲轴、连杆等的机械结构用部件，一般在实施锻造等加工后，通过实施切削加工而精整为最终形状。由该切削加工所需要的成本在制作费用中所占的比例很大，因此要求构成上述机械结构用部件的钢材被削性良好。

上述这样的机械结构用部件，成为最终形状后，实施渗碳和渗碳氮化处理(包括大气压、低压、真空、等离子体气氛)等的表面硬化处理，根据需要实施淬火-回火和高频淬火等，以确保规定的强度。但是，进行这种处理时有发生强度降低的问题，特别是容易发生相对于钢材的轧制方向垂直的方向(一般称该方向为“横向”)的强度降低。

作为不会使机械结构用钢的强度降低，并改善被削性的元素，历来已知有铅(Pb)，此Pb是被削性改善上是极其有效的元素。但是，Pb被指出对人体存在有害性，另外在熔炼时的铅的烟尘和切削屑等的处理的点上也有很多问题，因此近年来要求不添加Pb(无Pb)而发挥良好的被削性。

作为不添加Pb而确保良好的被削性的技术，已知有使S含量增加至0.06％左右的钢材。但是，在这一技术中，存在机械的特性(韧性、疲劳强度)容易降低的问题，使S含量增加也存在限度。其原因被认为是，硫化物(MnS)沿轧制方向很长地伸展，因此横向的韧性降低。特别是在要求有高强度化的部件中，需要极力降低S含量。由此，需要确立不积极地添加Pb和S而用于使被削性提高的技术。在这样的背景下，不积极地添加Pb和S，用于发挥良好的被削性的各种技术被提出。

可是，在作为机械结构用部件之一的齿轮的制造工艺中，一般是锻造机械结构用钢(原材)，通过滚刀加工进行粗切削，经剃齿(shaving)而精整后，进行渗碳等的热处理，再度研磨加工(珩磨)。但是，在这样的工艺中，热处理应变的发生大，因此仅通过研磨加工无法得到修正，部件的尺寸精度变差。近年来，从齿轮使用时的噪音对策出发而要求良好的尺寸精度，作为其方法，是在上述研磨加工之前实施磨削加工(精细磨光hardfinish)。

无论采用哪种制造工艺，都需要非常多的工序，切削和磨削所需要的成本变高，因此对工艺整体的成本降低的需求大。因此，对全部工序中可以缩减成本的钢材的期望大。特别是在两种工艺中通用的滚刀加工中，因其工具费用高，所以对工具寿命提高的技术的期待很大。

上述滚刀加工相当于断续切削，作为该滚刀加工所使用的工具，现在主流的是对高速工具钢实施了AlTiN等的涂敷的(以下简称为“HSS工具”)。相对于此，对超硬合金实施AlTiN等的涂敷的(以上简称为“超硬工具”)，由于存在对正火材应用时容易发生缺口的问题，因此多被应用于车削等的“连续切削”。

上述断续切削和连续切削其切削装置不同，选择与各自的切削相应的工具，但对于作为被削材的机械结构用钢来说，则期望其具备的特性是，无论在哪种切削中都发挥出良好的被削性。但是，由使用HSS工具的滚刀加工(断续切削)进行的切齿，与作为使用超硬工具的连续切削的车削加工相比，有在低速、低温下工具容易氧化、磨损的弊端。因此，供滚刀加工等的断续切削的机械结构用钢，在被削性之中，特别要求延长工具寿命。

但是实际情况是，用于断续切削中的被削性提高，特别是用于使切削速度低时的被削性提高的技术尚未确立。作为用于使被削性提高的技术，例如日本公开专利公报2001-342539中提出有一种钢材，其通过含有Al：0.04～0.20％、O：0.0030％以下，高速(切削速度：200m/min以上)下的断续切削(工具寿命)优异。根据该技术，能够实现高速下的断续切削良好的断续高速切削用钢。但是，该技术基本设定为利用超硬合金工具[使用超硬工具P10(JIS B4053)]进行的切削，关于以HSS工具进行的低速切削(低温切削)的被削性并不充分。