[发明专利]表面硬化钢、渗碳部件及表面硬化钢的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及渗碳时的粗大粒防止特性和疲劳特性优良的表面硬化钢及其制造方法。

本申请基于2009年1月16日在日本提出申请的特愿2009-008174号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

在齿轮、轴承部件、转动部件、轴、等速连接部件中，通常，使用例如日本工业标准(JIS)中JIS G 4052、JIS G 4104、JIS G 4105、JIS G 4106等中规定的中碳的机械结构用合金钢。这些部件通常通过利用冷锻(包含旋锻)或热锻-切削加工成规定的形状，然后进行渗碳淬火的工序来制造。对于冷锻，制品的表面、尺寸精度好，与热锻相比制造成本低，成品率也良好。因此，将以往通过热锻制造的部件转换到冷锻的倾向在增强。其结果是，通过冷锻-渗碳工序制造的渗碳部件的应用对象或用途近年来显著增加。作为渗碳部件制造中的大的课题，可列举出热处理变形的减低。该课题例如是为解决以下问题而要求的。在采用渗碳部件作为轴的情况下，如果因热处理变形而发生弯曲变形，则损害作为轴的功能。此外在采用渗碳部件作为齿轮或等速连接部件的情况下，在热处理变形增大的情况下，引起噪音及振动的原因。这里，渗碳部件中发生的热处理变形的最大原因是基于渗碳时发生的粗大粒。为了对该渗碳时发生的粗大粒进行抑制，以往，在冷锻后、渗碳淬火前进行退火。但是，特别是近年来，从削减成本的观点出发，省略退火的倾向在增强。所以，强烈要求即使在省略退火的情况下，在渗碳部件内也不产生粗大粒的钢材。

另一方面，对于齿轮、轴承部件、转动部件中的负载高面压的轴承部件、转动部件，一直在进行高深度渗碳。高深度渗碳通常需要十几小时到几十小时的长时间，因此从减少能量的消耗量的观点出发，渗碳时间的缩短化是重要的课题。为了渗碳时间的缩短化，渗碳温度的高温化和渗碳前的坯材碳量的增加是有效的。通常的渗碳温度为930℃左右，但如果假定在990～1090℃的温度区进行所谓的高温渗碳，则发生产生粗大粒、得不到所需的疲劳特性、转动疲劳特性等问题。因此，要求即使在高温渗碳中也不产生粗大粒的、即适合高温渗碳的表面硬化钢。例如，为了得到与通常渗碳时相同的有效硬化层深度，通过将渗碳前的坯材碳量进行高碳化以达到通常表面硬化钢水平的0.2％至0.3％的C浓度，则成为能够缩短渗碳时间的计算。

特别是负载高面压的齿轮、轴承部件、转动部件多是大型部件，通常通过“棒钢-热锻-根据需要的正火等热处理-切削-渗碳淬火-根据需要的研磨”的工序来制造。为了抑制渗碳时的粗大粒的产生，需要在热锻后的状态下，即在热锻部件的状态下，锻入合适的材质以抑制粗大粒。为此，需要在棒钢线材的坯材的状态下锻入合适的材质以抑制粗大粒。

作为以往用于稳定地抑制表面硬化钢的粗大粒的技术，公开了含有规定量的Al、N，并使与热轧方向平行的截面的组织的铁素体带的状态适当化而得到的粗大粒防止特性优良的表面硬化钢(例如参照专利文献1。)。但是，在该专利文献1的公开技术中，现状是：对于经由球状化退火-冷锻工序制造的部件，有时不能稳定地发挥抑制粗大粒的能力，而且即使在高温渗碳中有时也不能抑制粗大粒的产生。

此外，在专利文献2的公开技术中公开了一种表面硬化钢的制造方法，该方法采用除了含有规定量的C、Si等、以质量％计进一步含有Ti：0.10～0.30％、N：低于0.01％的钢材，在1250～1400℃的温度范围进行钢坯热轧加热，同时在Ac3～1050℃进行制品轧制加热。此外，专利文献3的公开技术中公开了一种通过使由与专利文献2相同的成分构成的表面硬化钢中的Ti碳化物微细分散，来提高转动疲劳寿命及旋转弯曲疲劳寿命的技术。

另外，专利文献4中公开了一种高强度表面硬化钢，该表面硬化钢除了含有规定量的C或Si等外，以质量％计进一步含有Ti：超过0.1且小于等于0.2％、N：0.015％以下，由原奥氏体结晶粒度被微细化到以JIS G0551计为No.11以上的马氏体组织构成。此外，还公开了一种高强度表面硬化钢，该表面硬化钢以质量％计含有N：0.020％以下，含有“Ti：0.05～0.2％、V：0.02～0.10％、Nb：0.02～0.1％”中的1种或2种以上，由原奥氏体结晶粒度被微细化到以JIS G0551计为No.11以上的马氏体组织构成。