[发明专利]表面硬化钢及其制造方法、以及使用表面硬化钢的机械构造零件

说明书

技术领域

本发明涉及一种在汽车等运输机器、建设机械、其他产业机械等中，进行渗碳处理而使用的作为机械构造零件的坯材的表面硬化钢及其制造方法、以及使用该表面硬化钢而得到的机械构造零件，尤其，涉及一种显现出冷锻性以及渗碳处理后的结晶粒粗大化防止特性的表面硬化钢及其制造方法、以及机械构造零件。

背景技术

在运输机器、建设机械、其他产业机械等各种产业机械中使用的机械构造零件中，尤其要求高强度的机械构造零件的坯材，一直以来，使用SCr、SCM、SNCM等JIS标准确定的机械构造用合金钢钢材(表面硬化钢)。该表面硬化钢在通过锻造或切削等机械加工成形为希望的零件形状后，实施渗碳或碳氮共渗等表面硬化处理(表面硬化处理)，之后，经过研磨等工序而制造机械构造零件。

近年来，在上述机械构造零件的制造工序中，从现有的热锻或温锻希望变成冷锻。所谓冷锻，通常是指在200℃以下的环境中的加工，冷锻具有如下优点：与热锻或温锻相比，生产率高，而且尺寸精度以及钢材的成品率都好。但是，在使用以上述的JIS标准规定的表面硬化钢的情况下，产生如下问题：冷锻性的不够或由于冷锻后的渗碳而使得结晶粒粗大而使零件强度等机械特性劣化。因此，作为结晶粒粗大化防止技术，公开有专利文献1～3的技术。在这些文献中公开了如下技术：通过添加Ti、Nb等元素，使TiC、Nb(CN)等析出物在钢中微细地分散，由此发挥销固(pinning)效果，防止结晶粒的粗大化。另外，例如在专利文献4中提出，在实施这种结晶粒粗大化防止对策的同时，通过合金元素添加量的调整来提高冷锻性的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11—92868号公报

专利文献2：日本特开2005—200667号公报

专利文献3：日本特开2007—321211号公报

专利文献4：日本特开2003—183773号公报

在机械构造零件的领域，冷锻化的需求日益强化，对于作为其坯材的表面硬化钢，也希望提供冷锻性以及渗碳后的结晶粒粗大化防止特性双方比目前更加优越的表面硬化钢。

发明内容

本发明是着眼于上述这种情况而提出的，其目的在于，提供一种即便是复杂形状零件或大型零件，也能够确保足够的冷锻性，而且渗碳后的结晶粒粗大化防止特性也优越的全新的表面硬化钢及其制造方法、以及使用该表面硬化钢得到的机械构造零件。

能够解决上述问题的本发明的表面硬化钢的要旨在于：以质量％计算，含有C：0.05～0.20％，Si：0.01～0.1％，Mn：0.3～0.6％，P：0.03％以下(不含0％)，S：0.001～0.02％，Cr：1.2～2.0％，Al：0.01～0.1％，Ti：0.010～0.10％，N：0.010％以下(不含0％)，B：0.0005～0.005％，余量包括铁以及不可避免杂质，当量圆直径小于20nm的Ti系析出物的密度是10～100个/μm²，且，当量圆直径20nm以上的Ti系析出物的密度是1.5～10个/μm²，维氏硬度是130HV以下。

在本发明的优选实施方式中，上述表面硬化钢还含有Mo：2％以下(不含0％)。

在本发明的优选实施方式中，上述表面硬化钢还含有Cu：0.1％以下(不含0％)及/或Ni：3％以下(不含0％)。

另外，能够解决上述问题的本发明的表面硬化钢的制造方法的要旨在于，包括：准备上述任一项所述的化学成分的钢，在1100℃～1280℃进行30分钟以下的均热处理的工序；以及在800～1000℃进行120分钟以下的再热加工的工序。

另外，本发明提供一种机械构造零件，其是对上述的表面硬化钢进行冷加工后，实施渗碳处理的机械构造零件，其中(a)从表面到深度200μm位置的范围内的旧奥氏体粒的平均结晶粒度为8～14号，且(b)从距离表面的深度200μm位置到深度500μm位置的范围内的旧奥氏体粒的平均结晶粒度为6～12号，并且没有旧奥氏体粒的结晶粒度为5.5号以下的粗大粒，这样的机械构造零件也包含于本发明的范围内。

发明效果

根据本发明的表面硬化钢，当量圆直径小于20nm的微细Ti系析出物和当量圆直径20nm以上的粗大Ti系析出物以适当的密度平衡良好地分散，因此，硬度硬，且冷锻时的变形阻力得到抑制，冷锻性提高，并且能够防止之后的渗碳处理所引起的结晶粗大化。

附图说明

图1是表示实施例1的渗碳处理条件的模式图。