[发明专利]机械结构用轧制棒钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为实施热锻造等而制造的机械构件或结构部件等(以下称为机械结构部件)的原材料的机械结构用轧制棒钢及其制造方法。

本申请基于2014年07月03日在日本申请的特愿2014-137736号并主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

汽车、产业机械等中使用的机械结构部件除了高强度之外，有时还需要优异的延展性和韧性。此时，机械结构部件优选将其金属组织形成为回火马氏体，因此，大多在通过热锻造将原材料的棒钢成形后，实施淬火－回火等调质热处理，进而实施机械加工而制造。

另一方面，不那么要求韧性和延展性的机械结构部件通常从制造成本的方面出发，在热锻造后不实施调质热处理，实施机械加工来制造。不实施调质热处理而制造的钢(非调质钢)的情况下，其金属组织为由铁素体和珠光体构成的复合组织时，可得到良好的可削性及高的屈服比。金属组织包含贝氏体的情况下，可削性变差，并且屈服比降低。因此，在非调质钢的情况下，大多将金属组织形成为由铁素体和珠光体构成的复合组织。

此外，机械结构部件有时要求耐疲劳特性。

这样的情况下，金属组织为铁素体和珠光体的复合组织的机械结构部件具有软质的铁素体成为疲劳断裂的起点的问题。相对于此，例如专利文献1～3中提出了一种钢材和热锻造品，其通过利用添加Si的固溶强化、或利用V等的添加的析出强化，使铁素体硬化，减小与珠光体的硬度差，由此使耐疲劳特性提高。

但是，专利文献1中，必须含有大于0.30％的V。V如此多地含有时，即使将进行热锻造时的加热温度充分提高，V也不会充分固溶。此时，未溶解的V碳化物残存，存在机械结构部件的强度和延展性降低的问题。

此外，在专利文献2中，必须含有0.01％以上的Al。但是，Al在钢中形成硬质的氧化物，存在使钢的可削性显著降低的问题。

此外，在专利文献3中，必须含有1.0％以上的Mn和0.20％以上的Cr。但是，存在Mn及Cr为促进使可削性劣化、使屈服比降低的贝氏体的相变的元素的问题。

另一方面，例如在专利文献4中提出了一种钢材，其利用由Si引起的固溶强化作为高价元素的V的代替，进而通过添加Cr使片层间距微细化，从而谋求耐疲劳特性(疲劳强度)的提高。

但是，使钢材含有Si的情况下，虽然为一定量以下时，可谋求耐疲劳特性的提高，但是，大量含有Si时，在钢材的表面形成脱碳层，产生作为机械结构部件的耐疲劳特性降低的问题。此外，在专利文献4中，必须含有0.10％以上的Cr，但是，Cr是促进使可削性劣化、使屈服比下降的贝氏体的相变的元素。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7－3386号公报

专利文献2：日本特开平9－143610号公报

专利文献3：日本特开平11－152542号公报

专利文献4：日本特开平10－226847号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，以往未提供含有大量的Si、且不含Cr、Al、为低成本且具有优异的耐疲劳特性的机械结构部件。

本发明人进行了深入研究，结果发现为了使机械结构部件的耐疲劳特性提高，控制机械结构部件表层的硬度特别重要。此外，本发明人发现为了控制机械结构部件的表层的硬度，控制作为其原材料的轧制棒钢(机械结构用轧制棒钢)的表层部的组织是有效的。

本发明鉴于这样的实情，以提供要求强度及耐疲劳特性的适合作为机械结构部件的原材料的机械结构用轧制棒钢、及其制造方法为课题。

用于解决课题的手段

如上所述，为了使机械结构部件的耐疲劳特性提高，控制机械结构部件表层的硬度特别重要，为此，控制作为其原材料的轧制棒钢(机械结构用轧制棒钢)的表层部的组织是有效的。

但是，已知在使用不含Cr、使Si的含量增加、实现了低成本化的轧制棒钢作为原材料的情况下，机械结构部件表层的脱碳变得显著，硬度降低，耐疲劳特性劣化。

因此，本发明人对以含有大量的Si的轧制棒钢作为原材料的机械结构部件的、脱碳对耐疲劳特性产生的影响、脱碳的原因进行了研究。其结果查明了机械结构部件的表层的脱碳的原因在于作为原材料的轧制棒钢。