專利名稱：淬火用鋼材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切削性和淬火穩(wěn)定性優(yōu)良的淬火用鋼材及其制造方法。本申請基于2010年5月31日在日本提出申請的特愿2010-124536號并主張其優(yōu)先權(quán)，這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來，鋼的高強度化在發(fā)展，但另一方面產(chǎn)生加工性下降的問題。因此，強烈要求既保持強度又改善了切削性的鋼。以往，為了提高鋼的切削性，添加S、Pb、Bi等提高切削性的元素。Pb及Bi提高切削性，對鍛造的影響也比較小，但使沖擊特性等強度特性降低。
此外，S通過形成MnS這樣的在切削環(huán)境下軟質(zhì)的夾雜物來提高切削性，但MnS與Pb等的粒子相比較大，因而容易成為應(yīng)力集中源。特別是，如果MnS在鍛造或軋制中拉伸，則例如沖擊特性等產(chǎn)生各向異性，特定方向的機(jī)械特性極度減弱。在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)物時，需要考慮到機(jī)械特性的各向異性。所以，在鋼中添加S時，需要降低機(jī)械特性的各向異性的技術(shù)。這樣，即使添加對提高切削性有效的元素，由于沖擊特性降低，因此強度和切削性的兼顧是困難的。另外，近年來，從保護(hù)環(huán)境的觀點出發(fā)，有避免使用Pb的傾向。因此，為了使鋼的切削性和強度兼顧，需要進(jìn)一步的技術(shù)革新。以前，提出了幾種在不降低強度的情況下改善切削性的技術(shù)。專利文獻(xiàn)I中提出了機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其分別含有c :0. 05 I. 2%(質(zhì)量％，以下相同)、Si 0. 03 2%、Mn :0. 2
I.8%、P 0. 03% 以下(不包含 0%)、S 0. 03% 以下(不包含 0%)、Cr :0. I 3%、A1 :0. 06 0. 5%、N :0. 004 0. 025% 及 0 :0. 003% 以下(不包含 0%)，并且含有 Ca :0. 0005 0. 02% 及 / 或 Mg 0. 0001 0. 005%，鋼中的固溶N :0. 002%以上，剩余部分包含鐵及不可避免的雜質(zhì)，且滿足下式(A)的關(guān)系。(0. IX [Cr] + [Al])/
彡 150 式(A)式中，[Cr]、[Al]及
分別表示Cr、Al及0的含量(質(zhì)量％)。專利文獻(xiàn)2中提出了一種機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其由含有C :0. 01 0. 7%、Si 0. 01 2. 5%、Mn :0. I 3%、S :0. 01 0. 16%、Mg :0. 02% 以下(不包含 0%),且滿足[Mg]/> 7. 7X10 —3的鋼構(gòu)成，在鋼中觀察到的硫化物系夾雜物中，長徑5 iim以上的硫化物系夾雜物的縱橫尺寸比的平均值為5. 2以下，長徑50 y m以上的硫化物系夾雜物的縱橫尺寸比的平均值為10. 8以下，且在將長徑20 u m以上的硫化物系夾雜物的個數(shù)設(shè)為a、將長徑5um以上的硫化物系夾雜物的個數(shù)設(shè)為b時，滿足a/b ( 0. 25。專利文獻(xiàn)3中提出了一種滲碳用鋼，其含有C :0. 12 0. 22%、Si :0. 40 I. 50%、Mn :0. 25 0. 45%,Ni :0. 50 I. 50%,Cr :1. 30 2. 30%,B :0. 0010 0. 0030%,Ti :0. 02 0. 06%、Nb :0. 02 0. 12%、Al :0. 005 0. 050%，剩余部分實質(zhì)上由Fe組成，在頂端淬火試驗中距達(dá)到相當(dāng)于50%馬氏體的硬度的位置的淬火端的距離為20mm以上，且成分參數(shù)H(H=106C (%) + 10. 8Si (%) + 19. 9Mn (%) + 16. 7Ni (%) + 8. 55Cr (%) + 45. 5Mo (%) +28)為95以下?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利第4193998號公報專利文獻(xiàn)2 :日本專利第3706560號公報專利文獻(xiàn)3 :日本特開2002-309342號公報非專利文獻(xiàn) 非專利文獻(xiàn)I 焼入性=求A方i活用=”(作者大和久重雄，發(fā)行所日刊工業(yè)新聞，發(fā)行日昭和54年9月25日)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題在專利文獻(xiàn)I 3提出的技術(shù)中存在下述問題點，對于在不降低強度的情況下改善切削性的要求不能充分應(yīng)對。專利文獻(xiàn)I提出的鋼改善了切削工具壽命，另一方面，由于以0. 06 0. 5%比較大量地含有氮化物生成元素的Al，因此N通過Al以AlN的形式被固定。其結(jié)果是，以0.005%以下添加的B變成固溶狀態(tài)，與B量相應(yīng)地提高淬透性。但是，固溶B帶來的提高淬透性的效果即使是少量的B量也是顯著的，因此抑制淬透性的偏差(即得到淬火穩(wěn)定性)是困難的。在專利文獻(xiàn)2提出的鋼中，對切削工具壽命沒有任何考慮，沒有充分得到用來避免切削工具壽命縮短的特性。在專利文獻(xiàn)3提出的鋼中，可兼顧高淬透性和低原材料硬度，因此認(rèn)為能夠在不降低滲碳后的強度的情況下改善切削性?？墒?，上述鋼含有0. 0010 0. 0030%的B，在氣體滲碳時，由于從表層滲入的N，本來應(yīng)提高淬透性的固溶B成為BN，不能避免因沒有提高滲碳表層部的淬透性，不完全淬火組織增加而使強度下降的問題。即，在專利文獻(xiàn)3提出的鋼中，不能達(dá)到如目標(biāo)的淬透性，淬透性依賴于從表層滲入的N的量而變動，不能確保穩(wěn)定的淬透性。結(jié)果，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于現(xiàn)今所要求的在保持強度即穩(wěn)定的淬透性(淬火穩(wěn)定性)的同時改善切削性的課題，不能充分應(yīng)對。因此，本發(fā)明鑒于上述實際情況，以提供在保持穩(wěn)定的淬透性的同時切削性也優(yōu)良的淬火用鋼材為課題。用于解決問題的手段本發(fā)明為解決上述問題而采取以下措施。(I)本發(fā)明的第I形態(tài)是一種淬火用鋼材，其化學(xué)成分以質(zhì)量％計，含有C :0. 15 0. 60%、Si :0. 01 I. 5%、Mn :0. 05 2. 5%、P :0. 005 0. 20%、S :0. 001 0. 35%、Al :超過0. 06且小于等于0. 3%及總N :0. 006 0. 03%,剩余部分包含含有0. 0004%以下的B的不可避免的雜質(zhì)和Fe ;用JIS G 0561中規(guī)定的喬米尼(Jominy)式頂端淬火法測定的距淬火端的距離為5mm的位置處的硬度R和距淬火端的距離為4. 763mm的位置處的計算硬度H滿足HX0. 948 ^ R ^ HXl. 05。(2)在上述(I)所述的淬火用鋼材中，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計，可以進(jìn)一步含有Cr 0. I 3. 0%、Mo 0. 01 I. 5%、Cu :0. I 2. 0%、Ni :0. I 5. 0%、Ca :0. 0002 0. 005%、Zr 0. 0003 0. 005%、Mg :0. 0003 0. 005%、REM :0. 0001 0. 015%、Nb :0. 01 0. 1%、V 0. 03 I. 0%、W :0. 01 I. 0%、Sb :0. 0005 0. 0150%、Sn :0. 005 2. 0%、Zn :0. 0005 0. 5%、Te :0. 0003 0. 2%、Bi :0. 005 0. 5% 及 Pb :0. 005 0. 5% 中的至少 I 種。(3)在上述(I)所述的淬火用鋼材中，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計，可以進(jìn)一步含有Ti :0. 001 0. 05%，在將總N量(％)規(guī)定為[總N]、將Ti量(％)規(guī)定為[Ti]時，[總N]及[Ti]滿足 0. 006 + [Ti] X (14/48)彡[總 N]彡 0. 03。(4)在上述(3)所述的淬火用鋼材中，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計，可以進(jìn)一步含有Cr :0. I 3. 0%、Mo 0. 01 I. 5%、Cu :0. I 2. 0%、Ni :0. I 5. 0%、Ca :0. 0002 0. 005%、Zr :0. 0003 0. 005%、Mg :0. 0003 0. 005%、REM :0. 0001 0. 015%、Nb :0. 01 0. 1%、V 0. 03 I. 0%、W :0. 01 I. 0%、Sb :0. 0005 0. 0150%、Sn :0. 005 2. 0%、Zn :0 . 0005 0. 5%、Te :0. 0003 0. 2%、Bi :0. 005 0. 5% 及 Pb :0. 005 0. 5% 中的至少 I 種。(5)本發(fā)明的第2形態(tài)是一種淬火用鋼材的制造方法，其中，對具有上述(I) (4)中任一項所述的化學(xué)成分的鋼坯，進(jìn)行在1260°C以上的加熱溫度下保持20分鐘以上的熱處理。(6)本發(fā)明的第3形態(tài)是一種淬火用鋼材的制造方法，其中，對具有上述(3)或(4)所述的化學(xué)成分的鋼坯，在Ti為0. 019%以上時進(jìn)行在1200°C以上的加熱溫度下保持20分鐘以上的熱處理，在Ti為0. 025%以上時進(jìn)行在1150°C以上的加熱溫度下保持20分鐘以上的熱處理。(7)本發(fā)明的第4形態(tài)是一種動力傳遞部件，其通過對上述(I) (4)中任一項所述的淬火用鋼材進(jìn)行機(jī)械加工及淬火來得到。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可通過改善切削性的效果來延長工具壽命，降低生產(chǎn)成本，且表現(xiàn)出穩(wěn)定的淬透性，可抑制熱處理應(yīng)變的偏差。
具體實施例方式本發(fā)明人等為了解決上述課題，對淬火用鋼材的化學(xué)成分及熱過程、以及大范圍且系統(tǒng)地變化時的淬火用鋼材的淬透性與切削性的關(guān)系進(jìn)行了銳意的調(diào)查。其結(jié)果是，得到以下的見識(A) (C)。以下，只要沒有特別說明，表示含量的“％”就是指“質(zhì)量％”。(A)如果Al超過0. 06%，則Al在鋼中以固溶Al的形式存在，改善淬火用鋼材的切削性。特別是，如果采用被下述被膜被覆的工具來切削淬火用鋼材，該被膜含有由與氧的親和力的大小為Al以下的金屬元素形成的氧化物、即標(biāo)準(zhǔn)生成自由能的絕對值為Al2O3的值以下的氧化物，則在工具與淬火用鋼材的接觸面容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。其結(jié)果是，在工具表層容易生成作為工具保護(hù)膜發(fā)揮作用的Al2O3被膜，工具壽命大幅度延長。(B)如果Al超過0.06%，則N以氮化物(AlN)的形式被固定。其結(jié)果是，B變成固溶狀態(tài)，固溶B使淬透性不穩(wěn)定。(C)在Al超過0. 06%時，為了回避不可避免的雜質(zhì)量的B對淬透性的影響，有必要滿足以下條件(a) (C)。(a)將不可避免的雜質(zhì)中的B限制在0. 0004質(zhì)量％以下。
(b)在將總N量(質(zhì)量％)規(guī)定為[總N]、將Ti量(質(zhì)量％)規(guī)定為[Ti]時，[總N]及[Ti]滿足下式(I)。0. 006 + [Ti] X (14/48)彡[總 N]彡 0. 03 式(I)(C)在淬火熱處理前將鋼坯加熱至1260°C(但是，隨著Ti量的增加，加熱至1200°C或1150°C)以上的高溫，至少保持20分鐘以上。以下，對基于上述見識而完成的本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。首先，對本發(fā)明的一實施方式的淬火用鋼材的化學(xué)成分進(jìn)行說明。C :0. 15 0. 60%
C是對鋼強度有較大影響的元素。在C低于0. 15%時，得不到良好的強度，不得不大量投入其它合金元素。另一方面，如果C超過0.60%，則硬度上升，切削性顯著下降。為了得到良好的強度和所要求的切削性，將C規(guī)定為0. 15 0. 60%。C的下限值優(yōu)選為0. 30%。C的上限值優(yōu)選為0. 50%。Si :0. 01 I. 5%Si是對鋼的脫氧有效的元素，此外，對于鐵素體的強化及提高抗回火軟化也是有效的元素。在Si低于0. 01%時，添加效果不充分，如果超過I. 5%，則鋼脆化，而且切削性大幅度下降，進(jìn)而阻礙滲碳性。因而，將Si規(guī)定為0. 01 I. 5%。Si的下限值優(yōu)選為0. 03%。Si的上限值優(yōu)選為I. 2%。Mn :0. 05 2. 5%、Mn是以MnS的形式固定鋼中的S，使其分散并且固溶在基體中，有助于提高淬透性及確保淬火后的強度的元素。在Mn低于0. 05%時，鋼中的S與Fe結(jié)合形成FeS，使鋼脆化。另一方面，如果Mn超過2. 5%，則坯料的硬度上升，冷加工性下降，而且對強度及淬透性的影響也飽和。因而，將Mn規(guī)定為0. 05 2. 5%。Mn的下限值優(yōu)選為0. 10%。Mn的上限值優(yōu)選為 2. 2%。P :0. 005 0. 20%P是使切削性良好的元素，但在低于0. 005%時，得不到添加效果。另一方面，如果P超過0. 20%,則坯料的硬度上升，冷加工性和熱加工性及鑄造特性也降低。因而，將P規(guī)定為0. 005 0. 20%。P的下限值優(yōu)選為0. 010%。P的上限值優(yōu)選為0. 15%。S :0. 001 0. 35%S是在鋼中形成MnS、有助于提高切削性的元素，但在低于0. 001%時不能充分得到添加效果。另一方面，如果S超過0. 35%，則添加效果飽和，而且，因產(chǎn)生晶界偏析而引起晶界脆化。因此，將S規(guī)定為0.001 0.35%。S的下限值優(yōu)選為0.01%。S的上限值優(yōu)選為0. 1%。Al :超過0. 06且小于等于0. 3%Al是以鋼脫氧為目的而添加的，但在N為0. 008%以下的狀態(tài)時，如果Al存在超過0. 06%，則在鋼中形成固溶Al，該固溶Al有助于提高切削性。另一方面，如果Al超過0. 3%，則Al2O3夾雜物的粒徑增大，高循環(huán)區(qū)的疲勞強度劣化。因而，將Al規(guī)定為超過0.06且小于等于0. 3%。Al的下限值優(yōu)選為0. 08%。Al的上限值優(yōu)選為0. 15%?？侼 (Ti = 0%) :0. 006 0. 03%總N (Ti > 0%) :0. 006 + [Ti] X (14/48) 0. 03%
N在鋼中與Al、Ti、Nb及/或V結(jié)合，形成氮化物或碳氮化物，抑制晶粒的粗大化。此外，N通過與作為雜質(zhì)含有的B結(jié)合形成BN，使在奧氏體晶界偏析的B量(成為淬透性發(fā)生偏差的主要原因)降低。在不添加Ti時，如果總N低于0. 006%，則不能充分體現(xiàn)出添加效果。此外，在添加后述的Ti時，如果總N低于“0. 006 + [Ti] X (14/48)” ([Ti] =Ti的質(zhì)量％)，同樣不能充分體現(xiàn)出添加效果。另一方面，如果總N超過0.03%，除了添加效果飽和以外，在熱軋或熱鍛的加熱時殘存未固溶的碳氮化物，對抑制晶粒粗大化有效的微細(xì)碳氮化物的量難以增加。因而，在不添加Ti時，將總N規(guī)定為0. 0060 0. 03%,在添加Ti時，將總N規(guī)定為“0. 006 + [Ti] X (14/48)” 0. 03%?？侼的下限值優(yōu)選為0. 0080%?？侼的上限值優(yōu)選為 0. 010%o
再有，在添加Ti時，將總N% ([總N])規(guī)定為0. 006 + [Ti] X (14/48)以上。 在本實施方式的淬火用鋼材中，通過在淬火時使鋼中的B在BN或析出物(TiN、TiCN、MnS等)的周圍偏析，可降低有助于提高淬透性的向奧氏體晶界偏析的B量，由此可抑制B帶來的淬透性的提高。這里，[總N]越多，BN越容易析出，因此[總N]需要在所需量以上。但是，當(dāng)在鋼中存在Ti時，TiN直到高溫區(qū)都穩(wěn)定地存在，因此[總N]需要為相對于0. 06%再加上扣除的TiN中的N量即N量“ [Ti] X原子量比(14/48)”所得的量。因此，在添加Ti時，將總N% ([總N])的下限值規(guī)定為0. 006 + [Ti] X (14/48)。B :超過0%且小于等于0. 0004%B因在奧氏體晶界偏析而不穩(wěn)定地提高鋼的淬透性。在本實施方式的淬火用鋼材中，將作為不可避免的雜質(zhì)混入的B限制在0. 0004%以下。B是即使不有意添加也不可避免地從鐵原料混入鋼中的元素，因此作為下限規(guī)定為超過0%。但是，要將B量穩(wěn)定地控制在0. 0001%以下，從成本方面出發(fā)負(fù)擔(dān)較大，因而也可以將下限值規(guī)定為0. 0001%。Al在通常的脫氧劑水平的量的情況下，即使含有B作為不可避免的雜質(zhì)，B對淬透性的影響也小到能夠無視的程度。但是，如果鋼中存在Al超過0. 06%,則N以氮化物的形式被固定，不可避免的雜質(zhì)的B變成固溶狀態(tài)，淬火時固溶B在奧氏體晶界偏析。其結(jié)果是，嚴(yán)重?fù)p害淬火穩(wěn)定性。在本實施方式的淬火用鋼材中，淬火時鋼中的B在BN或析出物(TiN、TiCN、MnS等)的周圍偏析。由此，通過降低有助于提高淬透性的向奧氏體晶界偏析的B量，來避免B對淬透性的影響。可是，如果B超過0. 0004%，則不能充分降低向奧氏體晶界偏析的B量。所以，將B的上限規(guī)定為0. 0004%。另外，為了增加BN析出/B偏析點，以便降低在奧氏體晶界偏析的B量，也可以添加Ti。Ti :0. 001 0. 05%Ti為MnS的核，形成使MnS微細(xì)化的TiN。TiN通過吸收固溶B和固溶N形成復(fù)合氮化物。由此，降低成為淬透性偏差的主要原因的在奧氏體晶界偏析的B量(即提高淬透性的B量)。在Ti低于0. 001%時，不能體現(xiàn)出添加效果，另一方面，如果超過0. 05%,則生成Ti系硫化物，使改善切削性的MnS量減少，鋼的切削性劣化。因而，將Ti規(guī)定為0. 001 0. 05%。
本實施方式的淬火用鋼材也可以含有Cr、Mo、Cu、Ni、Ca、Zr、Mg、REM、Nb、V、W、Sb、Sn,Zn,Te,Bi,Pb中的至少I種作為選擇元素。這些元素最好有選擇性地含在鋼材中，因而各元素的下限 值為0%。但是，為了適合地得到各元素的添加效果，也可以按以下設(shè)定下限值。本實施方式的淬火用鋼材為了提高淬透性及強度，也可以含有Cr、Mo、Cu、Ni中的I種以上。Cr :0. I 3. 0%Cr是在提高淬透性的同時賦予抗回火軟化的元素，可添加到要求高強度化的鋼中。在Cr低于0. 2%時，得不到添加效果，另一方面，如果超過3. 0%，則生成Cr碳化物，使鋼脆化。因而，將Cr規(guī)定為0. I 3. 0%。Mo :0. 01 I. 5%Mo是在賦予抗回火軟化的同時提高淬透性的元素，可添加到需要高強度化的鋼中。在Mo低于0. 01%時，得不到添加效果，另一方面，如果超過I. 5%，則添加效果飽和。因而，將Mo規(guī)定為0. 01 I. 5%。Cu :0. I 2. 0%Cu是在強化鐵素體的同時對提高淬透性及耐腐蝕性有效的元素。在Cu低于0. 1%時，得不到添加效果，另一方面，如果超過2. 0%，則提高機(jī)械性能的效果飽和。因而，將Cu規(guī)定為0. I 2. 0%。再有，Cu使熱延展性降低，容易成為軋制時發(fā)生表面缺陷的原因，因此優(yōu)選與Ni同時添加。Ni :0. I 5.0%Ni對于在強化鐵素體、提高延展性的同時提高淬透性及耐腐蝕性是有效的元素。在Ni低于0. 1%時，得不到添加效果，另一方面，如果超過5. 0%，則提高機(jī)械性能的效果飽和，而且切削性降低。因而，將Ni規(guī)定為0. I 5. 0%。另外，本實施方式的淬火用鋼材為了通過調(diào)整脫氧來控制硫化物的形態(tài)，也可以含有Ca、Zr、Mg、REM中的I種以上。Ca :0. 0002 0. 005%Ca是脫氧元素，生成氧化物。如本實施方式的淬火用鋼材，在以總Al (T-Al)計超過0. 06%地含有Al的鋼中，生成鈣-鋁酸鹽(CaO-Al2O3),但CaO-Al2O3與Al2O3相比為低熔點的氧化物，因而在高速切削時成為工具保護(hù)膜，從而提高切削性。在Ca低于0. 0002%時，得不到提高切削性的效果，另一方面，如果Ca超過0. 005%，則鋼中生成CaS，反而切削性降低。因而，將Ca規(guī)定為0.0002 0.005%。Zr :0. 0003 0. 005%Zr是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。認(rèn)為氧化物為ZrO2，但ZrO2成為MnS的析出核，因而使MnS的析出點增加，使MnS均勻地分散。此外，Zr通過固溶在MnS中形成復(fù)合硫化物，使其變形能力降低，在軋制或熱鍛造時，抑制MnS的延伸。這樣，Zr對于降低鋼的各向異性是有效的元素。在Zr低于0. 0003%時，不能得到顯著的添加效果，另一方面，如果超過0. 005%，則不僅成品率極度地惡化，而且大量生成ZrO2及ZrS等硬質(zhì)的化合物，反而切削性、沖擊值及疲勞特性等機(jī)械特性降低。因而，將Zr規(guī)定為0. 0003 0. 005%。
Mg 0. 0003 0. 005%Mg是脫氧元素，在鋼中形成氧化物。氧化物成為MnS的核，使MnS微細(xì)地分散。在以Al脫氧為前提時，Mg將對切削性有害的Al2O3改性為比較軟質(zhì)的微細(xì)分散的MgO或Al2O3 MgO0此外，Mg與MnS形成復(fù)合硫化物,使MnS球狀化。在Mg低于0. 0003%時，得不到添加效果，另一方面，如果超過0. 005%,則促進(jìn)單獨的MgS的生成，使切削性劣化。因而，將Mg規(guī)定為0. 0003 0. 005%。REM :0. 0001 0. 015%REM (稀土類元素)是脫氧元素，形成低熔點氧化物，不僅抑制鑄造時的噴嘴堵塞，而且固溶或結(jié)合在MnS中，使其變形能力降低，在軋制及熱鍛造時，抑制MnS形狀的延伸。如此，REM對于降低機(jī)械特性的各向異性是有效的元素。 在REM低于0. 0001%時，不能充分體現(xiàn)出添加效果，另一方面，如果超過0. 015%，則REM的硫化物大量生成，使切削性惡化。因而，將REM規(guī)定為0. 0001 0. 015%。另外，為了碳氮化物形成所帶來的高強度化及碳氮化物增量帶來的奧氏體粒子的整粒及細(xì)粒化，本實施方式的淬火用鋼材也可以含有Nb、V及W中的I種以上。Nb :0. 01 0. 1%Nb也是形成碳氮化物、有助于二次析出硬化帶來的鋼的強化、奧氏體晶粒的生長抑制及強化的元素，作為用于防止粗大晶粒的整?；靥砑拥叫枰邚姸然匿摷耙蟮蛻?yīng)變的鋼中。在Nb低于0. 01%時，不能得到高強度化的效果，另一方面，如果超過0. 1%，則形成成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，反而損害機(jī)械性能。因而，將Nb規(guī)定為0. 01 0. 1%。V :0. 03 I. 0%V也是形成碳氮化物、通過二次析出硬化來強化鋼的元素，可在需要高強度化的鋼中適宜添加。在V低于0. 03%時，得不到高強度化的效果，另一方面，如果超過I. 0%，則形成成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，反而損害機(jī)械性能。因而，將V規(guī)定為0. 03% I. 0%。W :0. 01 1.0%W也是形成碳氮化物、通過二次析出硬化來強化鋼的元素。在W低于0.01%時，得不到高強度化的效果，另一方面，如果超過1.0%，則形成成為熱裂紋原因的未固溶的粗大的碳氮化物，反而損害機(jī)械性能。因而，將W規(guī)定為0. 01 I. 0%。另外，為了提高切削性，本實施方式的淬火用鋼材也可以含有Sb、Sn、Zn、Te、Bi及Pb中的I種以上。Sb :0. 0005 0. 0150%Sb通過使鐵素體適度脆化來提高切削性。其效果特別是在固溶Al量大時顯著，但在Sb低于0. 0005%時，不能體現(xiàn)出添加效果。另一方面，如果Sb超過0. 0150%,則Sb的宏觀偏析過多，沖擊值降低較大。因而，將Sb規(guī)定為0. 0005 0. 0150%。Sn :0. 005 2. 0%Sn通過使鐵素體適度脆化，在延長工具壽命的同時使表面粗糙度提高。在Sn低于0. 005%時，不能體現(xiàn)出添加效果，另一方面，如果超過2. 0%，則添加效果飽和。因而，將Sn規(guī)定為0. 005 2. 0%。Zn 0. 0005 0. 5%Zn通過使鐵素體脆化，在延長工具壽命的同時使表面粗糙度提高。在Zn低于
0.0005%時，不能體現(xiàn)出添加效果，另一方面，如果超過0. 5%，則添加效果飽和。因而，將Zn規(guī)定為0. 0005 0. 5%oTe :0. 0003 0. 2%Te是提高切削性的元素。此外，Te因形成MnTe或與MnS共存而使MnS的變形能力降低，抑制MnS形狀的延伸。這樣，Te是對降低機(jī)械特性的各向異性有效的元素。在Te
低于0. 0003%時，不能體現(xiàn)出添加效果，另一方面，如果超過0. 2%，則不僅添加效果飽和，而且熱延展性降低，容易成為發(fā)生表面缺陷的原因。因而，將Te規(guī)定為0. 0003 0. 2%。Bi :0. 005 0. 5%Bi是提高切削性的元素。在Bi低于0. 005%時，得不到提高切削性的效果，另一方面，如果超過0. 5%，則不僅提高切削性的效果飽和，而且熱延展性降低，容易成為發(fā)生表面缺陷的原因。因而，將Bi規(guī)定為0. 005% 0. 5%。Pb 0. 005 0. 5%Pb是提高切削性的元素。在Pb低于0. 005%時，得不到提高切削性的效果，另一方面，如果超過0. 5%，則不僅提高切削性的效果飽和，而且熱延展性降低，容易成為發(fā)生表面缺陷的原因。因而，將Pb規(guī)定為0. 005 0. 5%。關(guān)于本實施方式的淬火用鋼材的成分組成，剩余部分如上所述含有包含0. 0004%以下的B的不可避免的雜質(zhì)和Fe。關(guān)于不可避免的雜質(zhì)，只要是不損害本發(fā)明的效果的程度的量，也可以含有上述成分以外的成分，但優(yōu)選盡量接近0%。以下，對用作本實施方式的淬火用鋼材的淬火穩(wěn)定性的指標(biāo)的喬米尼(Jominy)硬度進(jìn)行說明。本實施方式的淬火用鋼材的特征在于，用JIS G 0561中規(guī)定的喬米尼式頂端淬火法測定的距淬火端的距離為5mm的位置處的硬度HRC即“R”和距淬火端的距離為3/16英寸即4. 763mm處的計算硬度HRC即“H”滿足下式(2)。HX0. 948 ^ HX I. 05式(2)上述的“距淬火端的距離為3/16英寸的計算硬度HRC”，能夠通過非專利文獻(xiàn)I的“5.通過計算求出頂端淬火曲線的方法”中的“5. 3求知0%和D1的方法(D1法)”的P67 68記載的步驟，將距水冷端的距離規(guī)定為3/16英寸來算出(其中，D1值采用按ASTM的“A-255”算出的值。)。這里，對以“距淬火端的距離為3/16英寸的計算硬度HRC”定義的“H”的求解方法進(jìn)行說明。(步驟I)首先，從鋼的0%，通過表I(上述非專利文獻(xiàn)I的67頁的表5. 8)，求出“50%馬氏體硬度”。
權(quán)利要求
1.一種淬火用鋼材，其特征在于， 其化學(xué)成分以質(zhì)量％計，含有c :0. 15 0. 60%,Si :0. 01 I. 5%,Mn :0. 05 2. 5%、P 0. 005 0. 20%,S :0. 001 0. 35%、A1 :超過 0. 06 且小于等于 0. 3% 及總 N :0. 006 0. 03%,剩余部分包含含有0. 0004%以下的B的不可避免的雜質(zhì)和Fe ； 用JIS G 0561中規(guī)定的喬米尼式頂端淬火法測定的距淬火端的距離為5mm的位置處的硬度R和距淬火端的距離為4. 763mm的位置處的計算硬度H滿足下式(I )，HX0. 948 ^ R ^ HXl. 05 式(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淬火用鋼材，其特征在于，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計，進(jìn)一步含有 Cr :0. I 3. 0%、Mo :0. 01 I. 5%、Cu :0. I 2. 0%、Ni :0. I 5. 0%、Ca :0. 0002 0. 005%、Zr :0. 0003 0. 005%、Mg :0. 0003 0. 005%、REM :0. 0001 0. 015%、Nb :0. 01 0. 1%、V :0. 03 I. 0%、W :0. 01 I. 0%、Sb :0. 0005 0. 0150%、Sn :0. 005 2. 0%、Zn 0. 0005 0. 5%,Te :0. 0003 0. 2%、Bi :0. 005 0. 5% 及 Pb :0. 005 0. 5% 中的至少 I 種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的淬火用鋼材，其特征在于，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計，進(jìn)一步含有Ti :0. 001 0. 05%，在將總N量(％)規(guī)定為[總N]、將Ti量(％)規(guī)定為[Ti]時，[總N]及[Ti]滿足下式(2)， 0. 006 + [Ti] X (14/48)彡[總 N]彡 0. 03 式⑵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的淬火用鋼材，其特征在于，所述化學(xué)成分以質(zhì)量％計，進(jìn)一步含有 Cr :0. I 3. 0%、Mo :0. 01 I. 5%、Cu :0. I 2. 0%、Ni :0. I 5. 0%、Ca :0. 0002 0. 005%、Zr :0. 0003 0. 005%、Mg :0. 0003 0. 005%、REM :0. 0001 0. 015%、Nb :0. 01 0. 1%、V :0. 03 I. 0%、W :0. 01 I. 0%、Sb :0. 0005 0. 0150%、Sn :0. 005 2. 0%、Zn 0. 0005 0. 5%,Te :0. 0003 0. 2%、Bi :0. 005 0. 5% 及 Pb :0. 005 0. 5% 中的至少 I 種。
5.一種淬火用鋼材的制造方法，其特征在于，對具有權(quán)利要求I 4中任一項所述的化學(xué)成分的鋼坯，進(jìn)行在1260°C以上的加熱溫度下保持20分鐘以上的熱處理。
6.一種淬火用鋼材的制造方法，其特征在于，對具有權(quán)利要求3或4所述的化學(xué)成分的鋼坯，在Ti為0. 019%以上時進(jìn)行在1200°C以上的加熱溫度下保持20分鐘以上的熱處理，在Ti為0. 025%以上時進(jìn)行在1150°C以上的加熱溫度下保持20分鐘以上的熱處理。
7.—種動力傳遞部件，其通過對權(quán)利要求I 4中任一項所述的淬火用鋼材進(jìn)行機(jī)械加工及淬火來得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種淬火用鋼材，其化學(xué)成分以質(zhì)量%計，含有C0.15～0.60%、Si0.01～1.5%、Mn0.05～2.5%、P0.005～0.20%、S0.001～0.35%、Al超過0.06且小于等于0.3%及總N0.006～0.03%，剩余部分包含含有0.0004%以下的B的不可避免的雜質(zhì)和Fe；用JIS G 0561中規(guī)定的喬米尼式頂端淬火法測定的距淬火端的距離為5mm的位置處的硬度R和距淬火端的距離為4.763mm的位置處的計算硬度H滿足下式(1)，H×0.948≤R≤H×1.05式(1)。
文檔編號C22C38/60GK102741440SQ201180007518
公開日2012年10月17日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者久保田學(xué), 宮西慶, 小澤修司 申請人:新日本制鐵株式會社