滲碳用鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及不需要針對每個滲碳鋼部件進行滲碳條件的調(diào)整就能夠提高各種滲 碳鋼部件的耐沖擊特性的滲碳用鋼。
[0002] 本申請基于2012年12月28日在日本提出申請的特愿2012 - 288131號主張優(yōu) 先權，并將其內(nèi)容引用于此。
【背景技術】
[0003] 機械構造用部件有時因急劇地受到較大的應力而破損。特別是在差動齒輪、傳動 齒輪以及帶齒輪的滲碳軸等車輛用齒輪中，有時由于車輛的緊急啟動以及緊急停車時的負 載而使齒根因沖擊破壞而破損。為了防止這種現(xiàn)象，特別是對于差動齒輪以及傳動齒輪，期 望進一步提高其沖擊值（耐沖擊特性）。通過充分地提高這些機械構造用部件的沖擊值，能 夠減少機械構造用部件所用的材料的量，達到機械構造用部件的輕量化。
[0004] 以往，對于上述部件，通常通過將例如JISSCr420以及JISSCM420等C含量為 0. 2%左右的表面滲碳硬化鋼用作原材料來確保芯部的韌性。并且，對于上述部件，實施滲 碳淬火處理和150°C左右的低溫回火，使部件表面的金相組織成為C含量為0.8%左右的回 火馬氏體組織。由此，提高部件的高循環(huán)彎曲疲勞強度以及耐磨性。
[0005] 以下對用于使沖擊值提高的現(xiàn)有技術進行說明。在專利文獻1中，提出了如下齒 輪用鋼以及使用了該齒輪用鋼的齒輪，在該齒輪用鋼中，規(guī)定A1、B以及N的含量，通過固溶 B來提高了耐沖擊疲勞特性以及面疲勞強度。不過，專利文獻1所記載的齒輪在滲碳時引起 脫B現(xiàn)象，齒輪表層的固溶B消失，因此其沖擊值的提高較小。
[0006] 在專利文獻2中，提出了如下耐沖擊性優(yōu)異的齒輪，該齒輪是通過規(guī)定Mo、Si、P、 Mn以及Cr的含量、特別是提高Mo的含量而得到的。不過，在使Mo含量增大時，需要降低 Si、Mn以及Cr的含量，因此專利文獻2所記載的齒輪由于淬透性的降低而導致強度降低。
[0007] 在專利文獻3中，提出有通過含有適量的Cu而得到的、具有高強度且高韌性的表 面滲碳硬化鋼。不過，在高溫下鋼中的Cu成為液層，促進鋼的脆化。因而，專利文獻3所記 載的表面滲碳硬化鋼的制造條件存在制約。
[0008] 本發(fā)明者們專心地實施了滲碳特性和耐沖擊特性之間的關系的調(diào)查。其結(jié)果是， 本發(fā)明者們得到如下見解：如后述那樣，在滲碳時使C滲入鋼的滲入量降低并使?jié)B碳材料 的表面C濃度降低的做法用于提高沖擊值是有效的。但是，在滲碳材料的表面C濃度過低 的情況下，無法達到作為滲碳處理的本來的目的的疲勞強度以及耐磨性等特性的提高。因 而，為了使?jié)B碳鋼部件兼顧耐沖擊特性、疲勞強度以及耐磨性等特性，需要將滲碳鋼部件的 表面C濃度控制為適當?shù)乃健?br>[0009] 表面C濃度的減少是可通過在滲碳處理時使碳勢降低來實現(xiàn)的。不過，在使用了 滲碳爐的實際的生產(chǎn)工序中難以將其實施。其原因在于，在實際的生產(chǎn)工序中，滲碳爐需要 對用途不同的各種部件同時且連續(xù)地進行大量處理。進行滲碳的部件所要求的特性并不如 上述那樣限于耐沖擊特性。例如，滲碳鋼部件也要求耐磨性以及疲勞強度等特性。因而，在 滲碳處理時使碳勢降低的做法對主要要求耐沖擊特性的部件是有效的，但在主要要求疲勞 強度的部件中帶來不良影響，產(chǎn)生由疲勞強度的降低而導致的問題。如果嘗試通過在未怎 么發(fā)揮滲碳性的條件下進行滲碳來控制滲碳鋼部件的表面C濃度，此時需要針對每個部件 調(diào)整滲碳條件。不過，這導致生產(chǎn)率的降低，因此在工業(yè)實用性方面并不理想。
[0010] 因而，尋求即使在能夠與各種部件的滲碳相對應的強有力的滲碳條件下進行滲碳 處理、也能夠?qū)的滲入量控制在適當水平的滲碳用鋼。
[0011] 作為表面C濃度的控制技術，在專利文獻4中提出了通過規(guī)定Si、Ni、Cu以及Cr 的含量的關系來抑制過度滲碳的滲碳鋼部件。不過，在該文獻中成為對象的滲碳氣氛是將 鋼的表面C濃度設定為1. 0%左右的滲碳氣氛。在將鋼的表面C濃度設定為這樣的值的情 況下，在鋼的表面產(chǎn)生碳化物。在該情況下，無法實現(xiàn)對沖擊值提高有效的表面C濃度的降 低。
[0012] 現(xiàn)有技術文獻
[0013] 專利文獻
[0014] 專利文獻1 :日本特開2008 - 179848號公報
[0015] 專利文獻2:日本特開平1 一 108347號公報
[0016] 專利文獻3:日本專利3927355號公報
[0017] 專利文獻4:日本特開2007 - 291486號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明所要解決的問題
[0019] 如上所述，對于機械構造用的滲碳鋼部件來說，需要兼顧耐沖擊特性和耐磨性。能 夠變更部件的設計，以使得通過充分地提高滲碳鋼部件所用的滲碳材料的耐沖擊特性，從 而在抑制使用材料量的同時還確保部件的耐沖擊特性。并且，需要在單一的滲碳條件下、或 者在盡可能少的種類的滲碳條件下對用途不同的各種部件進行機械構造用的滲碳鋼部件 的實際的生產(chǎn)工序中的滲碳處理。
[0020] 在專利文獻1~4的公開技術中，無法充分地滿足兼顧沖擊值的提高和避免生產(chǎn) 率降低的需求，具體而言是下述需求：不需要針對每個部件調(diào)整滲碳條件就能夠得到耐沖 擊特性優(yōu)異的滲碳鋼部件。
[0021] 本發(fā)明提供一種鋼，在將該鋼用作滲碳鋼部件的材料時能夠獲得沖擊值（耐沖擊 特性）和耐磨性這兩者優(yōu)異的滲碳鋼部件，而且，在制造該滲碳鋼部件時無需變更滲碳條 件。
[0022] 解決問題的手段
[0023] 本發(fā)明者們?yōu)榱藢崿F(xiàn)能夠獲得避免使生產(chǎn)率降低而且具有優(yōu)異的沖擊值的滲碳 鋼部件的鋼，對使化學組成和滲碳材料質(zhì)特性在大范圍地且系統(tǒng)性地變化的鋼實施了滲碳 以及沖擊試驗。其結(jié)果是，獲得了以下說明的見解。
[0024] 圖1是表示對鋼進行滲碳處理而獲得的滲碳材料的表面C濃度和沖擊值之間的關 系的圖表。通過滲碳處理使鋼的表面C濃度上升。獲得了如下見解：為了使?jié)B碳材料的沖 擊值提高，如圖1所示，將滲碳后的表面C濃度控制在適當?shù)乃绞怯行У摹?br>[0025] 并且，本發(fā)明者們獲得了如下見解：如上所述那樣控制滲碳材料的表面C濃度能 夠通過對固溶于鋼中的合金元素的含量進行調(diào)整來實現(xiàn)。具體而言，在將各合金元素的含 量分別設定為規(guī)定范圍內(nèi)、且將鋼中的合金元素中的Si、Ni、Al以及Sn的鋼中含量（單位： 質(zhì)量％ )設定為[Si% ]、[Ni% ]、[A1% ]、[Sn% ]時，本發(fā)明者們弄清楚了如下內(nèi)容而完 成了本發(fā)明：通過滿足下述式（A)，滲碳材料的表面C濃度成為適當?shù)闹?，沖擊值得以提高。
[0026] 42^21X[Si% ]+5X[Ni% ]+40X[Sn% ]+32X[Al%] ^8. 5 (A)
[0027] 本發(fā)明是基于以上的新見解而完成的，本發(fā)明的主旨如下所述。
[0028] (1)本發(fā)明的一技術方案的鋼，其化學組成以質(zhì)量％計含有C:0. 16~0.30%、 Si:0. 01 ~2. 0%、Mn:0. 35 ~1. 45%、Cr:0. 05 ~3. 0%、A1 :0. 001 ~0. 2%、Ni:0. 04 ~ 5. 0%、Sn:0? 015 ~1. 0%、S:0? 004 ~0? 05%、N:0? 003 ~0? 03%、0 :0? 005% 以下、P: 0? 025% 以下、Mo:0 ~1. 0%、Cu:0 ~1. 0%、B:0 ~0? 005%、Nb:0 ~0? 3%、Ti:0 ~0? 3%、 V:0 ~1. 0%、Ca:0 ~0? 01%、Mg:0 ~0? 01%、Zr:0 ~0? 05%、Te:0 ~0? 1% 以及稀土類 元素：0~0. 005%，并且剩余部分為Fe以及雜質(zhì)，在將Si、Ni、Al以及Sn的含量以質(zhì)量％ 計表示為[Si% ]、[Ni% ]、[A1% ]、[Sn% ]時，滿足下述式（A)。
[0029] 42^21X[Si% ]+5X[Ni% ]+40X[Sn% ]+32X[Al%] ^8. 5 (A)
[0030] (2)根據(jù)上述（1)所記載的鋼，所述化學組成也可以以質(zhì)量％計含有Mo:0. 05~ 1. 0%、Cu:0? 01~1. 0%以及B:0? 0002~0? 005%中的一種或兩種以上。
[0031] (3)根據(jù)上述⑴或⑵所記載的鋼，所述化學組成也可以以質(zhì)量％計含有Nb: 0? 005~0? 3%、Ti:0? 005~0? 3%以及V:0? 01~1. 0%中的一種或兩種以上。
[0032] (4)根據(jù)上述⑴~（3)中任一項所記載的鋼，所述化學組成也可以以質(zhì)量％計含 有Ca:0? 0005 ~0? 01%、Mg:0? 0005 ~0? 01%、Zr:0? 0005 ~0? 05%、Te:0? 0005 ~0? 1% 以及稀土類元素：0. 0001~0.005%中的一種或兩種以上。
[0033] 發(fā)明效果
[0034] 若使用本發(fā)明的鋼來制造滲碳鋼部件，則不需要為了提高滲碳鋼部件的沖擊值而 針對每個滲碳鋼部件調(diào)整滲碳條件。因而，能夠通過滲碳方法的統(tǒng)一來提高制造效率，并且 能夠獲得優(yōu)異的沖擊值的滲碳鋼部件，由本發(fā)明帶來的工業(yè)上的效果極大。
【附圖說明】
[0035] 圖1是表示沖擊值和表面C濃度之間的關系的圖表。
[0036] 圖2是表示在本發(fā)明使用的夏氏沖擊試驗片的與缺口的延伸方向垂直的截面的 示意圖。
[0037] 圖3是表示表面C濃度的測量區(qū)域的示意圖。
[0038] 圖4是表示表面C濃度和沖擊值比之間的關系的半對數(shù)圖表。
[0039]圖 5 是表示 21X[Si% ]+5X[Ni% ]+40X[Sn% ]+32X[A1%]與表面C濃度和 沖擊值比之間的關系的圖表。
【具體實施方式】
[0040] 以下詳細地說明用于實施本發(fā)明的方式。
[0041] 首先，對本實施方式的鋼的化學成分的限定理由進行說明。以下，將作為合金元素 的含量的單位