專利名稱：面疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的氣體滲碳鋼部件、氣體滲碳用鋼材以及氣體滲碳鋼部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及面疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的氣體滲碳鋼部件，另外，本發(fā)明還涉及用于制造該氣體滲碳鋼部件的氣體滲碳用鋼材和使用了該鋼材的氣體滲碳鋼部件的制造方法。
背景技術(shù)：
齒輪和軸承等鋼部件在由于轉(zhuǎn)矩的傳導(dǎo)等而受到大負(fù)荷的苛刻的環(huán)境下使用。因此，對(duì)于上述鋼部件要求高疲勞強(qiáng)度和耐磨性。這些鋼部件在成型為所使用的形狀后，實(shí)施表面硬化處理，在確保內(nèi)部的韌性的同時(shí)，賦予所要求的高疲勞強(qiáng)度和耐磨性。鋼中的Si在高碳馬氏體中顯示高回火軟化阻力，因此為了面壓疲勞強(qiáng)度的高強(qiáng)度化，優(yōu)選增加Si含量。例如，專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了使鋼的Si含量為O. 5^3. 0%、實(shí)施真空滲碳的技術(shù)。但是，真空滲碳在難以連續(xù)處理方面、產(chǎn)生焦油方面、難以控制部件特性方面 等方面存在缺點(diǎn)，且難以批量生產(chǎn)。相對(duì)于此，氣體滲碳沒(méi)有這些缺點(diǎn)，作為假想批量生產(chǎn)時(shí)的表面硬化處理，氣體滲碳比真空滲碳更優(yōu)選。但是，鋼中Si在氣體滲碳中使?jié)B碳性降低。滲碳性的降低是指，在相同的滲碳條件下，與如JIS規(guī)格鋼SCr420這樣的通常使用的表面硬化鋼相比，通過(guò)滲碳得到的硬化層
深度較差。例如，非專利文獻(xiàn)I報(bào)道了隨著Si含量的增加，氣體滲碳深度減小，能夠適用氣體滲碳的Si含量的上限為I. 2%。因此，關(guān)于高含Si鋼，期望開(kāi)發(fā)出能夠進(jìn)行氣體滲碳的技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)2008-280610號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :「鉄i鋼」第58年(1972)第7號(hào)(昭和47年6月I日、(財(cái))日本鉄鋼協(xié)會(huì)発行)，第926頁(yè)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于，提供回火軟化阻力沒(méi)有降低、并且面疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的鋼部件。另外，本發(fā)明的目的還在于，提供適于制造該鋼部件的氣體滲碳用鋼材和氣體滲碳鋼部件的制造方法。用于解決課題的手段如上所述，如果增加鋼材中Si的量，則回火軟化阻力提高，另一方面，氣體滲碳性降低。因此，本發(fā)明人等對(duì)于即使增加Si的量、氣體滲碳性也不降低的方法進(jìn)行了深入的研究。其結(jié)果得到如下見(jiàn)解為了使回火軟化阻力提高，當(dāng)將鋼材中的Si、Mn和Cr的含量(質(zhì)量％)記為[Si% ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí),需要滿足下式(I)。3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9(1)并且另一方面，得到如下見(jiàn)解為了即使增加Si的量、氣體滲碳性也不降低，在從鋼材的表面至2 50 μ m的深度的范圍內(nèi)，需要存在滿足下式(2)的合金缺乏層。3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]彡 9 (2)本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解而完成的發(fā)明，其主旨如下。(I) 一種氣體滲碳鋼部件，其在表面上具有C :0. 50質(zhì)量％以上的氣體滲碳層， 其中，母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. I O. 4%、Si :超過(guò)I. 2 4. 0%、Mn :0. 2 3. 0%、Cr O. 5 5. 0%、Al 0. 005 O. 1%、S 0. 001 O. 3%、N 0. 003 O. 03%,且限制 O 0. 0050% 以下、P :O. 025%以下，并且當(dāng)將Si、Mn和Cr的含量(質(zhì)量%)記為[Si % ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I )，所述母材在從表面至2 50 μ m的深度的范圍內(nèi)，存在滿足下式(2)的合金缺乏層，32 彡 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9(1)3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]彡 9 (2)。(2)根據(jù)(I)所述的氣體滲碳鋼部件，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb 0. 01 O. 3%、Ti :0· θΓθ. 3%、V :0· θΓθ. 3% 中的一種或兩種以上。(3)根據(jù)(I)所述的氣體滲碳鋼部件，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ni 0. 2 3. 0%、Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 O. 4%、W 0. 05 O. 4% 和 B O. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。(4)根據(jù)(I)所述的氣體滲碳鋼部件，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb 0. 01 O. 3%、Ti :0· θΓθ. 3%、V :0· θΓθ. 3% 中的一種或兩種以上、以及 Ni 0. 2 3. 0%, Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 0. 4%、W 0. 05 0. 4% 和 B 0. 0006 0. 005% 中的一種或兩種以上。(5) 一種氣體滲碳用鋼材，其用于制造滲碳鋼部件，其中，以質(zhì)量％計(jì)，含有 C 0. Γο. 4%、Si 超過(guò) I. 2 4. 0%、Mn 0. 2 3. 0%、Cr 0. 5 5. 0%、Al 0. 005 0. 1%、S 0. 00Γ0. 3%、N :0. 003 0. 03%，且限制 O :0. 0050% 以下、P :0. 025% 以下，并且當(dāng)將 Si、Mn 和
Cr的含量(質(zhì)量％)記為[Si% ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I)32 彡 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9 (I)。(6)根據(jù)(5)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. θΓθ. 3%、Ti O. θΓθ. 3%、V :0· θΓθ. 3%中的一種或兩種以上。(7)根據(jù)(5)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ni :0.2 3.0%、Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 0. 4%、W 0. 05 0. 4% 和 B 0. 0006 0. 005% 中的一種或兩種以上。(8)根據(jù)(5)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb 0. θΓθ. 3%、Ti 0. θΓθ. 3%、V :0. θΓθ. 3% 中的一種或兩種以上、以及 Ni 0. 2 3. 0%, Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 0. 4%、W 0. 05 0. 4% 和 B 0. 0006 0. 005% 中的一種或兩種以上。(9) 一種氣體滲碳用鋼材，其用于制造滲碳鋼部件，其中，母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，含有 C :0. Γο. 4%、Si :超過(guò) I. 2 4. 0%、Mn 0. 2 3. 0%、Cr 0. 5 5. 0%、Al 0. 005 O. 1%、S O. 001 O. 3%、N :0. 003 O. 03%，且限制 O :0. 0050% 以下、P :0. 025% 以下，并且當(dāng)將 Si、Mn 和
Cr的含量(質(zhì)量％)記為[Si%]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I )，且所述母材在從表面至2 50 μ m的深度的范圍內(nèi)，存在滿足下式(2)的合金缺乏層，32 彡 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9(1)3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]彡 9 (2)。(10)根據(jù)(9)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb 0. 01 O. 3%、Ti :0· θΓθ. 3%、V :0· θΓθ. 3% 中的一種或兩種以上。(11)根據(jù)(9)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ni 0. 2 3. 0%、Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 0. 4%、W 0. 05 0. 4% 和 B 0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。 (12)根據(jù)(9)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb 0. θΓθ. 3%、Ti 0. θΓθ. 3%、V :0. θΓθ. 3% 中的一種或兩種以上、以及 Ni 0. 2 3. 0%, Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 0. 4%、W 0. 05 0. 4% 和 B 0. 0006 0. 005% 中的一種或兩種以上。(13)—種氣體滲碳鋼部件的制造方法，其使用氣體滲碳用鋼材來(lái)制造滲碳鋼部件，所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量%計(jì)，含有C :0. Γο. 4%、Si :超過(guò)I. 2 4. 0%、Mn :0. 2 3. 0%、Cr 0. 5 5· 0%、A1 :0. 005 0. 1%、S :0· 00Γ0. 3%、Ν :0. 003 0. 03%，且限制 O :0. 0050% 以下、P 0. 025%以下，并且當(dāng)將Si、Mn和Cr的含量(質(zhì)量%)記為[Si% ], [Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I);所述制造方法中，將所述氣體滲碳用鋼材在生成氧化被膜的氣氛下進(jìn)行實(shí)施熱處理的一次滲碳，除去表面上形成的氧化被膜，然后在滲碳制氣氛中進(jìn)行二次滲碳32 彡 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9 (I)。(14)根據(jù)(13)所述的氣體滲碳用鋼材，其中，通過(guò)所述一次滲碳，所述氣體滲碳用鋼材在從表面至2 50 μ m的深度的范圍內(nèi)，形成了滿足下式(2 )的合金缺乏層， 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]彡 9 (2)。(15)根據(jù)(13)所述的氣體滲碳鋼部件的制造方法，其中，所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. θΓθ. 3%、Ti 0. θΓθ. 3%、V :0. θΓθ. 3%中的一種或兩種以上。(16)根據(jù)(13)所述的氣體滲碳鋼部件的制造方法，其中，所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量 % 計(jì)，還含有 Ni 0. 2 3. 0%, Cu 0. 2 3. 0%, Co 0. 2 3. 0%, Mo 0. 05 0. 4%、W :0· 05 0. 4%和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。(17)根據(jù)(13)所述的氣體滲碳鋼部件的制造方法，其中，所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量%計(jì)，還含有Nb :0. θΓθ. 3%、Ti :0. θΓθ. 3%、V :0. θΓθ. 3%中的一種或兩種以上、以及 Ni 0. 2 3. 0%、Cu 0. 2 3. 0%、Co 0. 2 3. 0%、Mo 0. 05 0. 4%、W 0. 05 0. 4% 和 B
0.0006、. 005%中的一種或兩種以上。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供回火軟化阻力沒(méi)有降低、并且面疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的鋼部件。另夕卜，根據(jù)本發(fā)明，還能夠提供適于制造該鋼部件的氣體滲碳用鋼材和氣體滲碳鋼部件的制造方法。


圖I是表示3. 5 [Si % ] + [Mn%] +3 [Cr%]的距表面的分布的一個(gè)例子的圖。圖2是參考例No. 26的鋼材的一次滲碳后的表層組織的放大照片。圖3是參考例No. 26的鋼材的二次滲碳后的表層組織的放大照片。圖4是發(fā)明例No. 9的鋼材的一次滲碳后的表層組織的放大照片。圖5是發(fā)明例No. 9的鋼材的二次滲碳后的表層組織的放大照片。圖6是比較發(fā)明例No. 9的鋼材與參考例No. 29的鋼材的各滲碳處理下的滾柱點(diǎn)蝕疲勞試驗(yàn)的疲勞壽命的條形圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)鋼中的Si的含量增加時(shí)，回火軟化阻力提高，另一方面，氣體滲碳性降低。本發(fā)明人等對(duì)氣體滲碳性降低的原因進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在氣體滲碳的初期，在表面上形成的主要由Si、Mn和Cr中的一種或兩種以上構(gòu)成的氧化被膜對(duì)氣體滲碳性的降低具有影響。即認(rèn)為，由于Si、Mn和Cr的氧化物在滲碳時(shí)的氣氛中穩(wěn)定地存在，且該氧化物以被膜狀存在，因此阻礙了鋼材的氣體滲碳反應(yīng)。并且，從本發(fā)明人等的研究可知，當(dāng)將Si、Mn和 Cr 的含量(質(zhì)量 %)記為[Si % ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，在 3. 5 [Si % ] + [Mn%] +3 [Cr%] >9 的情況下，在鋼材的表面上形成氧化被膜，使氣體滲碳性降低。因此，本發(fā)明人等認(rèn)為，為了改善由氧化被膜引起的氣體滲碳性的降低、開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異的面疲勞強(qiáng)度的鋼部件，若在氧化被膜的形成后通過(guò)機(jī)械的方法(例如機(jī)械研磨)除去氧化被膜，則即使Si多也能夠進(jìn)行氣體滲碳。因此，根據(jù)該想法，使用由于氧化被膜的影響而滲碳性降低的成分體系的鋼材，在生成氧化被膜的氣氛下實(shí)施熱處理(一次滲碳)。接著，對(duì)除去了氧化被膜的鋼材和沒(méi)有除去氧化被膜的鋼材實(shí)施氣體滲碳處理(二次滲碳)，研究氣體滲碳性。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有除去氧化被膜的鋼材的滲碳性幾乎沒(méi)有變化，而在僅除去氧化被膜的鋼材中，滲碳性得到了改善。其原因認(rèn)為是，在一次滲碳中氧化被膜生成時(shí)，鋼中的固溶合金元素(Si、Mn、Cr)由于氧化而被消耗，其結(jié)果，在鋼材的表面上生成的合金元素的缺乏層有很大影響。即認(rèn)為，當(dāng)在一次滲碳后僅除去氧化被膜時(shí)，在與氣氛接觸的鋼材表面，合金元素的固溶量降低，有助于氧化的合金元素(Si、Mn、Cr)的量減少。因此，難以形成新的氧化被膜。由以上內(nèi)容可知，在由于氧化被膜生成而滲碳性降低的成分體系3. 5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]>9的鋼材中，在一次滲碳后，通過(guò)僅除去氧化被膜，能夠得到在從表面至疒50 μ m的深度的范圍內(nèi)存在由成分組成范圍3. 5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]彡9定義的合金缺乏層的鋼材。該鋼材由于在表面上存在合金缺乏層，因此可知能夠進(jìn)行氣體滲碳(二次滲碳)。另外，研究Si含量與氣體滲碳性的相關(guān)性的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼材(母材)中的Si超過(guò)
I.2%時(shí)，通過(guò)氣體滲碳能夠得到面疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的鋼部件。本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材(以下有時(shí)稱為“本發(fā)明鋼材”)是基于以上見(jiàn)解而得到的，其以質(zhì)量 % 計(jì)，含有 C 0. Γο. 4%、Si :超過(guò) I. 2 4. 0%、Mn 0. 2 3. 0%、Cr 0. 5 5. 0%、Al O. 005 O. 1%、S 0. 00Γ0. 3%、Ν 0. 003 O. 03%,且限制 O :0. 0050% 以下、P :0. 025% 以下，并且當(dāng)將Si、Mn和Cr的含量(質(zhì)量％)記為[Si% ], [Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I)。32 彡 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9(1)另外，本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材還可以采用以下實(shí)施方式，在從表面至2 50 μ m的深度的范圍內(nèi)，存在滿足下式(2)的合金缺乏層。3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]彡 9 (2)首先，對(duì)規(guī)定本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材的成分組成的理由進(jìn)行說(shuō)明。以下，成分組成中的％是指質(zhì)量％。C 0. Γ0. 4%
C是保持鋼的強(qiáng)度所必需的元素。C量決定芯部的強(qiáng)度，對(duì)有效硬化層深度也有影響。為了確保所需要的芯部強(qiáng)度，使下限為0.1%。另一方面，當(dāng)過(guò)多時(shí)，韌性降低，因此，使上限為O. 4%O優(yōu)選為O. 15 O. 25%。Si :超過(guò) I. 2 4. 0%Si是對(duì)鋼的脫氧有效的元素，并且是對(duì)賦予必要的強(qiáng)度和淬透性有效的元素，另夕卜，也是對(duì)回火軟化阻力的提高有效的元素。為了得到其添加效果，使下限超過(guò)1.2%。另一方面，當(dāng)超過(guò)4. 0%時(shí)，鍛造時(shí)的脫碳變得顯著，因此使上限為4. 0%。優(yōu)選為I. 2 2. 5%。Mn 0. 2 3. 0%Mn是對(duì)脫氧有效的元素，并且是對(duì)賦予必要的強(qiáng)度和淬透性有效的元素。另外，Mn也是將鋼中不可避免地混入的雜質(zhì)元素S以MnS的形式固定、進(jìn)行無(wú)害化的元素。為了確保Mn的添加效果，使下限為O. 2%。另一方面，當(dāng)超過(guò)3. 0%時(shí)，即使實(shí)施深冷處理，殘留奧氏體也穩(wěn)定地存在，強(qiáng)度降低，因此使上限為3. 0%。優(yōu)選為O. 5^1. 5%。Cr 0. 5 5. 0%Cr是對(duì)提高淬透性有效的元素，另外，也是對(duì)回火軟化阻力的提高有效的元素。為了得到Cr的添加效果，使下限為O. 5%。另一方面，當(dāng)超過(guò)5. 0%時(shí)，硬度上升，冷加工性降低，因此，使上限為5. 0%。優(yōu)選為O. 8 2. 5%。Al 0. 005 O. 1%Al是對(duì)脫氧有效的元素，并且是以氮化物形式析出、發(fā)揮晶粒微細(xì)化效果的元素。為了得到Al的添加效果，使下限為O. 005%。另一方面，當(dāng)超過(guò)O. 1%時(shí)，析出物變粗大，成為脆化的原因，因此，使上限為O. 1%。優(yōu)選為O. θΓθ. 05%。S 0. 00Γ0. 3%S是不可避免地混入的雜質(zhì)元素，但是是對(duì)切削性的提高有效的元素。為了確保所需要的切削性，使S的下限為0. 001%。另一方面，當(dāng)超過(guò)0. 3%時(shí)，鍛造性顯著降低，因此使上限為0. 3%ο優(yōu)選為0. ΟΟΓΟ. 1%。N 0. 003 0. 03%N是不可避免地混入的元素，但其與Al形成化合物，是顯現(xiàn)出晶粒微細(xì)化效果的元素。為了得到晶粒微細(xì)化效果，使下限為0.003%。另一方面，當(dāng)超過(guò)0.03%時(shí)，鍛造性顯著降低，因此使上限為0. 03%。O 0. 0050% 以下O以氧化鋁或氧化鈦等氧化物類夾雜物的形式在鋼中存在。當(dāng)O多時(shí)，該氧化物變得大型，以其為起點(diǎn)，動(dòng)力傳導(dǎo)部件產(chǎn)生破損，因此需要限制為O. 0050%以下。由于越少越優(yōu)選，因此優(yōu)選為O. 0020%以下，另外，在以高壽命為目標(biāo)的情況下，優(yōu)選為O. 0015%以下。P 0. 025% 以下P是在鋼中作為雜質(zhì)含有的成分，其在晶界發(fā)生偏析而使韌性降低，因此需要盡可能減少其含量，故限制為O. 025%以下。由于越少越優(yōu)選，因此優(yōu)選為O. 020%以下，另外，在以高壽命為目標(biāo)的情況下，優(yōu)選為O. 015%以下。此外，本發(fā)明鋼材中，以使晶粒進(jìn)一步微細(xì)化和防止晶粒變得粗大為目的，還可以添加Nb、Ti和V中的一種或兩種以上。Nb 0. θΓθ. 3%Ti 0. θΓθ. 3%V 0. θΓθ. 3%Nb、Ti和V與C或N形成化合物，顯現(xiàn)出晶粒微細(xì)化效果，因此添加0. 01%以上的Nb,Ti和V中的一種或兩種以上。但是，各元素即使均超過(guò)上述上限地添加，不僅晶粒微細(xì)化效果飽和，而且熱軋、熱鍛、切削加工等的生產(chǎn)率也低，因此使Nb、Ti和V各自的上限為0. 3%O 優(yōu)選 Nb、Ti 和 V 均為 0. 02 0. 1%。本發(fā)明鋼材中，以進(jìn)一步提高淬透性為目的,可以添加Ni、Cu、Co、Mo、Wo和B中的一種或兩種以上。Ni 0. 2 3. 0%Cu :0.2 3.0%Co 0. 2 3. 0%Mo 0. 05 0. 4%W 0. 05 0. 4%B 0. 0006 0. 005% NiXu和Co是對(duì)提高淬透性有效的元素。為了得到其添加效果，添加0. 2%以上，但當(dāng)超過(guò)3. 0%時(shí)，添加效果飽和，在經(jīng)濟(jì)上變得不利，因此使上限為3. 0%。優(yōu)選為0. 2 2. 0%。Mo、W和B也是對(duì)提高淬透性有效的元素。為了得到其添加效果，Mo和W添加0. 05%以上，B添加0. 0006%以上。但是，當(dāng)Mo和W超過(guò)0. 4%時(shí)，添加效果飽和，在經(jīng)濟(jì)上變得不利，因此使上限為0. 4%。當(dāng)B超過(guò)0. 005%時(shí)，B化合物在晶界上析出、韌性降低，因此使上限為 0. 005%。Mo 和 W 優(yōu)選為 0. 10 0· 3%。B 優(yōu)選為 0. 0006 0. 001%。接著，對(duì)形成氧化被膜、滲碳性降低的鋼材的成分組成(Si、Mn、Cr)進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明人等使用特性X射線進(jìn)行氧化被膜的元素分析，結(jié)果確認(rèn)在氧化被膜中存在 Si、Mn、Cr 和 O。Si、Mn和Cr是氧化傾向強(qiáng)的元素。在除Si、Mn和Cr以外的成分中，氧化傾向弱的元素(例如Ni、Cu)沒(méi)有氧化，因此對(duì)氧化被膜的形成不產(chǎn)生影響，氧化傾向強(qiáng)的元素(例如Ti、V)與Si、Mn和Cr的含量相比為微量，因此對(duì)氧化被膜的形成產(chǎn)生的影響小到幾乎可以忽視。因此，在使?jié)B碳性降低的氧化被膜的形成中，Si、Mn和Cr的關(guān)系最大，因此在本發(fā)明鋼材的成分組成中，形成氧化被膜而使?jié)B碳性降低的成分組成條件可以僅用Si、Mn和Cr來(lái)設(shè)定。在鍛造下述鋼材、實(shí)施熱處理后，通過(guò)機(jī)械加工，制作直徑為30mm的圓柱狀試驗(yàn)片，實(shí)施氣體滲碳，所述鋼材含有C :0. Γο. 4%、Al :0. 005 O. I、S :0. 001 O. 1%、N O. 003 O. 03%，且限制O :0. 005%以下、P :0. 025%以下，并且含有O. I 4. 0%的范圍內(nèi)的Si、O. Γ3. 0%的范圍內(nèi)的Mn,O. Γ5. 0%的范圍內(nèi)的Cr。在相同的氣體滲碳條件(950°C -碳勢(shì)O. 8)下，將引起氣體滲碳性降低的水平的最表層的C濃度以Si、Mn和Cr的各濃度作為因子進(jìn)行多元回歸分析，作為達(dá)到實(shí)施通常的氣體滲碳時(shí)的C濃度的臨界條件，得到下式(I’)。3. 5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%] =9 (I，)即，當(dāng)3.5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]的值超過(guò)9時(shí)，滲碳性降低，觀察到C濃度的降低。由氧化被膜引起的氣體滲碳性的降低從3. 5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]的值超過(guò)9的時(shí)刻 開(kāi)始顯現(xiàn)，隨著3.5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]的值增加，滲碳性降低。另一方面，Si、Mn、Cr是對(duì)賦予鋼材的強(qiáng)度和淬透性有效的元素。另外，Si、Cr是對(duì)提高回火軟化阻力有效的元素。為了得到對(duì)于齒輪和軸承等鋼部件所需要的強(qiáng)度、回火軟化阻力，需要使母材中的3. 5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]的值超過(guò)9。其中，從Si、Mn和Cr的含量的上限的角度出發(fā)，得到32彡3. 5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]。因此，本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材中，滿足下式(I)。32 彡 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%] >9(1)但是，如上所述，在鋼材的表面上，當(dāng)3. 5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]的值超過(guò)9時(shí)，氧化被膜形成，因此滲碳性降低。另外，本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材優(yōu)選為在表面上具有使?jié)B碳性提高的合金缺乏層的實(shí)施方式。合金缺乏層是指合金元素由于氧化而被消耗、在鋼材的表層部上形成的合金濃度降低的區(qū)域。本發(fā)明中，該合金缺乏層的存在有助于滲碳性的改善。本發(fā)明鋼材中，合金缺乏層被定義為Si、Mn和Cr的含量(％)滿足下式(2)的區(qū)域。3.5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]彡 9 (2)本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材通過(guò)在表面上形成滿足式(2)的合金缺乏層，從而使氣體滲碳性提高。該合金缺乏層能夠通過(guò)將母材中的3.5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]的值超過(guò)9的鋼材進(jìn)行一次滲碳、然后除去一次滲碳中生成的氧化被膜而得到。這樣，在表面上形成有滿足式(2)的合金缺乏層的鋼材，即使再次實(shí)施氣體滲碳(二次滲碳)，也不會(huì)形成使氣體滲碳性降低的新的氧化被膜。這樣，為了改善二次滲碳中的氣體滲碳性，需要合金缺乏層存在即Si、Mn和Cr的含量(％)需要滿足上述式(2)。其中，為了充分地改善滲碳性，上述式(2)左邊的值越小越優(yōu)選，優(yōu)選為3.5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]〈7。需要說(shuō)明的是，優(yōu)選的下限由其與氣體滲碳的氣氛的平衡來(lái)確定，因此根據(jù)氣體滲碳條件的不同而異，優(yōu)選為I. 0<3. 5[Si% ] + [Mn%]+3[Cr%]。本發(fā)明的氣體滲碳用鋼材在從表面至2 50 μ m的深度的范圍內(nèi)具有滿足下式(2 )的合金缺乏層。由于合金元素從母材中擴(kuò)散，合金缺乏層的濃度增加，為了不生成使?jié)B碳性降低的氧化被膜，使下限為2 μ m。該數(shù)值2 μ m是假設(shè)氣體滲碳溫度950°C、滲碳時(shí)間120分鐘的滲碳條件下的數(shù)值。
其中，當(dāng)氣體滲碳溫度為高溫或者氣體滲碳為長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，合金元素的擴(kuò)散距離變長(zhǎng)，因此為了確實(shí)地改善滲碳性，合金缺乏層的厚度優(yōu)選為ΙΟμπι以上。相反，在氣體滲碳溫度低、滲碳時(shí)間短的情況下，即使合金缺乏層的厚度為2μπι以下，也能夠改善氣體滲碳性。另一方面，合金缺乏層的厚度過(guò)厚時(shí)，不完全淬火層也一起增厚，硬度降低，疲勞強(qiáng)度降低，因此使合金缺乏層的厚度的上限為50 μ m。接著，對(duì)于本發(fā)明鋼材以及使用了本發(fā)明鋼材的鋼部件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，根據(jù)常規(guī)方法，將具有本發(fā)明范圍的組成的鋼進(jìn)行熔制、鑄造，對(duì)所得到的鋼片或者鋼錠進(jìn)行熱加工、成型，得到氣體滲碳用鋼材。熱加工為熱軋或者熱鍛，可以多次進(jìn)行，也可以將熱軋與熱鍛組合進(jìn)行。成型可以通過(guò)熱鍛進(jìn)行，也可以進(jìn)行冷鍛等冷加工、切削或它們的組合。在對(duì)所得 到的氣體滲碳用鋼材實(shí)施形成氧化被膜的熱處理(一次滲碳)后，除去氧化被膜。熱處理(一次滲碳)需要在不使Fe氧化而使Si、Mn和Cr選擇性地氧化的氣氛下進(jìn)行。氣氛為以H2或H2O氣氛、CO或CO2氣氛、含微量氧的不活潑性氣體氣氛、或者它們的混合氣氛為代表的低氧分壓氣氛。根據(jù)鋼材的成分組成不同，所需要的氣氛發(fā)生變化，但當(dāng)向著氣氛溫度高的方向、氣氛中的氧分壓高的方向調(diào)節(jié)時(shí)，合金缺乏層增厚的傾向加強(qiáng)，因此本發(fā)明中，優(yōu)選向著氣氛溫度高的方向和/或氣氛中的氧分壓高的方向調(diào)節(jié)。實(shí)施例中，通過(guò)使用滲碳?xì)夥眨瑢?shí)現(xiàn)了合金缺乏層的形成。除去所生成的氧化被膜不僅通過(guò)以噴丸除銹為代表的機(jī)械除去方法進(jìn)行，而且通過(guò)化學(xué)研磨、電解研磨等化學(xué)除去方法或者它們的組合方法進(jìn)行。在除去氧化被膜后，對(duì)氣體滲碳用鋼材實(shí)施氣體滲碳處理(二次滲碳)，制造氣體滲碳鋼部件。Si具有使鋼材中的C的活量增加的效果，為了使?jié)B碳量降低，優(yōu)選二次滲碳處理的條件為提高碳勢(shì)。另外，處理溫度高時(shí)，且在滲碳處理的前后，可以實(shí)施切削加工。另外，在實(shí)施冷加工之前，為了使成形性提高，可以進(jìn)行球狀化退火。球狀化退火優(yōu)選在70(T80(TC下進(jìn)行。實(shí)施例接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)施例中的條件是為了確認(rèn)本發(fā)明的可實(shí)施性和效果而采用的一個(gè)條件例，本發(fā)明不受該條件例的限定。只要不脫離本發(fā)明的主旨并能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，則本發(fā)明可以采用各種條件。對(duì)具有表I所示的成分組成的各鋼材廣29實(shí)施鍛造和熱處理，然后，通過(guò)機(jī)械加工，制作具有直徑為26mm、寬度為28mm的圓筒部的小滾柱試驗(yàn)片和直徑為130mm、寬度為18mm、在外周具有R=150mm的凸起的滾柱試驗(yàn)片。表I
權(quán)利要求
1.一種氣體滲碳鋼部件，其在表面上具有c :0. 50質(zhì)量％以上的氣體滲碳層,其中， 母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. ro. 4%、Si :超過(guò) I. 2 4. 0%、 Mn :0. 2 3. 0%、 Cr :0. 5 5. 0%、Al :0. 005 0. 1%、S :0. OOTO. 3%、N :0. 003 0. 03%, 且限制0 :0. 0050%以下、P :0. 025% 以下， 并且在將Si、Mn和Cr的含量以質(zhì)量％表示記為[Si% ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I); 且所述母材在從表面至2 50 U m的深度的范圍內(nèi)，存在滿足下式(2)的合金缺乏層； 32 ≥ 3.5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]>9 (I) 3.5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]≤ 9(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體滲碳鋼部件，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體滲碳鋼部件，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、 和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體滲碳鋼部件，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上，以及 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、和B 0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
5.一種氣體滲碳用鋼材，其用于制造滲碳鋼部件，其中， 以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. ro. 4%、Si :超過(guò) I. 2 4. 0%、 Mn :0. 2 3. 0%、 Cr :0. 5 5. 0%、Al :0. 005 0. 1%、S :0. OOTO. 3%、N :0. 003 0. 03%, 且限制0 :0. 0050%以下、P :0. 025% 以下， 并且當(dāng)將Si、Mn和Cr的含量以質(zhì)量％表示記為[Si% ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I), 32 彡 3. 5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]>9 (I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體滲碳用鋼材，其中， 以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體滲碳用鋼材，其中， 以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、 和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體滲碳用鋼材，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上、以及 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、 和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
9.一種氣體滲碳用鋼材，其用于制造滲碳鋼部件，其中， 母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. ro. 4%、Si :超過(guò) I. 2 4. 0%、 Mn :0. 2 3. 0%、 Cr :0. 5 5. 0%、Al :0. 005 0. 1%、S :0. OOTO. 3%、N :0. 003 0. 03%, 且限制0 :0. 0050%以下、P :0. 025% 以下， 并且當(dāng)將Si、Mn和Cr的含量以質(zhì)量％表示記為[Si% ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I), 所述母材在從表面至2 50 u m的深度的范圍內(nèi)，存在滿足下式(2)的合金缺乏層， 32 ≥ 3.5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]>9 (I) 3. 5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]≤ 9(2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體滲碳用鋼材，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體滲碳用鋼材，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、 和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體滲碳用鋼材，其中， 所述母材的組成以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上、以及 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、和B 0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
13.一種氣體滲碳鋼部件的制造方法，其使用氣體滲碳用鋼材來(lái)制造滲碳鋼部件，所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量％計(jì)，含有 C :0. ro. 4%、Si :超過(guò) I. 2 4. 0%、 Mn :0. 2 3. 0%、 Cr :0. 5 5. 0%、 Al :0. 005 0. 1%、S :0. OOTO. 3%、 N :0. 003 0. 03%, 且限制0 :0. 0050%以下、P :0. 025%以下， 并且在將Si、Mn和Cr的含量以質(zhì)量％表示記為[Si% ]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(I); 所述制造方法中，將所述氣體滲碳用鋼材在生成氧化被膜的氣氛下進(jìn)行實(shí)施熱處理的一次滲碳， 除去在表面上形成的氧化被膜， 然后在滲碳制氣氛中進(jìn)行二次滲碳；32 ≥ 3. 5[Si%] + [Mn%]+3[Cr%]>9 (I)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體滲碳用鋼材，其中，通過(guò)所述一次滲碳，所述氣體滲碳用鋼材在從表面至2 50 的深度的范圍內(nèi)，形成了滿足下式(2)的合金缺乏層，3.5 [Si%] + [Mn%] +3 [Cr%]≤ 9(2)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體滲碳鋼部件的制造方法，其中， 所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體滲碳鋼部件的制造方法，其中， 所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ni :0. 2^3. 0%、 Cu :0. 2 3. 0%、 Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、W :0. 05、. 4%、 和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體滲碳鋼部件的制造方法，其中， 所述氣體滲碳用鋼材以質(zhì)量％計(jì)，還含有Nb :0. OTO. 3%、Ti :0. OTO. 3%、 V:0. OTO. 3%中的一種或兩種以上、以及Ni 0. 2 3. 0%、Cu 0. 2 3. 0%、Co :0. 2 3. 0%、Mo :0. 05、. 4%、 W :0. 05、. 4%、和B :0. 0006、. 005%中的一種或兩種以上。
全文摘要
一種氣體滲碳用鋼材，其用于制造滲碳鋼部件，其中，母材的組成以質(zhì)量%計(jì)，含有C0.1~0.4%、Si超過(guò)1.2~4.0%、Mn0.2~3.0%、Cr0.5~5.0%、Al0.005~0.1%、S0.001~0.3%、N0.003~0.03%，且限制O為0.0050%以下、P為0.025%以下，并且當(dāng)將Si、Mn和Cr的含量(質(zhì)量%)記為[Si％]、[Mn%]、[Cr%]時(shí)，滿足下式(1)；所述氣體滲碳用鋼材在從表面至2~50μm的深度的范圍內(nèi)，存在滿足下式(2)的合金缺乏層。32≥3.5[Si%]+[Mn%]+3[Cr%]>9(1)3.5[Si%]+[Mn%]+3[Cr%]≤9(2)。
文檔編號(hào)C21D1/76GK102803539SQ20118001491
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者小山達(dá)也, 久保田學(xué) 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社