[发明专利]高频淬火用钢、高频淬火用粗型材、其制造方法及高频淬火钢部件

说明书

技术领域

本发明涉及高频淬火用钢、高频淬火用粗型材、其制造方法及高频淬火钢部件。

本申请基于2010年3月30日在日本申请的特愿2010-078232号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

使用于汽车、工程机械、农业机械、发电用风车、其它的产业机械等的动力传递部件(例如齿轮、轴承、CVT滑轮、轴等)从提高部件的疲劳特性、提高耐磨性等目的考虑几乎都在实施表面硬化处理后使用。在为人所知的多种表面硬化处理中，渗碳处理在表面硬度、硬化层的深度、生产率等方面比其它表面硬化处理更为优良，因此，适用部件非常多。例如，在齿轮、轴承部件的制造工序中，通常使用JIS的SCM420、SCR420、SNCM220等中碳合金钢，以通过热锻、冷锻、切削或这些工序的组合以获得规定的形状的方式实施机械加工，之后，进行渗碳处理及渗碳氮化处理。齿轮的疲劳破坏大致可分为弯曲疲劳(齿根疲劳)、齿面疲劳(俯仰等)。为谋求齿轮部件的高强度化，需要同时使这两种疲劳强度都提高。通过渗碳处理制造的齿轮的硬化层的硬度极高，因此，其特征为具有弯曲疲劳强度、疲劳强度都优良的性能。

但是，渗碳处理为在气体气氛中的批量处理，例如需要在930℃附近加热保持数小时以上，因此，花费巨大的设备費及处理能量和成本。另外，渗碳处理的CO₂的排放量多，从而在环境方面也存在问题。另外，由于为批量处理，因此，存在由于在渗碳处理时的部件的装载位置的差别、从而产生因热处理变形导致的部件精度偏差的余地较大，以致部件精度的管理困难的缺点。为了克服与该热处理变形有关的缺点，从材料方面、操作方面付出了很大的努力，获得了一定的改善效果。但是，还没有发现根本性的解决方法，还不能说达到了足够的水平。

为解决这些问题，进行了关于以代替渗碳处理为目的的高频淬火(电磁感应淬火)处理的使用的研究。高频淬火处理与渗碳处理相比，处理时间大幅度地缩短及能够降低处理所需要的能量，因此，在生产率及低成本化方面是有利的。另外，CO₂的排放也少，而且也没有淬火油向环境的排放，因而在环境方面也是有利的。另外，高频淬火处理与渗碳处理不同，受热处理的影响的部位限于表面附近，因此，热处理变形本质上较小。另外，处理时间缩短，因此，还具有连续处理化容易，热处理变形导致的部件精度的偏差的管理容易这样的优点。

另一方面，虽然有上述的优点，但是，作为代替渗碳处理的高频淬火处理未普及的最大的理由，是因为兼顾部件的齿面疲劳强度(俯仰强度等)的确保和部件成型时的加工性(切削性、冷锻性)极其困难。不仅齿轮，CVT滑轮、轴承类也需要确保齿面疲劳及转动疲劳这样的面疲劳。这种部件在部件的使用中有报告指出：由于部件的接触面的表面温度上升到300℃左右，因此，在300℃下的硬度(或300℃回火后的硬度，以下称为300℃回火硬度)与面疲劳强度强烈相关。关于由渗碳淬火处理及高频淬火处理获得的马氏体组织的300℃回火硬度，表层的碳含量越多回火硬度越高。虽然300℃回火硬度也受到合金元素添加的影响，但是，碳含量的影响较大。另外，关于合金元素的添加导致的300℃回火硬度的改善效果，为碳含量越多其效果越大。因此，在欲获得与渗碳处理部件同等的面疲劳强度的情况下，需要与渗碳处理的部件的表层部同等程度的碳含量(0.80％附近)。但是，部件的碳含量的增加导致钢基材硬度的上升，因此，部件的加工性(切削性、冷锻性)显著降低，不适于工业生产。即，兼顾钢基材的高碳化和加工性的确保这两者是不可或缺的。

例如，在专利文献1～6中记载着通过对中碳钢(C：～0.65％)实施高频淬火而制造部件的技术。但是，由于碳含量比渗碳处理的部件的表层部大幅度减少，因此，尽管加工性没有怎么劣化，但与渗碳部件相比，齿面疲劳强度降低。因此，用该技术不能代替渗碳。例如，专利文献7～13中记载着通过对比较高碳的钢(C：～0.75％)实施高频淬火而获得改善了齿面疲劳强度的部件的技术。但是，依然是碳含量比渗碳处理的部件的表层部少，因此，不能实现与渗碳部件匹敌的齿面疲劳强度。另外，在这些钢中随着碳含量的增加，加工性显著地降低，但是，与此相对的改善技术并不充分，因此，结果是齿面疲劳强度、加工性均不充分，不能代替渗碳。

例如，在专利文献14～17中记载着谋求对比较高碳的钢(C：～0.75％)通过规定适当的轧制条件、锻造条件、冷却条件来改善加工性等的技术。但是，与上述同样，依然是碳含量比渗碳处理部件少，因此，不能达到与渗碳部件匹敌的齿面疲劳强度，不能代替渗碳。