[发明专利]表面硬化钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在进行了热锻等热加工、冷锻或滚压成形等冷加工、切削等后实施渗碳淬火的表面硬化钢及其制造方法。

本申请基于2010年10月6日提出的日本专利申请特愿2010-226478号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

对于齿轮、轴承等转动部件、等速万向接头或轴等旋转传递部件要求表面的硬度，因而实施渗碳淬火。这些渗碳部件例如通过利用热锻、中温锻造、冷锻、滚压成形等塑性加工或切削而将JIS G 4052、JIS G4104、JIS G 4105、JIS G 4106等中规定的中碳的机械结构用合金钢成形为规定的形状，然后进行渗碳淬火的工序来制造。

在制造渗碳部件时，在起因于渗碳淬火的热处理应变的作用下，部件形状的精度有时劣化。特别是，在齿轮或等速万向接头等部件中，热处理应变成为噪音或振动的原因，进而有时使接触面的疲劳特性下降。此外，在轴等中，如果由热处理应变导致的弯曲增大，则损害动力传递效率及疲劳特性。该热处理应变的最大的原因是由于渗碳淬火时的加热而不均匀地产生的粗大晶粒。

以往，在锻造后，在渗碳淬火前进行退火，以抑制粗大晶粒的发生。可是，如果进行退火则有制造成本增加的问题。此外，由于对齿轮、轴承等转动部件负载高面压，因而进行高深度渗碳。在高深度渗碳中，为了缩短渗碳时间，通常将930℃左右的渗碳温度提高到990～1090℃的温度区。因此，在高深度渗碳中容易产生粗大晶粒。

为了对渗碳淬火时的粗大晶粒的产生进行抑制，重要的是表面硬化钢即塑性加工前的基材的材质。对于抑制高温下的晶粒的粗大化，微细的析出物是有效的，从而提出了利用Nb、Ti的析出物、AlN等的表面硬化钢（例如专利文献1～5）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-335777号公报

专利文献2：日本特开2001-303174号公报

专利文献3：日本特开2004-183064号公报

专利文献4：日本特开2004-204263号公报

专利文献5：日本特开2005-240175号公报

发明内容

发明所要解决的课题

可是，如果为了抑制粗大晶粒的发生而利用微细的析出物，则表面硬化钢通过析出强化而硬化。此外，通过添加生成析出物的合金元素也使表面硬化钢硬化。因此，在能够防止高温下的粗大晶粒发生的钢中，作为新课题可列举出对于冷锻、切削等的冷加工性的降低。

特别是，切削是要求接近最终形状的高精度的加工，微小的硬度上升对切削的精度都有较大的影响。因此，在使用表面硬化钢时，非常重要的是不仅防止粗大晶粒的发生，而且要考虑切削性（材料的易切削度）。以往，对于改善切削性，已知添加Pb、S等提高切削性的元素是有效的。

可是，Pb是环境负荷物质，从环境对应技术的重要性出发，正在限制在钢材中添加Pb。此外，S通过在钢中形成MnS而使切削性得以提高，但通过热加工而延伸的粗大的MnS容易成为轧制或热锻、冷锻时的破坏的起点，大多成为加工不良的原因。因此，大量S的添加容易成为使热轧、冷轧时的加工性及冷锻性或转动疲劳等机械性质下降的原因。

在本发明中，为适用于要求疲劳特性的渗碳部件，特别是要求转动疲劳特性的轴承部件、转动部件、齿轮等，提供一种通过实施热锻等热加工、冷锻或滚压成形等冷加工、切削、渗碳淬火而使用的，粗大晶粒防止特性、冷加工性、切削性、渗碳淬火后的疲劳特性优良的表面硬化钢及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明人为解决上述课题而进行了潜心的研究。结果发现：如果对添加了Ti的钢进行渗碳淬火，则Ti系析出物作为疲劳破坏的起点而作用，疲劳特性、特别是转动疲劳特性容易劣化。于是，本发明人得到以下的见解，从而完成了本发明。首先，如果通过N量的限制、热轧温度的高温化等而使Ti系析出物微细地分散，则可兼顾粗大晶粒防止特性和疲劳特性。此外，对于提高切削性，在钢中添加S是有效的，但重要的是通过添加Ti控制硫化物的大小及形状。另外，Ti通过形成硫化物，与MnS复合化，还对MnS的微细化具有效果。

本发明的要旨如下。