专利名称：高频淬火用钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及切削性优良的高频淬火用钢，更详细地说，涉及用于齿轮以及汽车用 CVT (Continuously Variable Transmission)或CVJ (Constant Velocity Joint)的部件等 的高频淬火用钢。本申请基于2009年1月16日的日本申请特愿2009-007757号而主张优先权，在 此引用其中的内容。
背景技术：
以前，所使用的汽车用齿轮大多实施表面硬化处理，作为表面硬化法，采用渗碳、 氮化和高频淬火。其中，“渗碳”是通过使基体为高韧性、使材料表层高碳化而达到硬化的目 的的，主要适用于以疲劳强度的提高为目的的齿轮、汽车用CVT或CVJ的部件等的材料。但 是，成为主流的渗碳处理是在气体气氛中的批处理，例如像在930°C左右进行数小时以上的 加热保持那样，将耗费大量的能源和成本。另外，在实际操作方面，除了为进行渗碳材料的 处理等而常常伴随环境的恶化等问题外，也存在在线化困难的问题。于是，为了解决这些问题，进行了只通过高频淬火处理而得到所希望的强度特性 的研究。究其原因，那是因为高频淬火非常有利于表面硬化处理时间的缩短和耗能的降低， 进而非常有利于环境的清洁化。作为涉及为解决上述课题的高频淬火处理的发明，例如在专利文献1中，提出了 有关高频淬火用钢的方案。它提供一种钢材，其将Si限制在0.50%以下，将Al限制在 0. 10%以下，并且在高频淬火前的金属组织中，将马氏体的面积分率控制在70%以上。根据 该方法，确实强度得以显著提高，但加工性、特别是切削性变得非常差。作为迄今为止进行 渗碳而制作部件时的钢材，一般使用Jis SCr420和SCM420等的C量为0. 2%左右的所谓 表层硬化钢，但使用C含量低的钢材的最大的理由是确保切削性。这些钢材被加工成部件 后，由于进行渗碳淬火，所以表面硬度提高，可以得到部件的强度。但是，关于高频淬火的部 件，为了得到适当的表面硬度，必须把钢材本身的C量提高到0. 4%以上。在此情况下，切削 前的钢材的硬度变硬，从而切削性恶化。即使C量增力卩、钢材变硬，也需要切削性良好的钢 材。即可以说，在用高频淬火制作迄今为止通过渗碳而制造的部件的技术领域，最大的课题 是钢材的切削性。着眼于为提高切削性的过去的发明，专利文献2提出了改善切削性的发明。这是 一种大量添加0. 0050%以上的B、以及0. 007%以上的N的BN快削钢。这项技术可以适用 于不需要强度、只是提高表面粗糙度等的切削性的JIS SUMll等的低C钢(含有低浓度C 的钢)，但如果将这样大量的B和N添加到作为本发明的主要着眼点的中高C钢(含有中、 高浓度C的钢)中，则热脆性变得显著，难以进行钢材的制造。进而作为钢材的特性，在韧 性和疲劳强度方面也显著劣化。因此，是并不合适的钢。于是，作为兼备切削性和疲劳强度的发明，有专利文献3和专利文献4。专利文献3 是通过调整成分，将铁素体组织和珠光体组织的合计组织分率设定为90%以上，进而将铁素体组织的最大厚度控制为30 μ m，由此兼备切削性和疲劳强度的发明。然而，铁素体组织 和珠光体组织的合计组织分率为90%以上的钢有许多，但仅凭这一点，切削性的提高并不 充分，需要通过合金元素进行的进一步改良。专利文献4是使MnS的纵横尺寸比减小到10 以下，进而施加高频加热到钢材中心部的条件，由此提高切削性和疲劳强度的发明。降低这 样的MnS的纵横尺寸比而提高切削性和疲劳强度的方法是以前为人所熟知的方法。但是， 该方法并不充分，需要通过合金元素进行的进一步改良。另外，如果对高频淬火法也施加限 制，则存在的缺点是实用性的利用受到限制。专利文献1 日本特开2007-131871号公报专利文献2 日本特开2007-107020号公报专利文献3 日本特开2006-28598号公报专利文献4 日本特开2007-16271号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种改善了上述记载的以前发明的缺点，从而切削性优 良的高频淬火钢。特别成为课题的是将在齿轮、汽车用CVT或CVJ等中使用的部件的制造 工序由渗碳处理转换为高频淬火处理。本发明人为解决这样的课题而进行了详细的研究，结果发现与以前的钢相比，大 幅度增加Al量，且适当地控制Al量和N量，由此可以维持强度，同时提高切削性，从而完成 了本发明。 Φ，本发明的要点如下本发明涉及一种高频淬火用钢，其以质量％计，含有C :0. 40% 0.75%，Si 0. 002% 3. 0%，Mn 0. 20 2. 0%，S 0. 002 % 0. 1 %, Al 大于 0. 10%但小于等于 3. 0%,Ρ:0. 030%以下和N 0. 035%以下，剩余部分包括Fe和不可避免杂质。在本发明的高频淬火用钢，以质量％计，也可以进一步含有B :0. 0004% 0. 005%。以质量％计，也可以进一步含有Ti :0. 004% 0. 10%。以质量％计，也可以进一步含有选自Cr :0. 05% 1.50%和Mo :005% 0. 6%之 中的1种或2种元素。以质量％计，也可以进一步含有选自Nb 0. 005% 0. 2%和V 0. 01% 1. 0%之 中的1种或2种元素。以质量％计，也可以进一步含有选自Sb :0. 0005% 0. 0150%，Sn :0. 005% 2. 0%,Ζη 0. 0005% 0· 5%,Te 0. 0003% 0. 2%,Bi 0. 005% 0. 5%和 Pb 0. 005% 0.5%之中的1种或2种以上的元素。以质量％计，也可以进一步含有选自Mg :0. 0002% 0. 003%，Ca :0. 0003% 0. 003%, Zr 0. 0003%— 0. 005%和 REM 0. 0003%— 0. 005%之中的 1 种或 2 种以上的元
ο以质量％计，也可以进一步含有选自Ni :0. 05% 2.0%和Cu :0. 01% 2.0%之 中的1种或2种元素。根据本发明的高频淬火用钢，由于C含量为0. 40% 0. 75%，且Al含量为大于 0. 10%但小于等于3. 0%，因而可以维持高频淬火用钢的强度，同时改善切削性。
因此，本发明可以提供一种钢，其能够将特别在齿轮、汽车用CVT或CVJ等中使用 的部件的制造工序从渗碳处理转换为高频淬火处理。
图1是表示钢材的Al量和工具寿命之间的关系的图。
具体实施例方式以下，就本发明实施方式进行详细的说明。下面说明本发明限定钢成分的理由。在此，成分含有单位的％是指质量％。C :0· 40% 0. 75%C具有确保高频淬火后的表面硬度的作用和确保钢(芯部)所希望的强度的作用。 如果C的含量低于0. 40%，则不能得到上述作用产生的所希望的效果。另一方面，如果含 有C超过0.75%，则韧性恶化，产生轧制材料自生开裂等制造上的问题。因此，C含量规定 为0. 40% 0. 75%，但为了更加稳定地确保上述效果，优选调整为0. 50% 0. 65%。Al 大于0. 10%但小于等于3. 0%Al在本发明的钢中是最重要的元素，所以在此进行详细的说明。制造许多钢锭而制作了 Φ50的轧制坯材，其中钢锭将成分调整为，含有C: 0. 50 % 0. 60 %、Si 0. 002 % 0. 80 %、Mn :0. 50 % 0. 9 %、S :0. 005 % 0. 1 %、Al 0. 010% 3. 5%,N 0. 001% 0. 035%和P 0. 030%以下，剩余部分包括Fe和不可避免杂 质。这样地进行成分调整而将轧制坯材的硬度设定在大约200 220HV的范围内。由这些 坯材制造Φ 45 X 15mm的圆盘试样。对于这些试样，在表1所示的条件下，进行了切削性试验(片山昌著，《没有失败的 切削材料和工具材料的看法和选择方法》，日刊工业新闻社，东京，2007年发行P. 27记载的 试验方法)。以一定的钻头转速(m/min)，在圆盘试样上钻出总深度为IOOOmm的孔。在切削 中钻头不损坏的情况下，使用新的钻头，以更快的钻头转速钻出总深度为IOOOmm的孔。进 行这项操作直至切削中钻头损坏为止。而且在切削期间钻头不损坏的转速当中，将最大的 转速(钻孔的总深度达到IOOOmm的最大切削速度(m/min))用于评价切削性。这是评价工 具寿命的试验，可知最大切削速度越快，工具就越难损坏，从而钢的切削性就越优良。表 权利要求
一种高频淬火用钢，其以质量％计，含有C0.40％～0.75％，Si0.002％～3.0％，Mn0.20～2.0％，S0.002％～0.1％，Al大于0.10％但小于等于3.0％，P0.030％以下，以及N0.035％以下，剩余部分包括Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有 B 0. 0004% 0. 005%。
3.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有 Ti 0. 004% 0. 10%。
4.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有选自 Cr 0. 05% 1. 50%，以及Mo 0. 05% 0. 6%之中的1种或2种元素。
5.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有选自 Nb 0. 005% 0. 2%，以及V 0. 01%~ 1.0%之中的1种或2种元素。
6.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有选自 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%，以及Pb 0. 005% 0. 5%之中的1种或2种以上的元素。
7.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有选自 Mg 0. 0002% 0. 003%,Ca 0. 0003% 0. 003%, Zr 0. 0003%— 0. 005%，以及REM 0. 0003%— 0. 005%之中的1种或2种以上的元素。
8.根据权利要求1所述的高频淬火用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有选自 Ni 0. 05% 2. 0%，以及Cu :0. 01% 2. 0%之中的1种或2种元素。全文摘要
本发明涉及一种高频淬火用钢，其以质量％计，含有C0.40％～0.75％，Si0.002％～3.0％，Mn0.20～2.0％，S0.002％～0.1％，Al大于0.10％但小于等于3.0％，P0.030％以下和N0.035％以下，剩余部分包括Fe和不可避免杂质。
文档编号C22C38/60GK101960035SQ20108000119
公开日2011年1月26日 申请日期2010年1月5日 优先权日2009年1月16日
发明者久保田学, 斋藤肇, 桥村雅之, 水野淳, 间曾利治 申请人:新日本制铁株式会社