表面硬化钢部件制造技术

本发明专利技术的表面硬化钢部件是具备母材和渗碳层的表面硬化钢部件，其中，上述母材具有给定的化学组成，从表面至0.1mm深度的表层区域中，等效圆直径5～50nm的Ti系析出物的个数密度为0.5个/μm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面硬化钢部件
本专利技术涉及一种表面硬化钢部件。本申请基于2015年03月31日在日本提出申请的特愿2015-070701号并主张其优先权，在此引用其内容。
技术介绍
机械结构用部件有时会因急剧地受到大应力而破损。特别是，对于差动齿轮、传动齿轮、及带齿轮的渗碳轴等车辆用齿轮而言，由于车辆的突然启动及突然停车时的负荷，齿根有时会因冲击破坏而破损。为了防止这样的现象，特别是在差动齿轮及传动齿轮中，期望进一步提高其冲击值(耐冲击特性)。通过充分地提高这些机械结构用部件的冲击值，能够减少用于机械结构用部件的材料量，实现机械结构用部件的轻质化。通常已知晶粒的微细化对提高冲击值是有效的。晶粒的微细化能够通过在钢中微细且大量地形成析出物而实现。以下，对钢中微细且大量地析出析出物的现有技术进行说明。例如，在专利文献1中，提出了为了防止渗碳时的晶粒粗大化而在钢中分散AlN、或分散AlN和Nb(CN)的技术。然而，由于AlN的热稳定性低，容易在钢中溶体化而粗大化，形成比在钢中形成的其它析出物更粗大的析出物。因此，AlN的晶粒的微细化效果不足。另外，形成Nb(CN)所需要的Nb能够在钢中形成微细的Nb(CN)，另一方面，钢材的热轧性下降，成为铸造时及热轧时产生瑕疵的原因，因此不优选大量含有。在专利文献2中提出了通过降低热锻后的AlN析出量而在渗碳中得到微细AlN的技术。然而，由于AlN的热稳定性低且容易粗大化，因此，晶粒的微细化效果不足。如上所述，在专利文献1及专利文献2的公开技术中，不能充分应对得到冲击值优异、且具有高热轧性的表面硬化钢部件的需求。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3738004号公报专利文献2：日本专利第3954772号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题鉴于上述问题，本专利技术的目的在于，提供一种不会损害制造性且耐冲击特性优异的表面硬化钢部件。解决问题的方法本专利技术的主旨如下所述。(1)本专利技术的一个方式的表面硬化钢部件是具备母材和渗碳层的表面硬化钢部件，其中，上述母材的化学组成以质量％计含有：C：0.16～0.30％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.20～3.00％、S：0.001～0.100％、N：0.003～0.010％、Ti：0.020～0.200％、Nb：0.010％以上且小于0.050％、B：0.0005～0.0050％、Ni：0～3.00％、Mo：0～0.80％、Cu：0～1.00％、Co：0～3.00％、W：0～1.00％、V：0～0.30％、Pb：0～0.50％、Ca：0～0.0100％、Mg：0～0.0100％、Zr：0～0.0500％、Te：0～0.1000％、及稀土元素：0～0.0050％，且将以下元素限制为Al：0.010％以下、O：0.0050％以下、P：0.025％以下，余量为Fe及杂质，从表面至0.1mm深度的表层区域中，等效圆直径5～50nm的Ti系析出物的个数密度为0.5个/μm2以上，在上述表层区域中，等效圆直径为50nm以上且100nm以下的AlN的个数密度为0.5个/μm2以下。(2)上述(1)所述的表面硬化钢部件，其中，上述母材的上述化学组成以质量％计可以含有选自下述中的1种或2种以上：Ni：大于0％且3.00％以下、Mo：大于0％且0.80％以下、Cu：大于0％且1.00％以下、Co：大于0％且3.00％以下、W：大于0％且1.00％以下、及V：大于0％且0.30％以下。(3)上述(1)或(2)所述的表面硬化钢部件，其中，上述母材的上述化学组成以质量％计可以含有选自下述中的1种或2种以上：Pb：大于0％且0.50％以下、Ca：大于0％且0.0100％以下、Mg：大于0％且0.0100％以下、Zr：大于0％且0.0500％以下、Te：大于0％且0.1000％以下、及稀土元素：大于0％且0.0050％以下。专利技术的效果根据本专利技术的上述方式，可以提供一种耐冲击特性优异的表面硬化钢部件。该表面硬化钢部件使用于机械结构用部件的材料量减少，有助于机械结构用部件的轻质化。因此，本专利技术在工业上的效果极大。附图说明图1是本实施方式的表面硬化钢部件的渗碳层的示意图。图2是由Al量过量的钢得到的表面硬化钢部件的渗碳层的示意图。图3是通过不合适的渗碳处理而得到的表面硬化钢部件的渗碳层的示意图。图4是说明渗碳处理时的温度变化的图。图5是用于评价冲击值比的试验片的侧面图。符号说明1渗碳层2Ti系析出物3粗大的AlN具体实施方式本专利技术人等对通过使热稳定性高的析出物存在于钢部件的表层且不损害制造性而实现具有优异的耐冲击特性的表面硬化钢部件的方法进行了研究。具体而言，对化学组成和渗碳材质特性宽范围且系统地变化的钢实施了气体渗碳及冲击试验。其结果，得到了以下说明的见解。本专利技术人等对渗碳后的结晶粒径与钢中的析出物的关系进行了研究。其结果，通过钢中的析出物控制渗碳后的结晶粒径的微细化效果的主要原因是气体渗碳在加热时向γ逆相变时、即700～800℃的升温时析出物的分布状态及渗碳加热时温度保持中的析出物的稳定性。此外，本专利技术人等得到了如下见解：在气体渗碳的加热中，渗碳气体氛围中所含的N2气体分解，N浸入钢中，对向γ逆相变时的行为造成影响。本专利技术人等为了研究利用该浸入的N进行晶粒的微细化的方法，对化学成分及渗碳加热条件的影响进行了深入研究。其结果，本专利技术人等得到了如下见解：钢中含有大于0.010％的Al时，浸入的N与Al反应而生成粗大的AlN，另一方面，钢中的Al含量为0.010％以下且钢中的Ti含量为0.020％以上时，浸入至钢中的N不形成粗大的AlN，且晶粒微细化，冲击值提高。本专利技术人等推测，由于AlN妨碍TiC、(Ti,Nb)(C,N)、TiN、及Ti4C2S2等Ti系析出物、特别是主要由Ti及N构成的Ti系析出物带来的晶粒微细化效果，因此，产生了上述现象。此外，本专利技术人等得到了如下见解：在700～800℃的范围内的平均升温速度为5～50℃/分时，Ti系析出物及粗大的AlN的直径及个数密度最优，晶粒能够微细化。另外，本专利技术人等得到了如下见解：由Nb导致的热轧性的降低能够通过将Nb含量控制为小于0.050％并使Ti含量为0.020％以上来控制。以下，对基于上述见解的本专利技术的一个实施方式的表面硬化钢部件(本实施方式的表面硬化钢部件)进行详细说明。本实施方式的表面硬化钢部件具备母材和渗碳层。本实施方式的表面硬化钢部件通过对具有给定化学成分的钢进行加工并对该钢进行气体渗碳而得到。对本实施方式的表面硬化钢部件的母材的化学成分(化学组成)的限定理由进行说明。母材的化学成分与加工前的钢相同。以下，合金元素的含量的单位“％”表示“质量％”。(C：0.16～0.30％)C(碳)含量决定表面硬化钢部件的芯部(母材)的强度，此外也影响有效硬化层深度。为了确保所需的芯部强度，使C含量的下限为0.16％。另一方面，C含量过多时，切削加工及冷加工时的效率降低。因此，使C含量的上限为0.30％。C含量的优选下限为0.18％，进一步优选的下限为0.19％。C含量的优选上限为0.26％，进一步优选的上限为0.24％。(Si：0.10～2.00％)Si(硅)是对钢的脱氧有效的元素，并且是对提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面硬化钢部件，其具备母材和渗碳层，其中，所述母材的化学组成以质量％计含有：C：0.16～0.30％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.20～3.00％、S：0.001～0.100％、N：0.003～0.010％、Ti：0.020～0.200％、Nb：0.010％以上且小于0.050％、B：0.0005～0.0050％、Ni：0～3.00％、Mo：0～0.80％、Cu：0～1.00％、Co：0～3.00％、W：0～1.00％、V：0～0.30％、Pb：0～0.50％、Ca：0～0.0100％、Mg：0～0.0100％、Zr：0～0.0500％、Te：0～0.1000％、及稀土元素：0～0.0050％，且将以下元素限制为：Al：0.010％以下、O：0.0050％以下、P：0.025％以下，余量为Fe及杂质，从表面至0.1mm深度的表层区域中，等效圆直径5～50nm的Ti系析出物的个数密度为0.5个/μm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.31 JP 2015-0707011.一种表面硬化钢部件，其具备母材和渗碳层，其中，所述母材的化学组成以质量％计含有：C：0.16～0.30％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.30～2.00％、Cr：0.20～3.00％、S：0.001～0.100％、N：0.003～0.010％、Ti：0.020～0.200％、Nb：0.010％以上且小于0.050％、B：0.0005～0.0050％、Ni：0～3.00％、Mo：0～0.80％、Cu：0～1.00％、Co：0～3.00％、W：0～1.00％、V：0～0.30％、Pb：0～0.50％、Ca：0～0.0100％、Mg：0～0.0100％、Zr：0～0.0500％、Te：0～0.1000％、及稀土元素：0～0.0050％，且将以下元素限制为：Al：0.010％以下、O：0.0050％以下、P：0.025％以下，余量为F...

【专利技术属性】
技术研发人员：小山达也，久保田学，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP