高频淬火用钢制造技术

提供一种具备优异的切削性、且高频淬火后可得到优异的面疲劳强度的高频淬火用钢。本发明专利技术的高频淬火用钢具有如下化学组成，以质量计含有C：0.58～0.68％、Si：0.70～1.40％、Mn：0.20～1.40％、P：小于0.020％、S：0.025％以下、Al：大于0.06％且为0.15％以下、N：0.0020～0.0080％、O：0.0015％以下和Ca：0.0005～0.005％，余量由Fe和杂质组成，所述化学组成满足式(1)～式(3)。钢组织由铁素体和珠光体构成。相对于钢中的复合夹杂物和Al2O3夹杂物，复合夹杂物的个数比率为20％以上。C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2.5≤1.05(1)；C+Si/10+Mn/20+Cr/25≥0.70(2)；Cr/Si≤0.20(3)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高频淬火用钢
本专利技术涉及钢，更详细而言，涉及高频淬火用钢。
技术介绍
以齿轮为代表的机械零件通常要求具有优异的面疲劳强度。如果表面的硬度高，则可以获得优异的面疲劳强度。因此，对于要求面疲劳强度的机械零件，有时会实施高频淬火来制造。这种机械零件的制造方法的一例如下所述。对高频淬火用钢材进行热锻，制造中间产品。对中间产品实施高频淬火。对高频淬火后的中间产品实施磨削加工，制造以齿轮为代表的机械零件。改善上述机械零件的疲劳强度的技术在日本专利第4014042号(专利文献1)和日本专利第5742801号(专利文献2)中有记载。专利文献1公开的高频淬火用棒钢以质量计含有C：0.5～0.7％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.2～1.5％、Cr：0～1.5％、V：0～0.10％、S：0.002～0.05％、Al：0.01～0.04％和N：0.005～0.012％，余量由Fe和杂质组成，杂质中的Ti为0.003％以下、O为0.0015％以下、P为0.02％以下，式(1)所示的X值为0.62～0.90。该棒钢的表层区域中，式(2)所示的A值为0.80以上、长径比为3以下、且短径为10μm以上的MnS以外的夹杂物的个数为2个/mm2以下。其中，式(1)为X＝C(％)+0.11×Si(％)+0.07×Mn(％)+0.08×Cr(％)。式(2)为A＝(MnMIN/MnAVE)。式(1)中的C(％)、Si(％)、Mn(％)、Cr(％)表示各元素的含量(质量％)。式(2)中的MnMIN表示表层区域中Mn浓度的下限值(质量％)，MnAVE表示Mn浓度的平均值(质量％)。专利文献2公开的热轧棒钢或线材具有如下化学组成：以质量计含有C：0.55～0.75％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.3～1.5％、Cr：0.1～2.0％、S：0.002～0.05％、Al：0.01～0.2％和N：0.002～0.01％，余量由Fe和杂质组成，杂质中的P和O分别为P：0.025％以下和O：0.002％以下，进而，下述式(1)所示的Fn1为2.5～4.5。组织中，珠光体比率为90％以上，珠光体片的平均间距为150～300nm，且珠光体片间距的标准偏差为25nm以下。式(1)为Fn1＝3Si+Mn+1.5Cr，式(1)中的元素符号表示各元素的含量(质量％)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4014042号专利文献2：日本专利第5742801号
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1和2提出的钢材也可以获得优异的面疲劳强度。但是，优选的是，通过其它方法也可以在高频淬火后的钢材上实现优异的面疲劳强度。另外，在使用钢材制造齿轮等机械零件时，还要求具备优异的切削性。本专利技术的目的在于，提供具备优异的切削性、且高频淬火后可获得优异的面疲劳强度的高频淬火用钢。用于解决问题的方案本专利技术的高频淬火用钢的化学组成如下：以质量％计含有C：0.58～0.68％、Si：0.70～1.40％、Mn：0.20～1.40％、P：小于0.020％、S：0.025％以下、Al：大于0.06％且为0.15％以下、N：0.0020～0.0080％、O：0.0015％以下、Ca：0.0005～0.005％、Cr：0～0.15％、Cu：0～0.50％、Ni：0～0.30％、Mo：0～0.20％、B：0～0.0040％、Ti：0～0.050％、V：0～0.05％和Nb：0～0.05％，余量为Fe和杂质，满足式(1)～式(3)。钢组织由铁素体和珠光体构成，珠光体的面积率为85％以上。在钢中，相对于Al2O3夹杂物和复合夹杂物的总个数，复合夹杂物的个数比率为20％以上。复合夹杂物是以质量计含有2.0％以上的SiO2和2.0％以上的CaO、且余量的99％以上为Al2O3的夹杂物。C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2.5≤1.05(1)C+Si/10+Mn/20+Cr/25≥0.70(2)Cr/Si≤0.20(3)其中，式(1)～式(3)的各元素符号处代入对应的元素的含量(质量％)。专利技术的效果本专利技术提供的高频淬火用钢具备优异的切削性，且高频淬火后可得到优异的面疲劳强度。附图说明图1为实施例中的辊点蚀试验中使用的小辊测试件的侧视图。图2为实施例中的辊点蚀试验中使用的大辊测试件的主视图。具体实施方式本专利技术人等对高频淬火用钢的切削性和高频淬火后钢材(机械零件)的面疲劳强度进行了调查分析。其结果，本专利技术人等得到了以下见解。(1)为了提高高频淬火后钢材的面疲劳强度，提高高频淬火后钢材的表面硬度是有效的方式。为了提高表面硬度，优选通过高频淬火使钢材表层的显微组织成为均匀的淬火组织(马氏体)。如果铁素体等在钢材的表层组织发生残留等、表层组织变为不均匀组织，则表面硬度降低，面疲劳强度下降。为了通过高频淬火得到均匀的淬火组织，优选高频淬火用钢的显微组织由铁素体和珠光体构成，组织中的珠光体的面积率(以下称为珠光体比率)高。定义Fn1＝C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2.5。Fn1为淬火性的指标。Fn1超过1.05时，淬火性会变得过高。此时，高频淬火用钢的显微组织中生成贝氏体，珠光体比率下降。其结果，即使实施了高频淬火，表层也容易生成不均匀组织。其结果，钢材的面疲劳强度下降。Fn1为1.05以下时，高频淬火用钢的显微组织由铁素体(先共析铁素体)和珠光体构成，珠光体比率达到85％以上。“显微组织由铁素体和珠光体构成”是指显微组织中的铁素体(先共析铁素体)和珠光体的总面积率为97％以上。(2)为了通过高频淬火得到均匀的淬火组织，如上所述，优选的是，使高频淬火用钢的显微组织为铁素体/珠光体组织，且使珠光体比率为85％以上。定义Fn2＝C+Si/10+Mn/20+Cr/25。Fn2是钢的显微组织为铁素体/珠光体组织时的珠光体比率的指标。Fn2越高，显微组织中的珠光体比率越大。Fn2小于0.70时，显微组织中的珠光体比率会变得小于85％，高频淬火后钢材的表层中容易生成不均匀组织。其结果，钢材的面疲劳强度下降。Fn2为0.70以上时，显微组织中的珠光体比率达到85％以上。(3)为了通过高频淬火得到均匀的淬火组织，进一步优选在高频淬火时珠光体中的渗碳体易于固溶。高频淬火后钢材中残存有未固溶的渗碳体时，会形成不均匀组织，高频淬火后钢材表面的硬度下降。其结果，钢材的面疲劳强度下降。Si和Cr均可使珠光体的片间距变窄，使得高频淬火时渗碳体容易固溶。Si和Cr还可提高钢的回火软化阻力。因此，Si和Cr均可抑制回火时生成渗碳体，提高钢材的面疲劳强度。但是，Cr会富集于渗碳体，使渗碳体变得稳定。因此，Cr含量过高时，高频加热时渗碳体难以固溶，高频淬火后钢材中容易残存有未固溶的渗碳体。如果相对于Si含量降低Cr含量，则既可缩短珠光体的片间距，又可抑制Cr导致的渗碳体稳定化。此时，高频加热时渗碳体易于固溶，且高频淬火后不容易残留渗碳体。定义Fn3＝Cr/Si。Fn3是表示高频淬火时渗碳体易固溶程度的指标。Fn3越低，高频加热时钢中的渗碳体越容易固溶。而Fn3大时，相对于Si含量，Cr含量过高。此时，高频加热时渗碳体难以固溶。其结果，淬火后的钢材中，无法得到足够的硬度。Fn3为0.20以下时，高频淬火时渗碳体会充分固溶。从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频淬火用钢，其具有如下化学组成：以质量％计，含有C：0.58～0.68％、Si：0.70～1.40％、Mn：0.20～1.40％、P：小于0.020％、S：0.025％以下、Al：大于0.06％且为0.15％以下、N：0.0020～0.0080％、O：0.0015％以下、Ca：0.0005～0.005％、Cr：0～0.15％、Cu：0～0.50％、Ni：0～0.30％、Mo：0～0.20％、B：0～0.0040％、Ti：0～0.050％、V：0～0.05％、以及Nb：0～0.05％，余量为Fe和杂质，所述化学组成满足式(1)～式(3)，钢组织由铁素体和珠光体构成，所述珠光体的面积率为85％以上，在钢中，相对于Al2O3夹杂物和复合夹杂物的总个数，所述复合夹杂物的个数比率为20％以上，所述复合夹杂物以质量计含有2.0％以上的SiO2和2.0％以上的CaO、且余量的99％以上为Al2O3，C+Si/7+Mn/5+Cr/9+Mo/2.5≤1.05(1)C+Si/10+Mn/20+Cr/25≥0.70(2)Cr/Si≤0.20(3)其中，式(1)～式(3)的各元素符号处代入对应的元素的质量％含量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.19 JP 2016-1418881.一种高频淬火用钢，其具有如下化学组成：以质量％计，含有C：0.58～0.68％、Si：0.70～1.40％、Mn：0.20～1.40％、P：小于0.020％、S：0.025％以下、Al：大于0.06％且为0.15％以下、N：0.0020～0.0080％、O：0.0015％以下、Ca：0.0005～0.005％、Cr：0～0.15％、Cu：0～0.50％、Ni：0～0.30％、Mo：0～0.20％、B：0～0.0040％、Ti：0～0.050％、V：0～0.05％、以及Nb：0～0.05％，余量为Fe和杂质，所述化学组成满足式(1)～式(3)，钢组织由铁素体和珠光体构成，所述珠光体的面积率为85％以上，在钢中，相对于Al2O3夹杂物和复合夹杂物的总个数，所述复合夹杂物的个数比率为20％以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：根石豊，宫西庆，志贺聪，
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