[发明专利]热处理应变小的表面硬化钢材

说明书

技术领域

本发明涉及通过渗碳、渗碳氮化或碳氮共渗(以下有时称为「渗碳·氮化」)淬火处理而使表层部成为硬质的表面硬化钢材。该表面硬化钢材，尤其作为需要高水平的耐磨损性、耐疲劳特性的汽车等的齿轮、轴、等速接头等机械部件的材料是有用的。

本申请基于2012年1月26日在日本提出的专利申请2012-014474号要求优先权，将其内容援引于本申请中。

背景技术

近年来，从降低CO₂排放量、促进节能的观点出发，要求使包括汽车、机动二轮车等的运输机械的车身轻量化，谋求提高燃油效率。作为车身轻量化对策的一环，齿轮、轴等机械部件的小型化、轻量化在被推进，但与其相伴，对于所述机械部件，要求提高耐磨损性、疲劳强度。

作为改善齿轮等机械部件的耐磨损性、耐疲劳性的手段，一直以来，以渗碳·氮化淬火处理为代表的表面硬化处理被广泛应用。但是，在响应提高实施了表面硬化处理的机械部件的尺寸精度，提高工作时的光滑性、静音性的技术要求的意义上，极力减小在表面硬化处理中产生的应变(以下有时称为「热处理应变」)是一个重要的课题。

作为降低热处理应变的对策，例如，专利文献1和2中公开了一种方法，该方法进行组织调整以使得渗碳·氮化热处理后的内部组织成为奥氏体+铁素体层，并由该组织状态进行淬火来制造应变小的高强度齿轮。

但是，在该方法中，由于使用的钢材的Si含量少因此抗软化性低。因此，如果将制造出的齿轮在高速旋转中使用，则存在表面的温度上升并软化，耐点蚀性下降的难点。

专利文献3中公开了用同样的方法降低了热处理应变的表面硬化钢。但是，该表面硬化钢由于C含量多，因此具有被切削性、冷态加工性、韧性等差的问题。

专利文献4中公开了一种齿轮用钢，该齿轮用钢规定渗碳处理后的理想临界直径，使渗碳淬火后的渗碳·氮化没有被实施的内部的金属组织，成为铁素体为10～70％的低应变型渗碳淬火组织。但是，该齿轮用钢由于Si含量多因此渗碳性差，并且具有被切削性、冷态加工性差的问题。

专利文献5中公开了一种方法，该方法适当调整钢材的成分组成，采用最佳的渗碳处理条件来降低热处理应变。另外，专利文献6中公开了一种方法，该方法通过钢中的C、Mn含量来控制临界冷却速度，谋求热处理后的低应变化。

专利文献7和8中公开了一种方法，该方法在表面硬化处理后的淬火处理中，通过根据成分组成设定淬火开始温度进行淬火，从而将表面硬化处理后的芯部、即非渗碳层的组织调整至初析铁素体的面积率为20～80％。

专利文献9中公开了一种方法，该方法作为降低应变量的对策，实施渗碳冷却和再加热淬火处理，谋求降低热处理应变和提高弯曲疲劳强度。但是，该方法无法避免伴随再加热淬火的生产性的下降、热处理成本的上升。

专利文献10中公开了一种氮化用钢，该氮化用钢是将未凝固区域在特定的条件下压下，在凝固末期位置不施加电磁搅拌，不使白亮带生成，使在D/4部的偏析度C/Co为0.99～1.01，实质上不具有白亮带的氮化用钢。

专利文献11中公开了一种表面硬化钢，该表面硬化钢的铸片的径向截面内的C和Mn的微观偏析度的最大值与最小值的差为0.03％以内，邻接的含量的差为0.02％以内。另外，专利文献12中公开了由C的中心偏析度为1.1～1.0的铸片制造的低应变表面硬化钢。

但是，实际情况是即使应用上述任一种方法和钢，也无法达成满足近期的消费者的严格要求的低应变化。

在先技术文献

专利文献1：日本国特开平05-070924号公报

专利文献2：日本国特开平05-070925号公报

专利文献3：日本国特开昭58-113316号公报

专利文献4：日本国特开平08-109435号公报

专利文献5：日本国特开平02-298250号公报

专利文献6：日本国特开昭61-210154号公报

专利文献7：日本国特开平09-137266号公报

专利文献8：日本国特开平10-147814号公报

专利文献9：日本国特开平05-148535号公报

专利文献10：日本国特开2000-343191号公报

专利文献11：日本国特开2006-097066号公报

专利文献12：日本国特开昭58-052459号公报

发明内容