專(zhuān)利名稱(chēng)：高頻淬火用鋼及使用其制造的曲柄軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻淬火用鋼及使用其制造的曲柄軸，更詳細(xì)而言，涉及用于通過(guò)高頻淬火制造的曲柄軸的高頻淬火用鋼及使用其制造的曲柄軸。
背景技術(shù)：
曲柄軸有實(shí)施高頻淬火和回火后進(jìn)行磨削而制造的曲柄軸。通過(guò)高頻淬火,鋼中產(chǎn)生殘留應(yīng)力。殘留應(yīng)力導(dǎo)致淬火裂紋、磨削裂紋這樣的裂紋。回火降低殘留應(yīng)力，抑制裂紋的產(chǎn)生。若省略回火，則制造成本降低。然而，高頻淬火時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋變得容易產(chǎn)生。因此，需要即使在曲柄軸的制造工序中省略回火也不易產(chǎn)生裂紋的高頻淬火用鋼。日本特開(kāi)昭61 - 186419號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)2000 — 26933號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)2005 - 256134號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)2007 — 113063號(hào)公報(bào)公開(kāi)了用于熱鍛產(chǎn)品和曲柄軸的制造的、不易產(chǎn)生由高頻淬火導(dǎo)致的裂紋的鋼。日本特開(kāi)昭61 - 186419號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的驅(qū)動(dòng)軸的制造方法通過(guò)降低鋼構(gòu)件的C含量來(lái)抑制由高頻淬火導(dǎo)致的淬火裂紋的產(chǎn)生。日本特開(kāi)昭61 - 186419號(hào)公報(bào)還為了補(bǔ)償由降低C含量引起的淬火性的降低而使鋼構(gòu)件含有B。日本特開(kāi)2000 - 26933號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的熱鍛用鋼通過(guò)含有0.04重量％以上的Ti來(lái)改變硫化物的形態(tài)，提高鍛造后的切削性，抑制磨削時(shí)產(chǎn)生的磨削裂紋。日本特開(kāi)2005 — 256134號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的曲柄軸用鋼材含有0.4質(zhì)量％以上的
Si。通過(guò)大量含有Si，減小由磨削時(shí)產(chǎn)生的熱導(dǎo)致碳化物產(chǎn)生時(shí)的收縮量，抑制磨削裂紋。日本特開(kāi)2007 - 113063號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的熱鍛部件具有fn2=521 — 353C 一22S1- 25Mn 一 8Cu 一 17Ni 一 18Cr 一 26Mo為300以上的化學(xué)組成。通過(guò)將式fn2設(shè)為300以上來(lái)抑制淬火裂紋的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
然而，像日本特開(kāi)昭61 - 186419號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的鋼構(gòu)件那樣含有B的高頻淬火用鋼的淬火性偏差大，品質(zhì)難以穩(wěn)定。另外，日本特開(kāi)2000 - 26933號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的熱鍛用鋼由于含有大量的Ti，制造成本變高。日本特開(kāi)2005 - 256134號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)2007 —113063號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的鋼材含有大量的Si。因此，氧化皮的產(chǎn)生量變多。因此，通過(guò)與上述專(zhuān)利文獻(xiàn)不同的其它方法而能夠抑制伴隨高頻淬火的裂紋的產(chǎn)生是優(yōu)選的。進(jìn)而，曲柄軸的硬度高是優(yōu)選的。另外，曲柄軸的銷(xiāo)被裝入連桿的大端部中，曲柄軸的銷(xiāo)與連桿的大端部的內(nèi)表面借助滑動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)。因此，曲柄軸的表面也需要優(yōu)異的抗咬死性。因此，用于制造曲柄軸的高頻淬火用鋼需要高硬度和優(yōu)異的抗咬死性。本發(fā)明的目的在于， 提供即使省略高頻淬火后的回火，也不易產(chǎn)生裂紋且具有高硬度和優(yōu)異的抗咬死性的高頻淬火用鋼。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的高頻淬火用鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.20 0.34%、Si:
0.20% 以下、Mn:0.75 2.0%、P:0.03% 以下、S:0.20% 以下、Cr:0.05 1.2%、T1:0.002%以上且不足0.030%、Al:0.005 0.04%、N:0.0040 0.020%，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，滿(mǎn)足式(I)。1.20 ^ Mn+Cr ^ 2.10(1)此處，對(duì)式(I)中的各元素符號(hào)代入各元素的含量(質(zhì)量％)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的高頻淬火用鋼即使省略高頻淬火后的回火，也不易產(chǎn)生裂紋且具有高硬度和優(yōu)異的抗咬死性。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的曲柄軸是將上述高頻淬火用鋼高頻淬火而制造的。另夕卜，曲柄軸也可以省略回火而制造。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下，與元素相關(guān)的％是指質(zhì)量％。[本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼的概要]本發(fā)明人等為了提高省略了回火的高頻淬火用鋼的耐裂紋性、硬度和抗咬死性而進(jìn)行了調(diào)查和研究。其結(jié)果，本發(fā)明人等得到以下見(jiàn)解。(I)制造曲柄軸時(shí)高頻淬火用鋼中產(chǎn)生的裂紋(淬火裂紋、磨削裂紋)是由高頻淬火時(shí)、磨削時(shí)鋼中產(chǎn)生的殘留應(yīng)力導(dǎo)致的。對(duì)于減少殘留應(yīng)力，減少鋼中的碳(C)含量是有效的。若減少C含量，則 能夠抑制由熱導(dǎo)致的鋼的體積變化，因此能夠減少殘留應(yīng)力。因此，變得不易產(chǎn)生裂紋。即，鋼的耐裂紋性提高。C含量為0.34%以下時(shí)，即使省略回火處理，也能夠抑制裂紋的產(chǎn)生。(2)C提高鋼的硬度。因此，若減少C含量，則高頻淬火用鋼的硬度降低。因此，含有滿(mǎn)足式⑴的錳(Mn)和鉻(Cr)來(lái)代替C，提高鋼的硬度。(3)若鋼的熱導(dǎo)率降低，則鋼的抗咬死性降低。硅(Si)降低鋼的熱導(dǎo)率。將Si含量設(shè)為0.20%以下時(shí)，能夠?qū)摰臒釋?dǎo)率維持在高水平，能夠得到優(yōu)異的抗咬死性。基于以上見(jiàn)解，本發(fā)明人等完成了本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼。以下，對(duì)本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼進(jìn)行詳述。[化學(xué)組成]本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼包含以下的化學(xué)組成。C:0.20 0.34%碳(C)提高鋼的強(qiáng)度和硬度。另一方面，C含量過(guò)多時(shí)，由熱導(dǎo)致的鋼的體積變化變大，鋼中容易產(chǎn)生殘留應(yīng)力。因此，變得容易產(chǎn)生裂紋。因此，C含量為0.20 0.34%。優(yōu)選的C含量為0.28 0.34%,進(jìn)一步優(yōu)選為0.30 0.33%。S1:0.20% 以下硅(Si)降低鋼的熱導(dǎo)率，降低鋼的抗咬死性。另一方面，Si含量過(guò)多時(shí)，熱鍛時(shí)產(chǎn)生的氧化皮量增多，鍛造后的鋼的表面粗糙。因此，Si含量少是優(yōu)選的。Si含量為0.20%以下。優(yōu)選的Si含量為0.18%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.10%以下。Mn:0.75 2.0%錳(Mn)固溶在鋼中，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Mn還提高高頻淬火前的鋼的硬度。Mn還生成MnS，抑制FeS生成。通過(guò)抑制FeS的生成，提高鋼的熱延性，鍛造時(shí)變得不易產(chǎn)生裂紋。另一方面，Mn含量過(guò)多時(shí)，生成貝氏體。貝氏體降低鋼的切削性。因此，生成貝氏體是不優(yōu)選的。另外，Mn含量過(guò)多時(shí)，鋼的硬度變得過(guò)高，變得容易產(chǎn)生裂紋。進(jìn)而，鋼的熱導(dǎo)率降低。因此，Mn含量為0.75 2.0%。優(yōu)選的Mn含量為1.10 1.70%，進(jìn)一步優(yōu)選為1.30 1.60%oP:0.03% 以下磷⑵為雜質(zhì)。P降低熱延性。P還降低高頻淬火時(shí)的耐裂紋性。因此，P含量少是優(yōu)選的。P含量為0.03%以下。優(yōu)選的P含量為0.020%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.010%以下。S:0.20% 以下硫⑶為雜質(zhì)。然而，若含有S，則生成MnS，鋼的切削性提高。另一方面，S含量過(guò)多時(shí)，鋼的熱加工性降低。進(jìn)而，S含量過(guò)多時(shí)，鋼中的硫化物的數(shù)量增加，變得容易產(chǎn)生磨削裂紋。因此，S含量為0.20%以下。使其發(fā)揮提高鋼的切削性的效果時(shí)，優(yōu)選的S含量的下限為0.02%以上。進(jìn)一步優(yōu)選的S含量為0.02 0.07%。Cr:0.05 1.2%鉻(Cr)提高鋼的強(qiáng)度和硬度。具體而言，Cr降低Ara相變點(diǎn)。通過(guò)Ara相變點(diǎn)的降低，在高頻淬火中鋼的表層變得容易形成均勻的馬氏體組織。另外，Cr也提高高頻淬火前的鋼的硬度。另一方面，Cr含量過(guò)多時(shí)，高頻淬火前的坯料中生成貝氏體。由于貝氏體降低切削性，生成貝氏體是不優(yōu)選的。因此，Cr含量為0.05 1.2%。優(yōu)選的Cr含量為0.10 0.50%，進(jìn)一步優(yōu)選為0.15 0.30%oT1:0.002% 以上且不足 0.030%鈦(Ti)生成氮化物、碳氮化物，通過(guò)釘扎效應(yīng)使晶粒微細(xì)化。通過(guò)晶粒微細(xì)化，鋼的延性和韌性提高，變得不易產(chǎn)生由高頻淬火導(dǎo)致的裂紋。另一方面，Ti含量過(guò)多時(shí)，生成粗大的氮化物，鋼的切削性降低。進(jìn)而，制造成本變高。因此，Ti含量為0.002%以上且不足0.030%。優(yōu)選的Ti含量為0.005%以上且不足0.030%。Al:0.005 0.04%鋁(Al)將鋼脫氧。Al還生成氮化物，通過(guò)釘扎效應(yīng)使晶粒微細(xì)化。通過(guò)晶粒微細(xì)化，鋼的延性和韌性提高，變得不易產(chǎn)生由高頻淬火導(dǎo)致的裂紋。另一方面，Al含量過(guò)多時(shí)，鋼的韌性反而降低。因此，Al含量為0.005 0.04%。優(yōu)選的Al含量為0.008 0.030%。本實(shí)施方式中的Al含量為酸溶Al (Sol.Al)的含量。N:0.0040 0.020%氮(N)與Al、Ti結(jié)合而生成氮化物、碳氮化物。這些氮化物、碳氮化物通過(guò)釘扎效應(yīng)使晶粒微細(xì)化。通過(guò)晶粒微細(xì)化，鋼的延性和韌性提高，變得不易產(chǎn)生由高頻淬火導(dǎo)致的裂紋。另一方面，N含量過(guò)多時(shí)，鋼中變得容易產(chǎn)生孔洞(voids)等缺陷。因此，N含量為
0.0040 0.020%。優(yōu)選的 N 含量為 0.0080 0.020%。本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼的化學(xué)組成的剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成。此處所說(shuō)的雜質(zhì)是指:從用作鋼的原料的礦 石、廢料或制造過(guò)程的環(huán)境等中混入的元素。在本實(shí)施方式中，雜質(zhì)例如有銅(Cu)、鎳(Ni)、鑰(Mo)、氧(0)等。本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼的化學(xué)組成還滿(mǎn)足式(I)。
1.20 ( Mn+Cr ( 2.10 (I)此處，對(duì)式(I)中的各元素符號(hào)代入各元素的含量(質(zhì)量％)。Mn含量和Cr含量的總和為1.20%以上時(shí)，即使C含量少，也能得到高硬度。另一方面，Mn含量與Cr含量的總和超過(guò)2.10%時(shí)，鋼中生成貝氏體，鋼的切削性降低。進(jìn)而，硬度變得過(guò)高，變得容易產(chǎn)生裂紋。[組織]本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼的組織為鐵素體-珠光體組織或珠光體組織。[制造方法]對(duì)使用了本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼的曲柄軸的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。制造具有上述化學(xué)組成的鋼水。通過(guò)連鑄法使鋼水形成鑄坯(slab)。也可以通過(guò)鑄錠法使鋼水形成鑄錠(鋼塊)。也可以將鑄坯或鑄錠熱加工，形成鋼坯(鋼片)、鋼條。接著，將鑄還、鑄徒、鋼還或鋼條熱鍛，在大氣中冷卻，制造曲柄軸的粗略形狀的中間產(chǎn)品。接著，對(duì)曲柄軸的中間產(chǎn)品在周知的條件下實(shí)施高頻淬火。不對(duì)高頻淬火后的曲柄軸的中間產(chǎn)品實(shí)施回火。即，省略回火。通過(guò)機(jī)械加工將省略回火的曲柄軸的中間產(chǎn)品磨削成規(guī)定形狀，制造曲柄軸。曲柄軸是使用具有上述化學(xué)組成的高頻淬火用鋼制造的。因此，實(shí)施高頻淬火后，即使省略回火，也不易產(chǎn)生裂紋。進(jìn)而，由于Mn和Cr含量滿(mǎn)足式(1)，因此高頻淬火用鋼具有高硬度。進(jìn)而， 由于Si含量低，因此高頻淬火用鋼的抗咬死性?xún)?yōu)異。實(shí)施例調(diào)查具有各種化學(xué)組成的高頻淬火用鋼的組織、硬度、熱導(dǎo)率和耐裂紋性。[試驗(yàn)方法]用真空感應(yīng)加熱爐將具有表I所示的化學(xué)組成的標(biāo)記A X的鋼熔解，形成鋼水。將鋼水鑄錠，制造柱狀的鑄錠。制造的鑄錠具有50kg的重量，并具有150mm的外徑。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種高頻淬火用鋼，其以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.20 0.34%、S1:0.20%以下、Mn:0.752.0%、P:0.03% 以下、S:0.20% 以下、Cr:0.05 1.2%,T1:0.002% 以上且不足 0.030%、Al:0.0050.04%、N:0.0040 0.020%，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，滿(mǎn)足式(I)，1.20 ≤ Mn+Cr ≤ 2.10(1) 此處，對(duì)式(I)中的各元素符號(hào)代入各元素的含量(質(zhì)量％)。
2.一種曲柄軸，其是將權(quán)利要求1所述的高頻淬火用鋼高頻淬火而制造的。
3.一種曲柄軸，其為權(quán)利要求2所述的曲柄軸，是省略回火而制造的。
全文摘要
本發(fā)明提供即使省略高頻淬火后的回火，也不易產(chǎn)生裂紋且具有優(yōu)異的硬度和抗咬死性的高頻淬火用鋼。本實(shí)施方式的高頻淬火用鋼以質(zhì)量%計(jì)含有C0.20～0.34%、Si0.20%以下、Mn0.75～2.0%、P0.03%以下、S0.20%以下、Cr0.05～1.2%、Ti0.002%以上且不足0.030%、Al0.005～0.04%、N0.0040～0.020%，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，滿(mǎn)足式(1)。1.20≤Mn+Cr≤2.10(1)，此處，對(duì)式(1)中的各元素符號(hào)代入各元素的含量(質(zhì)量%)。
文檔編號(hào)C21D9/30GK103080356SQ20118004197
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者溝邊優(yōu)太, 多比良裕章, 吉野健 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社