鋼材以及鋼材的制造方法

專利名稱：鋼材以及鋼材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于機械結(jié)構(gòu)用部件(machine structural application)的鋼材 (steel products)。另外，本發(fā)明還涉及用于制造適于機械結(jié)構(gòu)用部件的鋼材的方法。
背景技術(shù)：
歷來，汽車用驅(qū)動軸(drive shaft for automotive)或等速聯(lián)軸器(constant velocity joints)等機械結(jié)構(gòu)用部件通常由下述工藝制造。首先，對熱軋棒鋼(hot rolling bar steels)實施熱鍛造(hot forging)、或切削(cutting)、冷鍛造(cold forging)等而加工成預(yù)定的形狀。之后，為了確保作為機械結(jié)構(gòu)用部件的重要特性即 扭轉(zhuǎn)強度(torsional strength),進行高頻萍火(induction hardening)-爐力口熱回火 (tempering)。因此，提出了在高頻淬火前階段確保良好的切削加工性(machinability)及 冷鍛造性，同時在高頻淬火_回火后具有較高的扭轉(zhuǎn)強度的各種鋼材(例如，日本特開平 9-111401號公報(專利文獻1))。
應(yīng)予說明，上述用途的機械結(jié)構(gòu)用部件，除了作為靜態(tài)斷裂強度的上述扭轉(zhuǎn)強度 之外，扭轉(zhuǎn)疲勞強度(torsional fatigue strength)也有時受到要求。扭轉(zhuǎn)疲勞強度，通 常也是通過高頻淬火_回火處理而確保。然而，在驅(qū)動軸部件的制造中，有時不進行熱處理或鍛造加工而是由軋制狀(“as rolled")的棒鋼材(下面，稱作黑皮材(bar steels with mill scale))直接通過外周旋 削加工(timing)而加工成預(yù)定的形狀。該黑皮材的外周旋削加工，與鋼材表面的氧化皮層 (黑皮SCale)與鋼材相比硬度高，因此外周旋削工具的損耗(tool failure)嚴(yán)重，導(dǎo)致工 具壽命的降低。且伴隨著工具壽命的降低，工具的更換頻率增加而使生產(chǎn)率降低，且工具成 本上升也成為問題。對于該問題，以往通過使用更高硬度的工具或使用表面被覆硬質(zhì)皮膜的工具之 類、從工具一側(cè)采取措施。然而上述措施，仍然沒有解決工具成本上升的問題。此外也可以考慮實施下述措施，即在周旋削前通過酸洗(pickling)或噴丸處理 (shot blast)等除去氧化皮層，之后實施外周旋削加工。然而，由于不得不增加新的工藝， 或必需引入新的設(shè)備，因此也還是增加了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
以往，實際情況是沒有從作為機械結(jié)構(gòu)用部件的原材料的鋼材一側(cè)，積極開展針 對上述問題的措施。為此，本發(fā)明的目的在于解決鋼材中現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，即提供黑皮 夕卜周方寵肖ll性(machinability in turning for bar steels with mill scale)優(yōu)異、且聯(lián) 軸器部件等常常要求的扭轉(zhuǎn)強度也優(yōu)異的、適于機械結(jié)構(gòu)用部件的鋼材。另外，本發(fā)明的第二方面的目的在于提供用于制造鋼材的方法，該鋼材是黑皮外 周旋削性優(yōu)異、且聯(lián)軸器部件等常常要求的扭轉(zhuǎn)強度也優(yōu)異的、適于機械結(jié)構(gòu)用部件的鋼 材。
至今幾乎沒有關(guān)于提高黑皮外周旋削性的研究，對此，發(fā)明人等進行了深入研究。 其結(jié)果新發(fā)現(xiàn)了以下見解，即通過對鋼的化學(xué)組成下功夫可以得到更優(yōu)異的黑皮外周旋削 性，而完成了本發(fā)明。另外，發(fā)明人等在黑皮外周旋削性優(yōu)異的鋼材中，特別是從提高疲勞強度的觀點 出發(fā)進行了深入研究，結(jié)果新發(fā)現(xiàn)了以下見解，即通過對鋼材的制造方法下功夫可以同時 實現(xiàn)優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)疲勞強度與黑皮外周旋削性。本發(fā)明的第二方面是基于以上見解而完成 的。本發(fā)明的要旨如下所述。(1)黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材，其特征在于，具有以下的成分組成， 即含有C:0. 35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si :0. 16質(zhì)量％以上、0.35質(zhì)量％以下，Mn 超過1.0質(zhì)量％且為2.0質(zhì)量％以下，P :0. 025 質(zhì)量％ 以下，S 超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu :0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下，A1 超過0.03質(zhì)量％且為0. 1質(zhì)量％以下，0:不足0.5質(zhì)量％，Ti :0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04質(zhì)量％，B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下，N:0. 002質(zhì)量％以上、0.02質(zhì)量％以下，以及0 :() 0030 質(zhì)量％ 以下，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。(2)黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材，其特征在于，具有以下的成分組成， 即含有C:0. 35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si :0. 16質(zhì)量％以上、0.24質(zhì)量％以下，Mn 超過1.0質(zhì)量％且為1.4質(zhì)量％以下，P :() 025 質(zhì)量％ 以下，S 超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu :0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下，A1 超過0. 03質(zhì)量％且為0. 1質(zhì)量％以下，0:不足0.5質(zhì)量％，Ti :0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04質(zhì)量％，B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下，N 0. 002質(zhì)量％以上、0. 02質(zhì)量％以下，以及0 :() 0030 質(zhì)量％ 以下，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。(3)如前述(1)或(2)所述的黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材，進一步含有Ni 0. 05質(zhì)量％以上、3. 5質(zhì)量％以下。(4)如前述⑴ ⑶的任一項所述的黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材，進 一步含有選自Nb 0. 005質(zhì)量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以及V :0. 01質(zhì)量％以上、0.5質(zhì)量％以下的1種或2種。S卩，通過形成以下的成分組成能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，所述成分組成滿足上述(1) 或(2)的從C到0的規(guī)定，任選地進一步含有上述(3)的Ni，并與此相獨立地任選地進一步 含有上述(4)的Nb、V中的1種或2種，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。另外，本發(fā)明的第二方面如下所述。(5)黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的制造方法，其特征在于，對原材料實 施熱軋時將該原材料加熱至1100°c以上、1250°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°C以上的溫度 區(qū)間結(jié)束軋制，所述原材料具有以下的成分組成，含有C :0. 35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si :0. 16質(zhì)量％以上、0.35質(zhì)量％以下，Mn 超過1.0質(zhì)量％且為2.0質(zhì)量％以下，P :0· 025 質(zhì)量％ 以下，S 超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu :0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下，Al 超過0.03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下，Cr 不足 0.5 質(zhì)量 ％，Ti :0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％，B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下，N :0. 002質(zhì)量％以上、0.02質(zhì)量％以下，以及0 :0· 0030 質(zhì)量％ 以下，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。(6)黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的制造方法，其特征在于，對原材料實 施熱軋時將該原材料加熱至1100°c以上、1250°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°C以上的溫度 區(qū)間結(jié)束軋制，所述原材料具有以下的成分組成，含有C :0. 35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si :0. 16質(zhì)量％以上、0.24質(zhì)量％以下，Mn 超過1.0質(zhì)量％且為1.4質(zhì)量％以下，P :0. 025 質(zhì)量％ 以下，S 超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu :0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下，Al 超過0.03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下，Cr 不足 0.5 質(zhì)量 ％，Ti :0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％，B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下，N :0. 002質(zhì)量％以上、0.02質(zhì)量％以下，以及0 :0· 0030 質(zhì)量％ 以下，
且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。(7)如前述(5)或(6)所述的黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的制造方法， 其中，前述原材料進一步含有Ni 0. 05-3. 5質(zhì)量％。(8)如前述(5)或(7)的任一項所述的黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的 制造方法，其中，前述原材料進一步含有選自Nb 0. 005質(zhì)量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以及V :0. 01質(zhì)量％以上、0.5質(zhì)量％以下的1種或2種。(9)黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的制造方法，其特征在于，對原材料實 施熱軋時將該原材料加熱至1100°c以上、1250°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°C以上的溫度 區(qū)間結(jié)束第一段的軋制，進一步加熱至1050°c以上、1150°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°C 以上的溫度區(qū)間結(jié)束第二段的軋制，所述原材料具有以下的成分組成，含有C :0. 35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si :0. 16質(zhì)量％以上、0.35質(zhì)量％以下，Mn 超過1.0質(zhì)量％且為2.0質(zhì)量％以下，P :0· 025 質(zhì)量％ 以下，S 超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu :0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下，Al 超過0.03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下，Cr 不足 0.5 質(zhì)量 ％，Ti :0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％，B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下，N :0. 002質(zhì)量％以上、0.02質(zhì)量％以下，以及0 :0· 0030 質(zhì)量％ 以下，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。(10)黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的制造方法，其特征在于，對原材 料實施熱軋時將該原材料加熱至1100°C以上、1250°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°C以上 的溫度區(qū)間結(jié)束第一段的軋制，進一步加熱至1050°c以上、1150°C以下的溫度區(qū)間，并在 1000°C以上的溫度區(qū)間結(jié)束第二段的軋制，所述原材料具有以下的成分組成，含有C :0. 35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si :0. 16質(zhì)量％以上、0.24質(zhì)量％以下，Mn 超過1.0質(zhì)量％且為1.4質(zhì)量％以下，P :0· 025 質(zhì)量％ 以下，
S 超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu :0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下，Al 超過0.03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下，Cr 不足 0.5 質(zhì)量 ％，Ti :0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％，B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下，N :0. 002質(zhì)量％以上、0.02質(zhì)量％以下，以及0 :0. 0030 質(zhì)量％ 以下，
且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。(11)如前述(9)或(10)所述的黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材的制造方 法，其中，前述原材料進一步含有Ni 0. 05-3. 5質(zhì)量％。(12)如前述(9)至(11)的任一項所述的黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度優(yōu)異的鋼材 的制造方法，其中，前述原材料進一步含有選自Nb 0. 005質(zhì)量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以 及V :0. 01質(zhì)量％以上、0.5質(zhì)量％以下的1種或2種。S卩，通過對形成以下的成分組成的原材料以上述(5)或(6)所記載的條件實施熱 軋能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的第二方面的目的，所述成分組成滿足上述(5)或(6)的從C到0的規(guī) 定，任選地進一步含有上述(7)的Ni，并與此相獨立地任選地進一步含有上述(8)的Nb、V 中的1種或2種，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。另外，通過對形成以下的成分組成的原材料以上述(9)或(10)所記載的條件實施 熱軋能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的第二方面的目的，所述成分組成滿足上述(9)或(10)的從C到 的 規(guī)定，任選地進一步含有上述(11)的Ni，并與此相獨立地任選地進一步含有上述(12)的 Nb、V中的1種或2種，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。此外，對于在第二發(fā)明中通過對鋼材的制造方法下功夫而同時實現(xiàn)優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)強 度與黑皮外周旋削性的見解，以下進行說明。在機械結(jié)構(gòu)用部件中所用的鋼材中，首先，重要的是確保黑皮外周旋削性和鉆孔 加工性(machinability in drilling)等切削加工性(machinability)，為此，通過添加 S以在鋼中生成MnS來提高切削加工性。在該鋼組成之下，對提高扭轉(zhuǎn)疲勞強度進行深入 研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)MnS的形態(tài)對于扭轉(zhuǎn)疲勞強度造成非常大的影響。關(guān)于MnS對疲勞強度 造成的影響，雖然過去關(guān)于基于旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(rotating bending test)等的彎曲疲勞強 度(rotating bending fatigue strength)或轉(zhuǎn)動疲勞強度(rolling contact fatigue strength)等有所研究，但對作為本發(fā)明的課題的、對扭轉(zhuǎn)疲勞強度造成的影響，以往還沒 有詳細研究。為此，發(fā)明人等對于改變制造條件而使MnS的形態(tài)發(fā)生了變化的鋼材，在扭轉(zhuǎn)疲 勞強度試驗后進行了試驗片的斷面觀察(observation of fracture surfaces)。其結(jié)果發(fā) 現(xiàn)，由于鋼中的MnS成為在高頻淬火后的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗時發(fā)生的龜裂(crack)的傳播通路 而加快龜裂傳播速度(crack propagation rate)，因而降低了疲勞強度。其影響程度為， MnS的延伸度(aspect ratio of MnS)越小則越少，在延伸度大時，扭轉(zhuǎn)疲勞強度顯著降低。因此，為了提高扭轉(zhuǎn)疲勞強度，抑制MnS的延伸(延伸，elongation)非常重要。關(guān) 于這一點，從鋼材的制造條件的觀點出發(fā)進行進一步詳細研究的結(jié)果，得到如下所示的見 解。生成MnS的鋼原材料，例如在熱軋鑄片時，隨著加熱溫度的升高，MnS的一部分熔 解從而MnS的粒徑減小。如果將其熱軋，則相對于較低加熱溫度的情況而言MnS的延伸度 變小。另夕卜，由于暫時熔解的MnS在軋制中途較微小地再析出，因此鋼中的平均MnS的延伸 程度與低溫加熱相比更小。進一步地，對于軋制條件的影響進行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MnS最大延伸的溫度區(qū)間為 超過900°C且不足1000°C的范圍，則在相對該溫度的高溫區(qū)域以及低溫區(qū)域中其延伸程度較小。即，通過將加熱溫度高溫化，作為軋制溫度區(qū)間而避開超過900°C且不足1000°C的范 圍，能夠顯著抑制MnS的延伸。如上所述，通過使加熱溫度為1100-1250°C，而在1000°C以上結(jié)束軋制，而抑制了 MnS的延伸，其結(jié)果，這樣獲得的鋼材在高頻淬火后進行扭轉(zhuǎn)疲勞試驗時的強度顯著提高。應(yīng)予說明，在得到上述見解時，通過光學(xué)顯微鏡在100倍的倍率下確認(rèn)到了 MnS的 延伸狀態(tài)。然而，通過使組成為前述組成，雖能夠得到優(yōu)異的黑皮外周旋削性，但在熱軋時如 果使加熱溫度為1100-1250°C的范圍，則與相對該溫度區(qū)間的低溫下加熱的情形相比，氧化 皮層之下(與母材鋼材部分的界面)的Cu的濃度變高，因此黑皮外周旋削性進一步提高。 使加熱溫度為比1250°C高的高溫的情況下，由于軋制裂痕引起的鑄片的表面缺陷增加，軋 制后的棒鋼材的表面性狀變差。
具體實施例方式以下，針對本發(fā)明的限定理由，按成分進行詳細說明。需要說明的是，以下的“ ％” 表示，只要沒有特殊限定則表示“質(zhì)量％ ”。C :0. 35% 以上、0. 46% 以下C是對淬火性(hardenability)影響最大的元素，在提高淬硬層(hardening layer)的硬度以及深度、提高扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度方面是有用的。如果含量不足 0. 35%，則為了確保所必需的扭轉(zhuǎn)強度或適當(dāng)?shù)呐まD(zhuǎn)疲勞強度，不得不極度增加淬硬深度， 而此時淬裂(quenching crack)的發(fā)生變得顯著，因此使C含量為0. 35%以上。另一方面， 如果含有超過0. 46%的C，則在扭轉(zhuǎn)試驗時引起脆性破壞(brittle failure)，不僅導(dǎo)致扭 轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度降低，而且在淬火時易于發(fā)生淬裂。因此，使C含量為0. 35%以上、 0.46%以下。優(yōu)選為0.38%以上、0.42%以下。Si 0. 16%以上、0. 35%以下，優(yōu)選為0. 24%以下Si抑制碳化物的生成，從而抑制由碳化物引起的晶界強度(resistance to intergranular fracture)的降低。另外，除了固溶(solid solutioning)于鐵素體中而 強化之外，也是提高淬火后的回火時的抗回火軟化性(resistance to temper softening) 的元素，由此提高扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度。進一步地，由于其作為脫氧元素也有用，因此 含有0. 16%以上。然而，如果含有超過0.35%，則由于鐵素體的固溶硬化(solid solution strengthening)而使硬度上升，導(dǎo)致切削性以及冷鍛造性降低。因此，使Si含量為0. 16% 以上、0. 35%以下。如果使Si含量為0. 24%以下，則能夠得到尤其優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)強度、扭轉(zhuǎn)疲 勞強度、切削性以及冷鍛造性。進一步優(yōu)選為0. 22%以下。另一方面，由于在Si 超過0. 24% 0. 35%的區(qū)域內(nèi)抗回火軟化性高，因此具有 提高耐縱搖性(pitching resistance)的特長，對于Si :0. 16-0. 24 %的鋼，在縱搖壽命 (pitching life)方面大概能改善20%以上。需要說明的是，通過滑動滾動疲勞試驗(試 驗條件赫茲應(yīng)力3. 4GPa、滑動率40%、柴油潤滑、油溫70°C、對應(yīng)材料JIS G 4805規(guī)定的 SUJ2輥(前端半徑R300))研究縱搖壽命。Mn 超過1.0%且為2.0%以下，優(yōu)選為1.4%以下Mn在提高淬火性、確保淬火時的硬化深度的方面是必要的成分，因此必需含有超過1.0%的Mn。另一方面，如果含有超過2.0%時，則淬火后的殘留奧氏體(retained austenite)增加，反而使表面硬度降低，而使扭轉(zhuǎn)強度及扭轉(zhuǎn)疲勞強度降低，因此使含有 2.0%以下的Mn。Mn含量為1. 4%以下時，可以得到尤其優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度。 進一步優(yōu)選為1.3%以下，更進一步優(yōu)選為1.2%以下。另一方面，在Mn 超過1. 4% 2. 0%的區(qū)間，由于淬火回火后的硬度高，具有提高 耐縱搖性的特長，對于Mn :1. 0-1. 4%的鋼，在前述縱搖壽命方面大概能獲得12%以上的改善。P :0. 025% 以下P通過在奧氏體的晶界偏析以降低晶界強度從而降低扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度， 且促成淬火時的淬裂。因此，期望其含量極低，但容許含有直至0.025%。優(yōu)選為0.020% 以下。S:超過 0.015% 且為 0.04% 以下S是為了在鋼中形成MnS以提高切削性而含有的。該效果在0. 015%以下時不充 分，另一方面，添加超過0. 04%時，則使晶界強度降低從而降低扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度， 因此添加0. 04%以下。Cu :0. 21% 以上、0. 35% 以下Cu在本發(fā)明中是最為重要的元素，在本發(fā)明的鋼中若含有0.21%以上，則在鋼材 的黑皮下Cu濃度變高，由此在黑皮外周旋削時Cu附著在工具表面從而發(fā)揮抑制工具磨耗 (tool wear或tool failure)的效果。然而，如果添加超過0. 35%，則抑制了熱加工性(hot workability)，因此進行0. 35%以下的添加。優(yōu)選為0. 30%以下。Al 超過0.03%且為0. 以下Al不僅是用于通過脫氧而低氧化的有效元素，同時，其與N結(jié)合形成A1N，這能夠 抑制在淬火加熱時的奧氏體的晶粒的生長。另外，還抑制碳化物的生成從而抑制由于碳化 物引起的晶界強度的降低。即，Al是通過上述效果來提高扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度的元素。 上述效果，在含有0. 03%以下時小，另一方面，即使添加超過0. 1%，則由于其效果飽和而 導(dǎo)致成分成本的上升，因此進行超過0. 03%且為0. 以下的添加。優(yōu)選為0. 07%以下。Cr:不足 0.5%Cr是對淬火性有用的元素，為了確保淬火時的硬化深度，優(yōu)選添加0. 06 %以上， 但為0. 5%以上時，使碳化物穩(wěn)定化從而促進殘留碳化物的生成，由此降低晶界強度從而使 扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度變差。因此，使Cr含量為不足0.5%。優(yōu)選為0.4%以下、進一步 優(yōu)選為0.3%以下Ti :0. 005% 以上、不足 0. 04%Ti是為了通過與N結(jié)合而防止B形成BN，由此可以防止B的提高淬火性效果的消 失，即是為了使B充分發(fā)揮提高淬火性效果而添加的。因此，需要含有0. 005%以上的Ti。 另一方面，如果含量為0. 04%以上，則形成大量的TiN從而降低扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度， 因此添加不足0. 04%的Ti。優(yōu)選為0. 01%以上、0. 03%以下。B :0. 0003% 以上、0. 0070% 以下通過添加微量的B而提高淬火性，通過提高淬火時的淬火深度而提高扭轉(zhuǎn)強度和 扭轉(zhuǎn)疲勞強度。另外，B是在晶界優(yōu)先偏析、從而降低在晶界上偏析的P的濃度、由此提高晶界強度繼而提高扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度的元素，因此積極添加。其含量不足0. 0003% 時效果較小，另一方面，添加超過0. 0070%時，其效果飽和而招致成分成本的上升，因此含 有0. 0070%以下。優(yōu)選為0. 0005%以上、0. 0040%以下。N :0. 002% 以上、0. 02% 以下N與Al、Ti或Nb形成氮化物，或和C 一起而與Al、Ti或Nb結(jié)合形成碳氮化物。它 們通過抑制淬火加熱時的奧氏體的生長，而提高晶界強度、乃至扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度。 為此，必需含有0.002%以上的N。另一方面，含有超過0.02%的N時，則使熱成型性(hot formability)降低從而顯著增加連續(xù)鑄造(continuous casting)時的鑄片表面缺陷，因 此使N的含量為0. 002%以上、0. 02%以下。優(yōu)選為0. 003%以上、0. 01%以下。0:0. 0030% 以下0作為硬質(zhì)的氧化物系非金屬包裹體(oxide non-metallic inclusion)而存在， 同時也是在晶界偏析而使晶界強度降低的原因。另外，0量的增大使氧化物系非金屬包裹 體的尺寸極為粗大化。這些尤其對疲勞強度有害，因此希望極力降低其含量，需要降低至 0.0030%以下。優(yōu)選抑制到0.0020%以下。在本發(fā)明中，除了上述化學(xué)組成，還可以適當(dāng)?shù)靥砑酉率龀煞?。Ni :0. 05% 以上、3. 5% 以下M是抑制碳化物的生成、抑制由該碳化物引起的晶界強度的降低從而提高扭轉(zhuǎn)強 度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度的元素。另外，其是提高淬火性的元素，可以在調(diào)整淬火性時使用。為此 優(yōu)選添加0.05%以上。另一方面，Ni是極其昂貴的元素，如果添加超過3. 5%則鋼材的成 本上升，因此進行不足3. 5%的添加。優(yōu)選為1.0%以下。進一步地，在本發(fā)明中，可以添加選自Nb :0. 005%以上、0. 以下，以及V :0. 01 質(zhì)量％以上、0. 5質(zhì)量％以下的1種或2種。上述成分作用如下所述。Nb :0. 005% 以上、0. 以下Nb在鋼中與C、N結(jié)合形成微小的球狀碳化物或碳氮化物，其通過將回火后的 晶界碳化物球狀化(spheroidizing)，從而抑制晶界強度的降低。另外，Nb是析出強化 (precipitation strengthening)作用極強的元素，且是提高抗回火軟化性的元素。即，Nb 通過上述效果而提高扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度。為此，優(yōu)選添加0.005%以上的Nb。另一 方面，如果添加超過0. 10%，則其效果飽和，因此添加0.005%以上、0. 以下。更優(yōu)選添 加0. 01%以上、0. 05%以下。V :0. 01% 以上、0. 5% 以下V在鋼中與C、N結(jié)合形成微小的球狀碳化物或碳氮化物，其通過將高頻回火后的 晶界碳化物的形狀球狀化，從而抑制晶界強度的降低。另外，V是析出強化作用極強的元 素，且是提高抗回火軟化性的元素。即，V通過上述效果而提高扭轉(zhuǎn)強度和扭轉(zhuǎn)疲勞強度。 為此，優(yōu)選添加0. 01 %以上的V。另一方面，如果添加超過0. 5%，則其效果飽和，因此添加 0. 01%以上、0. 5%以下。更優(yōu)選添加0. 03%以上、0. 3%以下。需要說明的是，本發(fā)明的鋼材，沒有必要特別限定其組織，可以是鐵素體 (ferrite)、珠光體(pearlite)或貝氏體(bainite)等的任一種?；蛘呤撬鼈兊幕旌舷嘁?沒問題。其中，優(yōu)選以鐵素體_珠光體為主體的組織。需要說明的是，對于本發(fā)明的鋼材的制造方法沒有特殊的限定，可以根據(jù)現(xiàn)有方法進行制造。不言而明，即使采用下述的本發(fā)明的第二方面所規(guī)定的制造條件或優(yōu)選條件 也完全沒有問題。以下對本發(fā)明的第二方面中的鋼材的制造條件進行說明。在上述成分組成下熔制的鋼，通過鑄造而制造為板坯(slab)、大方坯(bloom)以 及小方坯(billet)等原材料(鑄片)，供于以下所示的熱軋成為所期望的鋼材。在熱軋中，將上述原材料首先加熱至1100°C以上、1250°C以下的溫度區(qū)間。此處， 使加熱溫度在1100-1250°c范圍內(nèi)是由于如果不足1100°C JIjMnS完全沒有固溶而以鑄造 時粗大的MnS的樣子而被軋制，使MnS顯著延伸。另一方面，使加熱溫度為1250°C以下是由 于如果超過該溫度則晶界部分地熔融，熱成型性降低而使得熱軋變得困難。接著，在1000°C以上的溫度區(qū)間進行熱軋。此處，使軋制溫度在1000°C以上是因 為在低于其的溫度區(qū)間MnS的延伸變得顯著。需要說明的是，在本發(fā)明的制造方法中，對原材料(鑄片)所施加的熱軋，不限于 1次，也可以通過2次的軋制成型為最終形狀。關(guān)于此情況下的熱軋溫度規(guī)定如下。對于第1段的軋制溫度與上述相同。對于接下來的第2段的軋制溫度，由于通過 第1段的軋制MnS被微小化，加熱溫度可以降低至MnS不會固溶的溫度。然而，如果熱軋溫 度低于1000°C，則由于產(chǎn)生MnS的延伸，需要在1000°C以上的溫度下進行軋制。具體而言， 第2段的加熱溫度如果低于1050°C則很難將熱軋溫度維持在1000°C以上，因此使第2段的 軋制溫度為1050°C以上。另一方面，使上限為1150°C是由于如果超過該溫度則熱成型性降 低而熱軋變得困難。需要說明的是，從成本的觀點考慮雖然很少采用，但可自由附加第3段以后的熱 軋。在此情況下，第3段以后的熱軋條件可以與上述第2段的條件相同。實施例實施例1以下，對本發(fā)明的實施例進行說明。將表1所示的化學(xué)組成的鋼通過轉(zhuǎn)爐(converter)-連續(xù)鑄造工藝進行熔制 (steelmakng)。該鑄造時的鑄片尺寸為300 X 400mm。將該鑄片經(jīng)擊穿(breakdown)工序軋 制成150mm見方的方坯后，再加熱至1050°C，此后軋制為30mmΦ的棒鋼。接著，將該棒鋼切斷為200mm長后，通過NC數(shù)控車床(Numerical Control lathe) 使用按照J(rèn)IS B4053所規(guī)定的P10(角半徑(corner radius) :0.8mm)的超硬工具，以切入 1mm、切削速度200m/min、送進量0. 2mm/reV.的條件的干式切削(dry cutting)進行黑皮外 周旋削試驗。另外，關(guān)于工具壽命，評價直至JIS B 0170所規(guī)定的工具后刀面磨損(flank wear) (Vb)為0. 2mm時的切削時間。進一步地，使用所得到的棒鋼，制作平行部20πιπιΦ的扭轉(zhuǎn)試驗片，使用頻率為 15kHz的高頻淬火裝置感應(yīng)加熱至950-1000°C，在淬火后在加熱爐內(nèi)在170°C進行30分鐘 的回火處理，此后進行扭轉(zhuǎn)強度試驗。使用最大扭矩為5kN · m的扭轉(zhuǎn)試驗機，在扭轉(zhuǎn)速度 10° /分鐘的條件下進行扭轉(zhuǎn)強度試驗，求得扭轉(zhuǎn)破壞強度而作為扭轉(zhuǎn)強度。需要說明的是，以從表層至由維氏硬度所表示的硬度為450點處的距離作為扭轉(zhuǎn) 試驗片的硬化層深度。以上的測定及評價結(jié)果示于表2。由表2可以明確，滿足前述組成的鋼材具有優(yōu)異的黑皮外周旋削性，扭轉(zhuǎn)強度也足夠。與此相對，當(dāng)任一組成超出前述組成范圍的情況下， 黑皮外周旋削性與扭轉(zhuǎn)強度的至少一方變得不足夠。需要說明的是，在本實驗條件中的、本 申請所對應(yīng)的領(lǐng)域的現(xiàn)有鋼材的黑皮外周旋削性(工具壽命)通常為300-600seC左右。表權(quán)利要求
鋼材，其具有以下的成分組成，含有C0.35質(zhì)量％以上、0.46質(zhì)量％以下，Si0.16質(zhì)量％以上、0.35質(zhì)量％以下，Mn超過1.0質(zhì)量％且為2.0質(zhì)量％以下，P0.025質(zhì)量％以下，S超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu0.21質(zhì)量％以上、0.35質(zhì)量％以下，Al超過0.03質(zhì)量％且為0.1質(zhì)量％以下，Cr不足0.5質(zhì)量％，Ti0.005質(zhì)量％以上、不足0.04質(zhì)量％，B0.0003質(zhì)量％以上、0.0070質(zhì)量％以下，N0.002質(zhì)量％以上、0.02質(zhì)量％以下，以及O0.0030質(zhì)量％以下，任選地進一步含有Ni0.05質(zhì)量％以上、3.5質(zhì)量％以下，任選地進一步含有選自Nb0.005質(zhì)量％以上、0.1質(zhì)量％以下，以及V0.01質(zhì)量％以上、0.5質(zhì)量％以下的1種或2種，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼材，其中， Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 24質(zhì)量％以下， Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為1. 4質(zhì)量％以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼材，其具有以下的成分組成， 含有C 0. 35質(zhì)量％以上、0. 46質(zhì)量％以下，Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 24質(zhì)量％以下， Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為1. 4質(zhì)量％以下， P 0. 025質(zhì)量％以下，S 超過0. 015質(zhì)量％且為0. 04質(zhì)量％以下， Cu 0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Al 超過0. 03質(zhì)量％且為0. 1質(zhì)量％以下， Cr 不足0. 5質(zhì)量％， Ti 0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04質(zhì)量％， B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下， N 0. 002質(zhì)量％以上、0. 02質(zhì)量％以下，以及 0 0. 0030質(zhì)量％以下， 且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼材，其中，含有Ni0. 05質(zhì)量％以上、3. 5質(zhì)量％以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的鋼材，其中，含有選自Nb0. 005質(zhì)量％以上、0. 1質(zhì)量％ 以下，以及V 0. 01質(zhì)量％以上、0. 5質(zhì)量％以下的1種或2種。
6.鋼材的制造方法，包括對原材料實施熱軋時將該原材料加熱至1100°C以上、1250°C 以下的溫度區(qū)間，并在1000°c以上的溫度區(qū)間結(jié)束軋制，所述原材料具有以下的成分組成，含有C 0. 35質(zhì)量％以上、0. 46質(zhì)量％以下， Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為2. 0質(zhì)量％以下， P 0. 025質(zhì)量％以下，S 超過0. 015質(zhì)量％且為0. 04質(zhì)量％以下， Cu 0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Al 超過0. 03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下， Cr 不足0. 5質(zhì)量％，Ti 0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％， B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下， N 0. 002質(zhì)量％以上、0. 02質(zhì)量％以下，以及 0 0. 0030質(zhì)量％以下，任選地進一步含有Ni 0. 05質(zhì)量％以上、3. 5質(zhì)量％以下，任選地進一步含有選自Nb 0. 005質(zhì)量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以及V 0. 01質(zhì)量％以 上、0. 5質(zhì)量％以下的1種或2種，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼材的制造方法，其中，所述原材料的組成為， Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 24質(zhì)量％以下，Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為1. 4質(zhì)量％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼材的制造方法，其中，原材料具有以下的成分組成， 含有C 0. 35質(zhì)量％以上、0. 46質(zhì)量％以下，Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 24質(zhì)量％以下， Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為1. 4質(zhì)量％以下， P 0. 025質(zhì)量％以下，S 超過0. 015質(zhì)量％且為0. 04質(zhì)量％以下， Cu 0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Al 超過0. 03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下， Cr 不足0. 5質(zhì)量％，Ti 0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％， B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下， N 0. 002質(zhì)量％以上、0. 02質(zhì)量％以下，以及 0 0. 0030質(zhì)量％以下，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼材的制造方法，其中，原材料含有Ni0. 05-3. 5質(zhì)量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的鋼材的制造方法，其中，原材料含有選自Nb0. 005質(zhì) 量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以及V 0. 01質(zhì)量％以上、0. 5質(zhì)量％以下的1種或2種。
11.鋼材的制造方法，包括對原材料實施熱軋時將該原材料加熱至iioo°c以上、 1250°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°c以上的溫度區(qū)間結(jié)束第一段的軋制，進一步加熱至 1050°c以上、1150°C以下的溫度區(qū)間，并在1000°c以上的溫度區(qū)間結(jié)束第二段的軋制，所述原材料具有以下的成分組成，含有C 0. 35質(zhì)量％以上、0. 46質(zhì)量％以下， Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為2. 0質(zhì)量％以下， P 0. 025質(zhì)量％以下，S 超過0. 015質(zhì)量％且為0. 04質(zhì)量％以下， Cu 0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Al 超過0. 03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下， Cr 不足0. 5質(zhì)量％，Ti 0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％， B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下， N 0. 002質(zhì)量％以上、0. 02質(zhì)量％以下，以及 0 0. 0030質(zhì)量％以下，任選地進一步含有Ni 0. 05質(zhì)量％以上、3. 5質(zhì)量％以下，任選地進一步含有選自Nb 0. 005質(zhì)量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以及V 0. 01質(zhì)量％以 上、0. 5質(zhì)量％以下的1種或2種，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋼材的制造方法，所述原材料的組成為， Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 24質(zhì)量％以下，Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為1. 4質(zhì)量％以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋼材的制造方法，其中，原材料具有以下的成分組成， 含有C 0. 35質(zhì)量％以上、0. 46質(zhì)量％以下，Si 0. 16質(zhì)量％以上、0. 24質(zhì)量％以下， Mn 超過1. 0質(zhì)量％且為1. 4質(zhì)量％以下， P 0. 025質(zhì)量％以下，S 超過0. 015質(zhì)量％且為0. 04質(zhì)量％以下， Cu 0. 21質(zhì)量％以上、0. 35質(zhì)量％以下， Al 超過0. 03質(zhì)量％且為0. 質(zhì)量％以下， Cr 不足0. 5質(zhì)量％，Ti 0. 005質(zhì)量％以上、不足0. 04%質(zhì)量％， B 0. 0003質(zhì)量％以上、0. 0070質(zhì)量％以下， N 0. 002質(zhì)量％以上、0. 02質(zhì)量％以下，以及 0 0. 0030質(zhì)量％以下，且余量部為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋼材的制造方法，其中，原材料含有Ni:0. 05-3.5質(zhì)量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或14所述的鋼材的制造方法，其中，原材料含有選自Nb0. 005質(zhì) 量％以上、0. 1質(zhì)量％以下，以及V 0. 01質(zhì)量％以上、0. 5質(zhì)量％以下的1種或2種。
全文摘要
通過將成分組成調(diào)整為如下所述，得到黑皮外周旋削性優(yōu)異、且聯(lián)軸器部件等常常要求的扭轉(zhuǎn)強度也優(yōu)異的、適于機械結(jié)構(gòu)用部件的鋼材，即含有C0.35質(zhì)量％以上0.46質(zhì)量％以下，Si0.16質(zhì)量％以上0.35質(zhì)量％以下，Mn超過1.0質(zhì)量％且為2.0質(zhì)量％以下，P0.025質(zhì)量％以下，S超過0.015質(zhì)量％且為0.04質(zhì)量％以下，Cu0.21質(zhì)量％以上0.35質(zhì)量％以下，Al超過0.03質(zhì)量％且為0.1質(zhì)量％以下，Cr不足0.5質(zhì)量％，Ti0.005質(zhì)量％以上不足0.04質(zhì)量％，B0.0003質(zhì)量％以上0.0070質(zhì)量％以下，N0.002質(zhì)量％以上0.02質(zhì)量％以下，以及O0.0030質(zhì)量％以下。
文檔編號C22C38/00GK101952471SQ200980105940
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者上井清史, 大森靖浩, 木村秀途 申請人:杰富意鋼鐵株式會社