轉(zhuǎn)向齒條桿用軋制圓鋼材以及轉(zhuǎn)向齒條桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000?]本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)向齒條桿(Steering Rack Bar)用乳制圓鋼材以及轉(zhuǎn)向齒條桿。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車部件之中，轉(zhuǎn)向裝置中所使用的轉(zhuǎn)向齒條桿（以下簡稱為"齒桿(Rack Bar)"） 為掌控汽車的行進方向并且顯示具有連接左右兩輪的骨架性作用的重要部件，其破損時不 能進行方向盤操作。因此，對于齒桿所使用的鋼材要求高可靠性。
[0003] 需要說明的是，對于齒桿，以往在對中碳鋼材的乳制圓鋼材進行淬火回火的調(diào)質(zhì) 處理之后、根據(jù)需要進行拉拔加工，然后通過切削加工進行打孔以及切齒，對該齒型部進行 高頻淬火和回火來制造。需要說明的是，乳制圓鋼材意味著通過乳制將截面的形狀加工為 圓形的鋼材，切齒意味著形成齒型部。
[0004] 并且，要求進行了高頻淬火的齒桿在施加過大的負(fù)載時，不會發(fā)生高頻淬火層中 產(chǎn)生的龜裂延伸至母材導(dǎo)致的斷裂。
[0005] 進而，齒桿在徑向中心部的長度方向施加有深孔加工。
[0006] 因此，對于用作齒桿的原材料的圓鋼材要求良好的切削性以及抵抗龜裂的進展的 優(yōu)異的母材沖擊特性(母材韌性）。
[0007] 作為這樣的轉(zhuǎn)向齒條桿中所使用的鋼材，本發(fā)明人等提出例如如下所述的鋼材。
[0008] 專利文獻1中，公開了一種高頻淬火用乳制鋼材，其具有以質(zhì)量％計包含C:0.38~ 0.55%、51:1.0%以下、]?11:0.20~2.0%、？:0.020%以下、5 :0.10%以下、0:0.10~2.0%、 △1:0.10%以下以及10.004~0.03%、余量為卩6以及雜質(zhì)，由[^11=0+(1/10)51+(1/5)]?11+ (5/22)0+1.65￥-(5/7)3]的式子(其中，式中的(：、3^11、0、￥以及3分別表示各元素以質(zhì) 量％計的含量)表示的fnl的值為1.20以下的化學(xué)成分，顯微組織包含鐵素體、層狀珠光體 以及球狀滲碳體，鐵素體的平均晶體粒徑為ΙΟμπι以下、層狀珠光體之中層間隔為200nm以下 的層狀珠光體占顯微組織的面積比例為20~50%并且球狀滲碳體的個數(shù)為4X10 5個/mm2以 上。
[0009] 需要說明的是，該高頻淬火用乳制鋼材還可以包含選自Cu、Ni、Mo、T i、Nb以及V中 的1種以上。
[0010] 專利文獻2中公開了一種高頻淬火用乳制鋼材，其具有以質(zhì)量％計包含C:0.38~ 0.55%、51:1.0%以下、]?11 :0.20~2.0%、？:0.020%以下、5:0.10%以下、0:0.10~2.0%、 Α1:0·010~0.10%以及隊0.004~0.03%、余量為？6以及雜質(zhì)，滿足由[069 = 0+(1/10)51+ (1/5)厘11+(5/22)0+1.65￥-(5/7)3]的式子(其中，式中的(：、3^11、(>、￥以及3分別表示各元 素的以質(zhì)量％計的含量）表示的Ceq的值為1.20以下以及Si、Μη以及Cr的總含量為1.2~ 3.5 %的化學(xué)成分，顯微組織包含鐵素體、層狀珠光體以及球狀滲碳體，該鐵素體的平均晶 體粒徑為10M1以下，層狀珠光體占顯微組織的面積比例為20%以下（包含0%)并且球狀滲 碳體的個數(shù)為6 X 105個/mm2以上。
[0011 ] 需要說明的是，該高頻淬火用乳制鋼材還可以包含選自Cu、Ni、Mo、T i、Nb以及V中 的1種以上。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻 [0013]專利文獻
[0014] 專利文獻1:日本特開2011-214130號公報 [0015] 專利文獻2:日本特開2011-241466號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016] 發(fā)明要解決的問題
[0017] 對于專利文獻1以及專利文獻2中提出的乳制鋼材，對于進一步提高了用于防止破 損的母材韌性和用于加工深孔的切削性的轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材以及轉(zhuǎn)向齒條桿的期 望增大。
[0018] 本發(fā)明的目標(biāo)在于提供可以適宜地作為用于高頻淬火的齒桿的原材料的乳制圓 鋼材以及使用其的齒桿。本發(fā)明的目標(biāo)在于，提供特別是即便不添加昂貴的元素、并且即便 不進行調(diào)質(zhì)處理母材韌性以及切削性也優(yōu)異的乳制圓鋼材以及使用其的齒桿。進而，提供 能夠在徑向中心部的長度方向容易地加工深孔的乳制圓鋼材以及能夠使產(chǎn)生的龜裂停留 的齒桿。
[0019] 需要說明的是，作為本發(fā)明目標(biāo)的高母材韌性意味著在乳制鋼材的狀態(tài)下使用 JIS Z 2242(2005)中規(guī)定的帶切口角度45、切口深度2mm以及切口底半徑0.25mm的V切口 的寬l〇mm的標(biāo)準(zhǔn)試驗片（以下，稱為"V切口夏比沖擊試驗片"）的夏比沖擊試驗中試驗溫度 25°C下的沖擊值為160J/cm 2以上。使用上述試驗片的試驗溫度25°C下的沖擊值若為160J/ cm2以上，則在破損可能性更高的環(huán)境下行駛例如壞路行駛時可以確保更進一步的安全性。
[0020] 用于解決問題的方案
[0021] 本發(fā)明人等為了解決前述的課題，對于用于在中碳鋼中不進行調(diào)質(zhì)處理而得到高 母材韌性、并且確保中心部良好的切削性的方法進行各種實驗室中的研究。
[0022]具體而言，首先，以包含鐵素體和層狀珠光體的顯微組織為基準(zhǔn)，研究提高母材韌 性的方法。其結(jié)果得到下述的見解。
[0023] (A)使鐵素體微細(xì)、并且在與乳制方向平行的方向拉伸，進而，使層狀珠光體中的 滲碳體為球狀滲碳體、使層狀珠光體不足特定的比例、并且使球狀滲碳體含有特定的量以 上時，對于在與乳制方向垂直的截面進展的龜裂的阻力變高，因此可以提高母材韌性。 [0024]接著，以包含鐵素體和層狀珠光體的顯微組織為基準(zhǔn)，調(diào)查組織對加工深孔時的 切削性的影響。其結(jié)果得到下述的見解。
[0025] (B)在顯微組織中球狀滲碳體的量過多時，切肩處理性變差，從而切削阻力變高、 切削性差。另一方面，包含特定的比例以上的層狀珠光體并且將球狀滲碳體抑制為不足特 定的量的組織的情況下，切肩處理性良好因此切削阻力變低，因而切削性優(yōu)異。
[0026]因此，進一步，為了提高母材韌性以及切削性，調(diào)查成分元素的影響。其結(jié)果得到 下述的見解。
[0027] (C)S與Μη鍵合形成MnS，在鋼材的長度方向（與乳制方向平行的方向）上拉伸、使韌 性提高。并且，若含有特定量的S，則切肩處理性提高從而切削阻力變低，因此切削性良好。
[0028]因此，基于上述(A)~（C)的見解，進一步進行詳細(xì)的研究。其結(jié)果，得到下述的重 要見解。
[0029] (D)作為轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材，需要用于防止破損的母材韌性的部位為自圓 鋼材的表面至半徑的1/2位置的區(qū)域。因此，顯微組織包含鐵素體、層狀珠光體以及滲碳體 的乳制圓鋼材的情況下，若將上述區(qū)域中的顯微組織制成包含微細(xì)且在與乳制方向平行的 方向拉伸的鐵素體、制限在特定的比例以下的層狀珠光體以及特定的量以上的球狀滲碳 體，則可以得到用于防止破損的母材韌性。
[0030] (E)另一方面，在顯微組織包含鐵素體、層狀珠光體以及滲碳體的乳制圓鋼材的中 心部，若包含特定的比例以上的層狀珠光體并且球狀滲碳體不足特定的量，則得到優(yōu)異的 切削性。
[0031] 進而，本發(fā)明人等基于上述(A)~(E)的見解，為了進一步提高韌性，具體而言，為 了使乳制鋼材的狀態(tài)下使用V切口夏比沖擊試驗片的夏比沖擊試驗中試驗溫度25°C下的沖 擊值為160J/cm 2以上，調(diào)查了成分元素的影響。其結(jié)果得到下述的見解。
[0032] (F)B通過強化晶界從而具有抑制高溫時應(yīng)變的釋放、并且抑制高頻淬火時奧氏體 晶界中的P以及S的偏析的作用。其結(jié)果韌性進一步提高。
[0033] 本發(fā)明基于上述的見解而完成，其主旨在于下述示出的轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材 以及轉(zhuǎn)向齒條桿。
[0034] (1)-種轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材，其具有下述化學(xué)組成：以質(zhì)量％計(：:0.38~ 0.55%、Si:1.0%WT、Mn:0.20~2.0%、S:0.005~0.10%、Cr :0.01~2.0%、Al:0.003~ 0· 10%、Β:0·0005~0.0030%、Ti:0.047% 以下、Cu:0~1 ·0%、Ni :0~3.0%、M〇:0~ 0.50%、他：0~0.10%、￥:0~0.30%、〇3:0~0.005%、卩13 :0~0.30%、余量為卩6以及雜質(zhì)， 雜質(zhì)中的P以及N為P:0.030%以下以及N:0.008%以下，進而滿足下述（1)式，3.4N<Ti < 3.4N+0.02· ··(]_)，所述（1)式中的元素標(biāo)記表示該元素以質(zhì)量％計的含量，顯微組織包 含鐵素體、層狀珠光體以及滲碳體，在與乳制方向垂直的截面，自表面至半徑的1/2位置的 區(qū)域中鐵素體的平均粒徑為1〇μπι以下、層狀珠光體的面積率不足20%并且滲碳體之中的球 狀滲碳體的個數(shù)為4Χ10 5個/mm2以上，進而，中心部中層狀珠光體的面積率為20%以上并且 滲碳體之中的球狀滲碳體的個數(shù)不足4X10 5個/mm2,并且，在通過該圓鋼材的中心線且與乳 制方向平行的截面中，自表面至半徑的1/2位置的區(qū)域的鐵素體的平均長寬比為3以上。
[0035] (2)根據(jù)上述(1)記載的轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材，其中，以質(zhì)量％計含有選自Cu: 0.05~1.0%、Ni :0.05~3.0% 以及Mo:0.05~0.50% 中的 1種以上。
[0036] (3)根據(jù)上述(1)記載的轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材，其中，以質(zhì)量％計含有選自Nb: 0.010~0.10%以及ν:0· 01~0.30%中的1種以上。
[0037] (4)根據(jù)上述（1)記載的轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材，以質(zhì)量％計含有選自Ca: 0.0005~0.005%以及Pb:0.05~0.30%中的1種以上。
[0038] (5) -種轉(zhuǎn)向齒條桿，其不進行調(diào)質(zhì)地使用上述（1)~(4)中任一項記載的轉(zhuǎn)向齒 條桿用乳制圓鋼材。
[0039] "雜質(zhì)"是指在工業(yè)上制造鋼鐵材料時從作為原料的礦石、廢料或者制造環(huán)境等混 入的物質(zhì)。
[0040] "球狀滲碳體"是指長徑L與短徑W的比(L/W)為2.0以下的滲碳體。
[0041] "中心部"是指處于從中心至半徑的1/4的距離的部位。
[0042] "不進行調(diào)質(zhì)地使用"是指不進行淬火-回火的所謂"調(diào)質(zhì)處理"來使用。
[0043] 發(fā)明的效果
[0044] 本發(fā)明的轉(zhuǎn)向齒條桿用乳制圓鋼材不一定必須含有昂貴的V，并且，即便不進行調(diào) 質(zhì)處理也具有在乳制圓鋼材的狀態(tài)下使用V切口夏比沖擊試驗片的夏比沖擊試驗中試驗溫 度25°C下的沖擊值為160J/cm 2以上的高母材韌性，進而，具有為了對中心部加工深孔的良 好的切削性，因此適宜用作轉(zhuǎn)向齒條桿的原材料。