TW201739933A

TW201739933A - 表面硬化鋼

Info

Publication number: TW201739933A
Application number: TW106110170A
Authority: TW
Inventors: 酒道武浩
Original assignee: 神戶製鋼所股份有限公司
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2017-11-16
Also published as: WO2017170127A1; JP2017179394A; TWI630278B

Abstract

一種表面硬化鋼，以質量%計，係含有C：0.15~0.25%、Si：0.4~1%、Mn：0.3~0.6%、P：超過0%、0.03%以下、S：超過0%、0.03%以下、Cr：1.2~2%、Mo：0.3~0.5%、Al：0.01~0.08%、N：超過0%、0.02%以下、Ti：超過0%、0.005%以下、以及Nb：超過0%、0.005%以下，剩餘部分為鐵及不可避免的雜質所構成，下式(1)所表示之Z值為超過0、1.0×10-4以下。Z值=[Ti]/48+[Nb]/93…(1)。

Description

表面硬化鋼

本發明是關於表面硬化鋼。本發明的表面硬化鋼，是適用於例如齒輪、軸件等的等速接頭零件、軸承、無段變速機傳動(Continuously Variable Transmission；CVT)滑輪等的動力傳遞零件的材料。

在動力傳遞零件，一般是要求對於面疲勞損傷之耐久性(以下稱為面疲勞壽命)以及對於彎曲折損之耐久性(以下稱為彎曲疲勞壽命)。所謂面疲勞損傷，是在零件彼此的滑動面所產生之龜裂進展而導致剝離之損傷(孔蝕(pitting)損傷)、以及在零件表層所產生之龜裂進展而導致剝離之損傷(剝落(spalling)損傷)之總稱。所謂彎曲折損，是零件彼此反覆接觸，基於所承受之反覆彎曲應力，從零件的表面產生龜裂，該龜裂進展而最後導致斷裂的現象。上述動力傳遞零件的材料，以往是採用依JIS G4053所規定之機械構造用合金鋼鋼材。

近年，隨著動力源的高輸出化以及動力傳遞系統的小型化不斷進展，對於各零件之負載荷重越來越大。因此，在使用上述機械構造用合金鋼鋼材的情況，變得為法獲得充分的零件壽命。

縱使在受高面壓負載的情況仍能獲得優異的滾動疲勞特性之滲碳材，揭示於專利文獻1中。專利文獻1所記載的滲碳材，係含有Nb：0.005~0.04%，滲碳層之沃斯田鐵粒度為7號以上，表面的碳含量為0.9~1.5%，表面的殘留沃斯田鐵量為25~40%。在上述專利文獻1記載，Nb與鋼中的C及N結合而形成Nb(C、N)，在滲碳加熱時有助於晶粒的微細化以及抑制晶粒的粗大化。

此外，在專利文獻2揭示，球化退火後的面疲勞強度優異且耐孔蝕性以及耐摩耗性良好之表面硬化用鋼材。專利文獻2所記載的表面硬化用鋼，係含有Nb：未達0.02%(不包含0%)，金屬組織的面積分率被適切地控制，且肥粒鐵粒度為7~9號。

〔專利文獻1〕日本特開2000-54069號公報

〔專利文獻2〕日本特開2014-185389號公報

上述專利文獻1，雖能改善滲碳材的滾動疲勞特性，但並未考慮到面疲勞壽命。另一方面，上述專利文獻2，雖能改善球化退火後的面疲勞強度，但並未考慮到彎曲疲勞壽命。

本發明的實施形態是著眼於上述事情而開發完成的，其目的是為了提供一種表面硬化鋼，該表面硬化鋼是作為用於製造可改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方的零件之材料。

為了解決上述問題，本發明的實施形態之表面硬化鋼，以質量%計，係含有C：0.15~0.25%、Si：0.4~1%、Mn：0.3~0.6%、P：超過0%、0.03%以下、S：超過0%、0.03%以下、Cr：1.2~2%、Mo：0.3~0.5%、Al：0.01~0.08%、N：超過0%、0.02%以下、Ti：超過0%、0.005%以下、以及Nb：超過0%、0.005%以下，剩餘部分為鐵及不可避免的雜質所構成，下式(1)所表示之Z值為超過0、1.0×10^-4以下。下式(1)中，〔〕表示各元素的含量(質量%)。

Z值=[Ti]/48+[Nb]/93…(1)。

上述表面硬化鋼，作為其他元素，以質量%，可進一步含有選自Cu：超過0%、1%以下、以及Ni：超過0%、2%以下之至少1種等。

前述表面硬化鋼較佳為，在與軸方向垂直的剖面上，面積3μm²以上的鈦氮化物以及面積3μm²以上的鈮碳氮化物的合計個數在每2×10⁵μm²為5個以下。

依據本發明的實施形態控制成，在成分組成當中，特別是將Ti及Nb分別抑制在0.005%以下，且使Ti和Nb的含量滿足既定的關係。結果能夠提供一種表面硬化鋼，該表面硬化鋼是作為用於製造可改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方的零件之材料。

1‧‧‧試驗片

2‧‧‧荷重滾子

3‧‧‧滑動部

11‧‧‧試驗片

12‧‧‧治具

13‧‧‧荷重方向

圖1係顯示試驗片的形狀之示意圖。

圖2係顯示試驗片的形狀之示意圖。

圖3係顯示在實施例所進行之滲碳熱處理條件的模式圖。

圖4係顯示測定面疲勞壽命時的樣子之示意圖。

圖5係顯示測定彎曲疲勞壽命時的樣子之示意圖。

本發明人，為了改善運用於動力傳遞等的零件之面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方而進行深入探討。結果發現，在作為製造零件的材料所使用之表面硬化鋼的成分當中，特別是將Ti及Nb量適切地調整的話，能夠將成為應力集中源之氮化物系夾雜物減少，因此能改善零件的面疲勞壽命及彎曲疲勞壽命雙方，而完成了本發明。

亦即，在表面硬化鋼的製造過程中，會生成鋁氮化物、鈦氮化物、以及鈮碳氮化物等的氮系夾雜物。例如，鈮碳氮化物，如上述專利文獻1所記載，已知對於晶粒的微細化以及抑制晶粒的粗大化是有效的。

然而，本發明人針對氮系夾雜物和零件的疲勞壽命(面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命)的關係進行探討而知悉，AlN在輥軋以及滲碳時的加熱溫度下幾乎都會固溶，並不會對零件的疲勞壽命造成影響，但粗大的鈦氮化物以及鈮碳氮化物會對零件的疲勞壽命造成不良的影響，為了將零件所含有之粗大的鈦氮化物以及鈮碳氮化物量減少，只要使用嚴格地控制了Ti以及Nb量之表面硬化鋼作為零件的材料即可。基於此觀點，在本發明的實施形態，為了改善零件的面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方，在成分組成當中，特別是將Ti量嚴格地控制成超過0%、0.005%以下，將Nb量嚴格地控制成超過0%、0.005%以下，且將根據Ti量和Nb量所算出之上述Z值控制成超過0、1.0×10^-4以下。

以下，針對本發明的實施形態之表面硬化鋼的成分組成做說明後，再說明上述Z值。

關於成分組成的單位之%表示，都是指質量%。

本發明的實施形態之表面硬化鋼，作為基本成分係含有C：0.15~0.25%、Si：0.4~1%、Mn：0.3~0.6%、P：超過0%、0.03%以下、S：超過0%、0.03%以下、Cr：1.2~2%、Mo：0.3~0.5%、Al：0.01~0.08%、N：超過0%、0.02%以下、Ti：超過0%、0.005%以下、以及Nb：超過0%、0.005%以下。

C是為了確保零件的心部硬度之必要元素，若C量低於0.15%則無法確保零件的心部硬度，而使面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命降低。因此，在本發明的實施形態，C量設定為0.15%以上。C量較佳為0.17%以上，更佳為0.18%以上。但若C的含量過多，韌性會降低，而使彎曲疲勞壽命縮短。因此，在本發明的實施形態，C量設定為0.25%以下。C量較佳為0.23%以下、更佳為0.20%以下。

Si是將滲碳後的抗軟化性提高的元素。若Si量低於0.4%則滲碳後的抗軟化性降低，而無法改善面疲勞壽命。因此，在本發明的實施形態，Si量設定為0.4%以上。Si量較佳為0.43%以上，更佳為0.45%以上。但若Si含量過多，加工成零件形狀的加工性變差。此外，會降低鋼材之碳原子的活性而引起滲碳不良。因此，在本發明的實施形態，Si量設定為1%以下。Si量較佳為0.9%以下，更佳為0.8%以下。

Mn的作用，是和S結合而生成MnS，以防止熱加工時的裂痕。此外，Mn可抑制FeS的生成，FeS會讓加工成零件形狀的加工性變差。為了使這些效果發揮，Mn量設定為0.3%以上。Mn量較佳為0.35%以上，更佳為0.40%以上。但若Mn含量過多，加工成零件形狀的加工性降低。因此，在本發明的實施形態，Mn量設定為0.6%以下。Mn量較佳為0.55%以下，更佳為0.50%以下。

P是不可避免地包含的元素，因為會在晶粒界發生偏析而使面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命縮短，必須儘量減少。基於此觀點，P量設定為0.03%以下。P量較佳為0.025%以下，更佳為0.020%以下。P量越少越好，但為了將純度提高會造成製造成本增加。基於此觀點，P量較佳為0.003%以上，更佳為0.005%以上。

S是不可避免地包含的元素，其與Mn結合而形成之MnS系夾雜物會使面疲勞壽命縮短。因此，在本發明的實施形態，S量設定為0.03%以下。S量較佳為0.025%以下，更佳為0.020%以下。但少量的S具有讓切削性提高的作用。此外，為了將純度提高會造成製造成本增加。基於此觀點，S量較佳為0.003%以上，更佳為0.005%以上。

Cr可將鋼材的淬火性提高，而讓彎曲疲勞壽命以及面疲勞壽命提高。因此，在本發明的實施形態，Cr量設定為1.2%以上。Cr量較佳為1.3%以上，更佳為1.35%以上。但若含量過多，可能使加工成零件形狀的加工性變差，或引起滲碳不良。因此，在本發明的實施形態，Cr量設定為2%以下。Cr量較佳為1.8%以下，更佳為1.7%以下。

Mo，可抑制在滲碳時之軟質不完全的淬火組織之形成，可提高抗軟化性而改善面疲勞壽命。因此，在本發明的實施形態，Mo量設定為0.3%以上。Mo量較佳為0.33%以上，更佳為0.35%以上。但若Mo含量過多，加工成零件形狀的加工性變差。此外，成本變高。基於此觀點，Mo量設定為0.5%以下。Mo量較佳為0.47%以下，更佳為0.45%以下。

Al雖是不可避免地包含的元素，但也是具有脫氧劑的作用的元素。此外，會形成AlN而抑制滲碳氮化處理時之晶粒粗大化。為了讓這些效果發揮，Al量設定為0.01%以上。Al量較佳為0.015%以上，更佳為0.020%以上。但若Al含量過多，熱加工性會變差。因此，在本發明的實施形態，Al量設定為0.08%以下。Al量較佳為0.06%以下，更佳為0.05%以下。

N會和鋼中的Al結合而形成微細的碳氮化物，利用釘扎(pinning)效果可抑制滲碳處理時之晶粒粗大化。為了讓這種效果有效地發揮，N量較佳為0.001%以上，更佳為0.003%以上。但若N含量過多，會形成Ti以及Nb之粗大的夾雜物，而無法改善彎曲疲勞壽命以及面疲勞壽命。因此，在本發明的實施形態，N量設定為0.02%以下。N量較佳為0.019%以下，更佳為0.018%以下。

Ti在鑄造時會不可避免地生成鈦氮化物，而使彎曲疲勞壽命以及面疲勞壽命縮短。因此，在本發明的實施形態，Ti量設定為0.005%以下。Ti量較佳為0.0045%以下，更佳為0.0040%以下。Ti量越少越好，但在工業生產上要成為0%是困難的。

Nb在鑄造時會不可避免地生成鈮碳氮化物，而使彎曲疲勞壽命以及面疲勞壽命縮短。因此，在本發明的實施形態，Nb量設定為0.005%以下。Nb量較佳為0.0045%以下，更佳為0.0040%以下。Nb量越少越好，但在工業生產上要成為0%是困難的。

上述表面硬化鋼的基本成分，是如以上所述般，剩餘部分實質為鐵。但，讓來自原材料、資材、製造設備等之不可避免的雜質包含於鋼中，當然是容許的。

上述表面硬化鋼，除了上述基本成分，作為其他元素，可進一步含有：選自Cu：超過0%、1%以下、以及Ni：超過0%、2%以下之至少1種等。

Cu及Ni是將淬火性提高而讓面疲勞壽命增加的元素。Cu及Ni，可單獨使用或是將2種併用。為了讓此效果有效地發揮，Cu量較佳為0.01%以上，更佳為0.05%以上，特佳為0.10%以上。Ni量較佳為0.01%以上，更佳為0.1%以上，特佳為0.3%以上。但若Cu及Ni含量過多，會造成成本變高。基於此觀點，Cu量較佳為1%以下，更佳為0.7%以下，特佳為0.5%以下。Ni量較佳為2%以下，更佳為1.9%以下，特佳為1.8%以下。

以上是針對本發明的實施形態之表面硬化鋼的成分組成做說明。

本發明的實施形態之表面硬化鋼，僅將Ti量控制成超過0%、0.005%以下、以及將Nb量控制成超過0%、0.005%以下是不足的，還必須滿足下式(1)所表示的Z值超過0、1.0×10^-4以下。下式(1)中，〔〕表示各元素的含量(質量%)。

Z值=[Ti]/48+[Nb]/93…(1)

縱使Ti量及Nb量滿足上述範圍，若上述Z值超過1.0×10^-4，粗大的鈦氮化物及鈮碳氮化物會在鑄造過程生成，這些氮系夾雜物成為應力集中源，而促進龜裂的發生以及進展。結果就無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。Ti及Nb雖可能會含有雜質的程度，縱使是雜質的程度，若根據Ti量和Nb量所算出之上述Z值超出既定的範圍，就無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命。

因此，在本發明的實施形態，將上述Z值設定為1.0×10^-4以下。上述Z值較佳為9.0×10^-5以下，更佳為8.0×10^-5以下。Ti及Nb因為是不可避免地包含的元素，上述Z值的下限超過0。

本發明的實施形態之表面硬化鋼，面積3μm²以上的鈦氮化物以及面積3μm²以上的鈮碳氮化物的合計個數(以下也稱為個數密度)在每2×10⁵μm²為5個以下。

上述個數，例如表面硬化鋼的形狀為棒鋼的情況，可在與軸方向垂直的剖面上，在直徑的1/4位置進行測定。

直徑的1/4位置，是為了代表表面硬化鋼的特性而設定的。

鈦氮化物及鈮碳氮化物當中，藉由控制成為應力集中源之面積3μm²以上的粗大的鈦氮化物及鈮碳氮化物之個數密度，能夠改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。因此，在本發明的實施形態，在每2×10⁵μm²的個數密度，較佳為5個以下，更佳為4.0個以下，特佳為3.5個以下。最佳為0個。

上述粗大的鈦氮化物及鈮碳氮化物的合計個數，例如可使用光學顯微鏡，將觀察視野數設定為5視野以上而進行觀察，求取其平均值。

上述鈦氮化物，除了TiN以外，也包含非化學計量比之Ti和N的化合物。

此外，上述鈮碳氮化物，除了NbCN以外，也包含非化學計量比之Nb和C和N的化合物。

上述粗大的鈦氮化物及鈮碳氮化物的個數密度，可藉由適切地控制表面硬化鋼的成分組成而進行調整。已確認出，縱使將表面硬化鋼加工成零件形狀、進行滲碳處理等，上述個數密度也不會改變。

接下來，針對本發明的實施形態之表面硬化鋼的製造方法做說明。

本發明的實施形態之表面硬化鋼，可將依通常的方法熔煉而成的鋼，依通常的方法進行鑄造、塊料輥軋、以及精加工輥軋而製造出。具體而言，可將鑄造而獲得的鑄片，於1100~1300℃下加熱保持30分~5小時之後，實施塊料輥軋。塊料輥軋後的鋼片，例如將平均冷卻速度設定為0.01~5℃/秒而冷卻到Al點以下的溫度，進一步於850~1100℃下加熱保持的狀態進行精加工輥軋，進一步將平均冷卻速度設定為0.01~5℃/秒而冷卻至室溫，藉此獲得本發明的實施形態之表面硬化鋼。

本發明的實施形態之表面硬化鋼的形狀，例如為棒鋼，直徑例如為20~50mm。

將上述表面硬化鋼依通常的方法藉由選自切削、冷鍛造、以及熱鍛造所構成的群中之1種以上的方法進行加工而成為中間品，對該中間品實施滲碳處理，藉此製造出滲碳零件。

上述表面硬化鋼，在加工成中間品之前，可按照必要而依通常的方法實施退火處理。此外，對於上述中間品，可按照必要而依通常的方法實施退火處理。上述退火處理的條件沒有特別的限定，例如可在600~950℃下保持30分~10小時。

上述滲碳處理，除了滲碳處理以外，還包含滲碳氮化處理或高濃度滲碳處理。滲碳處理之後，可依通常的方法實施淬火回火處理。

上述滲碳處理的條件沒有特別的限定，可採用公知的條件。具體而言，可將碳平衡濃度CP設定為0.5~1.0質量%，於850~1000℃下保持30分~6小時。滲碳處理後，可依通常的方法進行淬火，進一步加熱到100~300℃保持30分~3小時而進行回火。

上述滲碳氮化處理的條件沒有特別的限定，可採用公知的條件。具體而言，可將碳平衡濃度CP設定為0.5~1.0質量%，在以體積分率計含有2~15%的NH₃之丙烷氣體氛圍下，於800~1000℃下保持30分~6小時。在滲碳氮化處理後，可依通常的方法進行淬火，進一步加熱到100~300℃保持30分~3小時而進行回火。

上述滲碳氮化處理，可在滲碳處理之後進行滲碳氮化處理。例如，作為滲碳處理，是將碳平衡濃度CP設定為0.5~1.0質量%，於850~1000℃下保持30分~3小時之後，作為滲碳氮化處理，將碳平衡濃度CP設定為0.5~1.0質量%，在以體積分率計含有2~15%的NH₃之丙烷氣體氛圍下，於800~900℃保持30分~3小時。

上述高濃度滲碳處理，可將碳平衡濃度CP設定為1.0~1.5質量%，於850~1000℃保持30分~6小時。滲碳處理後，可依通常的方法進行淬火，進一步加熱到100~300℃保持30分~3小時而進行回火。

上述滲碳處理、上述滲碳氮化處理以及上述高濃度滲碳處理，可分成2次以上進行。

於上述滲碳處理或上述高濃度滲碳處理的溫度下加熱時之氛圍，只要是成為滲碳氛圍即可，於上述滲碳氮化處理的溫度下加熱時的氛圍，只要是成為滲碳氮化氛圍可。

上述滲碳方法沒有特別的限定，可採用例如氣體滲碳、真空滲碳等公知的方法。作為滲碳氣體，可採用例如RX氣體(變性氣體)和丙烷氣體的混合氣體。

上述滲碳氮化方法沒有特別的限定，可採用例如氣體滲碳氮化、真空滲碳氮化、高濃度滲碳氮化等公知的方法。

真空滲碳或真空滲碳氮化時的真空度，只要例如成為0.01MPa程度以下即可。

上述滲碳處理後、滲碳氮化處理後以及高濃度滲碳處理後，可按照必要依通常的方法進行研磨、潤滑被膜處理、或珠擊處理等。

經由上述滲碳處理、滲碳氮化處理、或高濃度滲碳處理而獲得的零件，可適用於例如、齒輪、軸承、軸件、CVT滑輪等的動力傳遞零件等。

〔實施例〕

以下，舉出實施例來將本發明的實施形態做更具體的說明，但本發明並不受下述實施例的限制，在符合前述及後述趣旨的範圍施加變更來實施當然是可以的，這些都包含於本發明的技術範圍內。

將滿足下述表1所示的成分組成且剩餘部分為鐵及不可避免的雜質所構成之鋼，使用小型熔煉爐進行熔煉而製造出錠塊。在下述表1中，「-」表示無法檢測出。根據下述表1所示之Ti量及Nb量、上述式(1)來算出Z值，結果如下述表2所示。在下述表2中，αE-β表示α×10^-β。

接著，將所獲得的錠塊於1100~1300℃下加熱保持10分~2小時後，進行熱鍛造而製造出 32mm的棒鋼。熱鍛造乃是模擬輥軋。

將所製之 32mm的棒鋼沿著軸方向垂直的方向切斷，以可觀察切斷面的方式埋入樹脂中，將切斷面實施研磨。在棒鋼直徑之1/4位置，使用光學顯微鏡在倍率400倍下對於任意5個視野進行觀察，將所拍攝的相片進行影像解析，將在各視野所觀察到之鈦氮化物及鈮碳氮化物的面積分別算出。影像解析是使用日鐵住金科技株式會社製的「粒子解析III(軟體名稱)」，計算每1像素之夾雜物的面積而算出鈦氮化物以及鈮碳氮化物的面積。

鈦氮化物及鈮碳氮化物是呈粉紅色且帶有稜角的形狀，其與鈦氮化物以外的氮化物、鈮碳氮化物以外的碳氮化物、硫化物以及氧化物等的其他夾雜物，可根據顏色及形狀來區別。

測定面積3μm²以上的鈦氮化物以及鈮碳氮化物之個數，算出每2×10⁵μm²的觀察視野之個數密度。算出結果如下述表2所示。

在本發明的實施形態，將面積3μm²以上的鈦氮化物以及鈮碳氮化物的合計個數，換算為每2×10⁵μm²的觀察視野時，5個以下〔5個/(2×10⁵μm²)以下〕評價為合格。

接著，將所獲得之 32mm的棒鋼加工成圖1及圖2所示的形狀之試驗片。

接著，將所獲得的試驗片，使用氣體滲碳爐，依圖3所示的滲碳熱處理模式進行滲碳處理。具體而言，首先將碳平衡濃度CP設定為0.85質量%而於930℃保持180分後，降溫到860℃，將碳平衡濃度CP維持 0.85質量%而保持30分後馬上進行油淬火。滲碳氣體是使用RX氣體和丙烷氣體的混合氣體。油浴溫度為100℃。油淬火後，進一步加熱到170℃而保持3小時後讓其自然冷卻，藉此進行回火。又關於圖1所示的試驗片，為了將滲碳處理後之淬火回火中之熱處理應變除去，而將 24mm的挾持部進行研磨。

接下來，使用於滲碳處理後進行淬火回火而得之試驗片，評價面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命。

〔面疲勞壽命〕

面疲勞壽命，是使用圖1所示的形狀之試驗片，採用小松工程株式會社製的「RP-201型滾子孔蝕試驗機」進行測定。圖4顯示試驗時的樣子。如圖4所示般，在試驗中，試驗片1與荷重滾子2接觸，一邊滑動一邊滾動。圖4的3表示滑動部。荷重滾子2是使用依JIS G4805所規定之高碳鉻鋼SUJ2，試驗油是使用市售的自動變速器油。試驗條件設定為，面壓：3.3Gpa，滑動率：-40%，轉數：2000rpm。測定直到因剝離損傷而導致試驗機停止為止的轉數，將該轉數當作面疲勞壽命。對每個編號的鋼各取2根進行試驗，求取其平均值。結果如下述表2所示。在下述表2中，αE+β表示α×10^β。

在本發明的實施形態，將上述轉數1.00E+06次以上當作合格，而評價為面疲勞壽命優異。

〔彎曲疲勞壽命〕

彎曲疲勞壽命，是使用圖2所示的形狀之試驗片，依4點彎曲試驗進行測定。圖5顯示試驗時的樣子。如圖5所示，在將上述圖2所示的形狀之試驗片以4點支承的狀態下，對該試驗片施加反覆應力，測定直到試驗片斷裂為止之反覆次數。在圖5中，11表示試驗片，12表示治具，13表示荷重方向。所施加的應力為955MPa，頻率為20Hz，應力比為0.1。應力比是指最小應力與最大應力之比。

將直到試驗片斷裂為止的反覆次數當作彎曲疲勞壽命。對每個編號的鋼各取2根進行試驗，求取其平均值。結果如下述表2所示。在下述表2中，αE+β表示α×10^β。

在本發明的實施形態，將上述轉數1.00E+05次以上當作合格，而評價為彎曲疲勞壽命優異。

根據下述表2，可進行如下的考察。

No.1~17係滿足本發明的實施形態所規定的要件之例子，成分組成當中，特別是將Ti和Nb量嚴格地控制，因此能夠改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

相對於此，No.18~29係未滿足本發明的實施形態所規定之任一要件的例子，面疲勞壽命或彎曲疲勞壽命之至少一方無法改善。詳如下述。

No.18雖滿足本發明的實施形態所規定的成分組成，但Ti和Nb量未式(1)的關係，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

No.19~22，Ti及Nb量的至少一方超出本發明的實施形態所規定的範圍，且Ti和Nb量未滿足式(1)的關係，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

No.23的C量過多，無法改善彎曲疲勞壽命。

No.24的C量過少，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

No.25的Si量過少，無法改善面疲勞壽命。

No.26的P量過多，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

No.27的C量及S量過多，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

No.28的Cr量過少，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命雙方。

No.29的Mo量過少，無法改善面疲勞壽命以及彎曲疲勞壽命。

本申請是主張以申請日為2016年3月28日之日本特願第2016-063334號為基礎案之優先權。日本特願第2016-063334號是以參照的方式併入本說明書中。

Claims

一種表面硬化鋼，其特徵在於，以質量%計，係含有C：0.15~0.25%、Si：0.4~1%、Mn：0.3~0.6%、P：超過0%、0.03%以下、S：超過0%、0.03%以下、Cr：1.2~2%、Mo：0.3~0.5%、Al：0.01~0.08%、N：超過0%、0.02%以下、Ti：超過0%、0.005%以下、以及Nb：超過0%、0.005%以下，剩餘部分為鐵及不可避免的雜質所構成，以下式(1)表示的Z值為超過0、1.0×10^-4以下，Z值=[Ti]/48+[Nb]/93…(1)〔式(1)中，〔〕表示各元素的含量(質量%)〕。
如請求項1所述之表面硬化鋼，其中，作為其他元素，以質量%計，進一步含有選自Cu：超過0%、1%以下、以及Ni：超過0%、2%以下之至少1種。
如請求項1或2所述之表面硬化鋼，其中，在與軸方向垂直的剖面上，面積3μm²以上的鈦氮化物及面積3μm²以上的鈮碳氮化物之合計個數為每2×10⁵μm²為5個以下。