疲劳特性优良的高频淬火用钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微细分散有非金属夹杂物、疲劳特性优良的高频淬火用钢。本发明特 别是涉及通过控制REM夹杂物的生成、从而消除TiN、MnS等有害夹杂物的影响、具有良好的 疲劳特性的高频淬火用钢。
[0002] 本申请基于在2012年10月19日在日本申请的特愿2012-232141号主张优先权， 在此引用其内容。
【背景技术】
[0003] 高频淬火用钢被用于在各种产业机械或汽车中使用的"滚珠轴承"或"滚柱轴承" 等的滚动轴承或齿轮等的滚动构件中。另外，近年来，还被用作作为磁记录介质的硬盘装置 中使用的硬盘驱动用等电子机器、家电制品或者计量仪器、医疗机器等中的轴承或滑动构 件。
[0004] 对这些滚动构件或滑动构件中使用的高频淬火用钢要求优良的疲劳特性。但是， 高频淬火用钢所含的夹杂物的粗大化和大量化会对疲劳寿命造成不良影响。因此，从提高 疲劳特性的目的出发，优选夹杂物尽量微细且少量。
[0005] 作为高频淬火用钢所含的夹杂物，已知氧化铝（Al2O3)等氧化物、硫化锰（MnS)等 硫化物、氮化钛（TiN)等氮化物。
[0006] 氧化铝系夹杂物是在转炉或真空处理容器中经精炼的钢水中大量残留的溶解氧 和与氧的亲和力强的Al键合而生成的。另外，浇包等由氧化铝系耐火物组建的情况多。因 此，在脱氧时通过钢水与耐火物的反应，从而氧化铝作为Al溶出到钢水中、被再氧化，成为 氧化铝系夹杂物。
[0007] 因此，氧化铝系夹杂物的减少和除去应用RH真空脱气装置或粉体鼓风装置等二 次精炼装置，组合进行
[0008] (1)通过停汽、熔渣改性等来防止再氧化、
[0009] (2)通过除去熔渣来减少混入氧化物系夹杂物等。
[0010] 另外，已知在含有0.005质量％以上的酸可溶Al的Al镇静钢的制造方法中，向钢 水中投入含有Ca、Mg及REM的2种以上和Al的合金，将所生成的夹杂物中的Al2O3调节至 30质量％?85质量％，制造没有氧化铝簇状物的Al镇静钢。
[0011] 例如，如专利文献1公开所示，已知为了防止氧化铝簇状物的生成，在钢水中添加 REM、Mg及Ca的2种以上，形成低熔点夹杂物的方法。该方法对于防止裂缝缺陷是有效的。 但是，该方法无法将夹杂物的尺寸减小至高频淬火用钢所要求的水平。其理由在于，低熔点 的夹杂物发生凝集/合体，更易于发生粗大化。
[0012] REM是将夹杂物球状化、提高疲劳特性的元素。根据需要添加到钢水中，但当过多 地投入时，夹杂物的数量增加，反而作为疲劳特性之一的疲劳寿命降低。例如，如专利文献2 公开的那样，已知为了不降低疲劳寿命，需要使REM的含量为0. 010质量％以下。但是，专 利文献2并未公开疲劳寿命降低的机理及夹杂物的存在状态。
[0013] 另外，MnS等硫化物通过锻造等加工而延伸、变成成为断裂起点的疲劳累积源，使 疲劳特性劣化。因此，为了改善疲劳特性，需要控制硫化物的数量及大小。
[0014] 另一方面，REM在与氧键合形成氧化物的同时与硫键合形成硫化物。而且，当存在 与氧键合的量以上的REM时，生成硫化物、增大夹杂物尺寸，对疲劳特性造成不良影响。为 了防止该现象，需要对夹杂物的大小进行控制。
[0015] 为了控制夹杂物的大小，需要添加与氧含量相称的量的REM。因此，首先减少氧含 量是有效的。进而，由于硫化物也是降低疲劳寿命的夹杂物之一，因此防止粗大的硫化物、 特别是MnS的生成是有效的。因而，减少硫含量，以及添加与硫含量相称的REM、生成氧硫化 物、抑制MnS的生成是有效的。即，仅添加与氧及硫这两者相称的REM是有效的。但是，这 些技术思想在专利文献2等中没有任何公开。
[0016] 另外，作为防止硫化物的生成的方法，已知添加 Ca进行脱硫的方法。然而，虽然Ca 添加对于防止硫化物的生成是有效的，但对于防止作为氮化物的TiN的生成是无效的。
[0017] 如图2所示，TiN是非常硬质的且以尖的形状结晶或析出至钢中。因此，变成成为 断裂起点的疲劳累积源，对疲劳特性造成不良影响。例如，如专利文献3公开的那样，当Ti 超过0. 001质量％时，疲劳特性发生恶化。作为其对策，将Ti调节至0. 001质量％以下是 重要的，但Ti在铁液或熔渣中也含有，作为杂质的混入是不可避免的。因此，难以稳定地将 Ti减少至所期望的水平。
[0018] 因而，需要在钢水阶段将Ti及N减少或除去。但是，由于制钢成本提高，因此不优 选。另外，通过Ca的添加所形成的Al-Ca-O系夹杂物带来易于延伸、易于变成成为断裂起 点的疲劳累积源的问题。
[0019] 现有技术文献
[0020] 专利文献
[0021] 专利文献1 :日本特开平09-263820号公报
[0022] 专利文献2 :日本特开平11-279695号公报
[0023] 专利文献3 :日本特开2004-277777号公报
【发明内容】
[0024] 发明要解决的课题
[0025] 本发明鉴于现有技术的问题，其目的在于提供使易于变成成为断裂起点的疲劳累 积源的TiN、Al-O系夹杂物、Al-Ca-O系夹杂物及MnS无害化、疲劳特性优良的高频淬火用 钢。
[0026] 用于解决课题的手段
[0027] 本发明的要旨如下所述。
[0028] (1)本发明的第一方式为一种高频淬火用钢，其中，化学组成以质量％计含有C : 0· 45 % ?0· 85 %、Si :0· 01 % ?0· 80 %、Mn :0· 1 % ?L 5 %、Al :0· 01 % ?0· 05 %、REM : 0· 0001%?0· 050%及 O :0· 0001%?0· 0030%，限制在 Ti :小于 0· 005%、N :0· 015% 以下、 P :0.03%以下及S :0.01 %以下，剩余部分为铁及杂质；所述高频淬火用钢含有在含REM、0、 S及Al的夹杂物上附着有TiN的复合夹杂物；不附着于上述夹杂物而独立地存在的最大径 为1 μπι以上的TiN的个数密度与最大径为10 ym以上的MnS的个数密度之和为5个/mm2 以下。
[0029] (2)本发明的第二方式为一种高频淬火用钢，其中，化学组成以质量％计含有C : 0· 45 % ?0· 85 %、Si :0· 01 % ?0· 80 %、Mn :0· 1 % ?L 5 %、Al :0· 01 % ?0· 05 %、Ca : 0· 0050 % 以下、REM :0· 0001 % ?0· 050 % 及 O :0· 0001 % ?0· 0030 %，限制在 Ti :小于 0. 005%、N :0.015%以下、P :0.03%以下及S :0.01 %以下，剩余部分为铁及杂质；所述高频 淬火用钢含有在含REM、0、S及Al的夹杂物上附着有TiN的复合夹杂物；不附着于上述夹杂 物而独立地存在的最大径为1 μ m以上的TiN的个数密度与最大径为10 μ m以上的MnS的 个数密度之和为5个/mm2以下。
[0030] (3)上述（1)或（2)所述的高频淬火用钢，其中，进而上述化学组成以质量％计可 以含有选自由Cr :2. 0%以下、V :0. 70%以下、Mo :1. 00%以下、W :1. 00%以下、Ni :3. 50% 以下、Cu :0. 50%以下、Nb :小于0. 050%及B :0. 0050%以下构成的组中的1种以上。
[0031] 发明效果
[0032] 根据本发明的上述方式，将Al-O系夹杂物改性为REM-Al-O系夹杂物或将Al-Ca-O 系夹杂物改性为REM-Ca-Al-O系夹杂物，可以防止氧化物系夹杂物的延伸或粗大化。进而， 将S固定化于REM-Al-O系夹杂物或REM-Ca-Al-O系夹杂物，形成REM-Al-O-S系夹杂物或 REM-Ca-Al-O-S系夹杂物，可以抑制粗大MnS的生成。另外，通过使TiN附着于REM-Al-O-S 系夹杂物或REM-Ca-Al-O-S系夹杂物而形成复合夹杂物，减少不附着于夹杂物而独立地存 在的TiN的个数密度，从而可以提供疲劳特性优良、特别是疲劳寿命优良的高频淬火用钢。
【附图说明】
[0033] 图1是表示REM-Al-O-S系夹杂物和TiN复合而成的夹杂物（复合夹杂物）的形 态的图。
[0034] 图2是表示粗大MnS及四角形的形状的TiN的生成形态的图。
[0035] 图3是表示疲劳试验片的形状的图。
【具体实施方式】
[0036] 本发明人们为了解决现有技术的问题深入地进行了实验及探讨。其结果发现，在 调节REM的含量及与其对应的Ca的添加量的同时控制脱氧工艺，
[0037] (1)通过将作为氧化物的Al-O系夹杂物改性成REM-Al-O系夹杂物、将作为氧化物 的Al-Ca-O系夹杂物改性成REM-Ca-Al-O系夹杂物，可以防止氧化物系夹杂物的延伸或粗 大化；
[0038] (2)通过将S固定于作为氧化物的REM-Al-O系夹杂物或作为氧化物的 REM-Ca-Al-O系夹杂物、改性成作为氧硫化物的REM-Al-O-S系夹杂物或作为氧硫化物的 REM-Ca-Al-O-S系夹杂物，可以抑制粗大MnS的生成；
[0039] (3)使TiN附着于作为氧硫化物的REM-Al-O-S系夹杂物或作为氧硫化物的 REM-Ca-Al-O-S系夹杂物，可以减少不附着而独立地存在的TiN的单独的