為了提高汽車的安全性和舒適性并降低燃耗，車上多采用電子控制AT、電動轉(zhuǎn)向裝置、防振破壞系統(tǒng)等電子電磁控制部件。在采用電磁力的部件上，為了提高對控制信號的應(yīng)答性和能源利用效率，在產(chǎn)生磁場的線圈中裝入了鐵芯材。原來多使用含碳0.10%左右的低C鋼。然而近幾年由于電磁控制技術(shù)的進(jìn)步，要求各部件進(jìn)一步高性能化并減少電耗。作為可滿足這些要求的鋼材，以下介紹神戶制鋼所開發(fā)的純鐵系列軟磁材料。

　　1.1 特點(diǎn)

　　除了材料的磁矩大小之外，軟磁材料的磁特性也由其晶粒尺寸和析出物等金相組織因子所左右。特別是在多晶體的磁特性方面，因晶界和析出物變成了阻止磁疇壁移動的場所，成為降低磁特性的原因。

　　因此，決定從以下觀點(diǎn)提高ELCH2系列產(chǎn)品的磁特性：

　　◆降低鋼中C含量，使之成為高純鐵素體單相組織而增大磁矩。

　　◆減少鋼中Al、N含量以降低晶界面積，從而減小磁疇壁移動阻力。

　　◆減低鋼中Si含量并實(shí)現(xiàn)Mn含量最佳化。提高鋼的冷鍛性、增大S含量以提高鋼的切削性能，從而改善鋼的加工性，以提高部件生產(chǎn)率并降低生產(chǎn)成本。

　　結(jié)果是ELCH2系列產(chǎn)品具有優(yōu)良磁特性，并兼具良好冷鍛性和易切削性。其代表成分如表1所示。

　　1.2 用途

　　ELCH2系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了電磁控制部件的高性能化和高功能化，是能降低生產(chǎn)成本的軟磁材料。至今為止，首先是將之用作油壓控制螺線管的鐵芯材料，也作為電磁離合器使用，為降低電耗并提高部件生產(chǎn)率作出了大的貢獻(xiàn)。

　　伴隨HEV和EV等新能源汽車的普及，新的電磁控制部件的開發(fā)和使用范圍將會進(jìn)一步擴(kuò)大，向市場提供省電并降低生產(chǎn)成本的該類產(chǎn)品可以為降低環(huán)境負(fù)荷作出貢獻(xiàn)。

　　2 神戶制鋼所開發(fā)耐凹坑性優(yōu)良的齒輪鋼KSCM418H

　　為降低汽車燃耗而進(jìn)行的各種部件的輕量化已取得顯著進(jìn)步。然而，變速箱齒輪由于采用高強(qiáng)度鋼材而實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩化和小型化，從而進(jìn)一步增大了齒輪負(fù)荷。利用噴丸硬化技術(shù)和降低鋼中雜質(zhì)物含量雖可極大提高齒根強(qiáng)度，但高強(qiáng)度齒輪的損壞形態(tài)正持續(xù)轉(zhuǎn)向齒面磨損、剝離，特別是斷裂面的剝離損壞正在成為重要課題。

　　為了開發(fā)耐剝離壽命優(yōu)良的齒輪而著眼于滲C-N處理，以最大限度發(fā)揮表面硬化的作用。以下概要介紹開發(fā)齒輪鋼的特征和特性。

　　2.1 特征

　　凹坑損壞由龜裂及其擴(kuò)展構(gòu)成，主要受到表面硬度、光潔度和潤滑狀態(tài)等的影響。特別是汽車用變速箱齒輪處于苛刻使用環(huán)境下，即使有油潤滑的齒面溫度也會升高至300℃，鋼材軟化就會惡化齒輪表面耐凹坑性。

　　齒輪表面硬化處理廣泛采用在高溫下將丙烷和丁烷擴(kuò)散至表層的工藝。另一方面，滲C-N化處理則是用氨氣等含N氣體向表面滲N以生成N化物，從而增大鋼的回火軟化阻力。

　　由于KSCM418H采用了高濃度滲C和滲C-N化技術(shù)，一方面抵制了因不完全淬火組織生成引起的凹坑壽命下降，另一方面將硬質(zhì)的C化物、N化物細(xì)微分散，從而大幅度提高了凹坑壽命。

　　2.2 特性

　　由于增加了Si、Cr含量，在提高回火軟化阻力的同時，還抵制了因加Mo所產(chǎn)生的不完全淬火組織。如此設(shè)計成分的鋼材，其耐凹坑壽命要比一般齒輪用鋼JIS滲C鋼SCM420H高出10倍以上。此開發(fā)鋼可用于需有優(yōu)良耐凹坑性的滑動部件，如齒輪和轉(zhuǎn)動軸等。開發(fā)鋼的代表性化學(xué)成分如表2所示。

　　3 山陽特鋼所開發(fā)的新型軸承鋼P(yáng)J2

　　近年因CO2過度排放造成地球溫度上升，迫切要求汽車部件（包括軸承等）小型化、輕量化，以降低燃耗，減排CO2，并使之在充分潤滑條件下能最大限度延長使用壽命。然而，在承受高應(yīng)力的轉(zhuǎn)動疲勞領(lǐng)域，若鋼中存在非金屬夾雜物，就會生成將之作為起點(diǎn)的龜裂，并向四周擴(kuò)展，從而引起剝離導(dǎo)致斷裂。

　　為此，山陽特鋼所作為軸承鋼的主導(dǎo)生產(chǎn)廠家，以掌握的軸承鋼破壞的實(shí)際調(diào)查知識和高潔凈度軸承鋼生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了與更加長壽命化、小型化需求相對應(yīng)的新型軸承鋼——PJ2，并確立了此鋼的批量生產(chǎn)技術(shù)。

　　山陽特鋼所長年推進(jìn)有助于小型輕量化軸承鋼的研發(fā)結(jié)果表明，為了滿足提高負(fù)荷的要求，提高壽命波動的下限值是有效的。為此，需降低單位體積特定尺寸以上的有害夾雜物，開發(fā)了以下兩種技術(shù)。

　　1）在煉鋼方面，將成為凹坑起因的有害非金屬夾雜物降低到極限的技術(shù)。

　　2）相對于原來所使用的ASTM E45A法和JIS G0555規(guī)定的方法，新開發(fā)大范圍評價有害非金屬夾雜物存在頻率的檢查技術(shù)。

　　而且，由于將以上兩種技術(shù)組合而減少了成為短期剝離原因的有害非金屬夾雜物，并在大范圍內(nèi)檢查這些夾雜物，從而成功開發(fā)了高可靠性、長壽命軸承鋼P(yáng)J2。

　　與鋼的潔凈度對應(yīng)的可靠性的大幅改善、抵制了軸承這種終端產(chǎn)品的短期剝離，從而可以期待實(shí)現(xiàn)長壽命化、小型化。

　　另外，此開發(fā)鋼軸承在本公司進(jìn)行的轉(zhuǎn)動疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果表明，較之一般軸承鋼（SUJ2）制造的軸承，開發(fā)鋼制造的軸承壽命的下限值是其3倍左右，見圖1。

　　4 新日鐵開發(fā)的高耐久比鋼

　　為了實(shí)現(xiàn)汽車部件輕量化和高功能化，原來就一直在增加對鋼鐵材料的高強(qiáng)度化需求——大多要求疲勞強(qiáng)度的提高，針對的是過去單純追求抗拉強(qiáng)度而忽視疲勞強(qiáng)度的情況。然而，在須經(jīng)切削加工的部件（如引擎和車輪部位的熱鍛部件、齒輪等）上，因切削加工費(fèi)占生產(chǎn)成本的40%-70%，抗拉強(qiáng)度的上升就會降低切削性能而大幅度增加生產(chǎn)成本。因此，切削成本的增加就成了阻礙鋼材高疲勞強(qiáng)度化的因素之一。

　　為了解決此問題，若不增大對切削性能影響大的抗拉強(qiáng)度，僅提高鋼的疲勞強(qiáng)度，就可能同時獲得高疲勞強(qiáng)度和良好切削性能。

　　以下介紹新日鐵開發(fā)的高耐久比（疲勞強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度）鋼材的機(jī)理與特征。

　　一般鋼材的疲勞強(qiáng)度約為其抗拉強(qiáng)度的1/2（即其耐久比約為0.5左右），且耐久比值根據(jù)鋼的不同強(qiáng)化方式而變化，對提高耐久比特別有效的是析出（也稱沉淀）強(qiáng)化。因此，新日鐵用析出強(qiáng)化（即將毫微尺寸的VC多量分散）成功開發(fā)了兼具高疲勞強(qiáng)度化和良好切削性能的高耐久比鋼。

　　圖2表示非調(diào)質(zhì)鋼和高耐久比鋼的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及耐久比。

　　開發(fā)鋼的耐久比從原來的0.50提高到0.65，雖然抗拉強(qiáng)度沒有提高，卻將疲勞強(qiáng)度提高130MPa（切削性能沒有下降）。此開發(fā)鋼的疲勞強(qiáng)度相當(dāng)于原來耐久比0.5鋼抗拉強(qiáng)度達(dá)到1000MPa時的疲勞強(qiáng)度水平。

　　開發(fā)鋼經(jīng)熱鍛后放冷成為最終強(qiáng)度，可以作為切削性低下的非調(diào)質(zhì)鋼的代替材使用，從而有助汽車部件的輕量化，預(yù)計將會有廣泛用途。

　　5 支撐汽車升級的住友金屬特殊鋼

　　環(huán)境保護(hù)使得氣體排放與環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)排放的規(guī)則變得更加嚴(yán)格，而在汽車部件的開發(fā)中，對于以低成本謀求低燃耗的輕量化和無Pb化（減少環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)）的要求正越來越高。以下介紹住友金屬工業(yè)公司開發(fā)的代表性商品。

　　5.1 曲軸用鋼

　　曲軸是汽車引擎的主要構(gòu)成部件，為實(shí)現(xiàn)其高功率化和輕量化，在要求進(jìn)一步高強(qiáng)度化的同時，還需在制造工程中實(shí)現(xiàn)工藝合理化以減排CO2，降低生產(chǎn)成本。

　　在高強(qiáng)度軟N化曲軸用鋼中加入Mo和Ti?？梢栽谑÷哉鸸ば虻臈l件下，改善熱鍛產(chǎn)生的晶粒粗大化和軟N化處理后的表面硬度，從而使鋼兼具高疲勞強(qiáng)度和良好彎曲矯直性 。

　　5.2 裂化連桿用鋼

　　連桿是汽車引擎內(nèi)部連接曲軸與活塞的部件，由桿和蓋組成。所謂裂化，就是在整體制成為連桿后再將桿和蓋裂化分開的工藝。較之原來二者分別制造的方法，此法可以在熱鍛和機(jī)加工方面降低生產(chǎn)成本。

　　住友金屬開發(fā)了加入Ti和V的高強(qiáng)度裂化連桿用鋼，在促進(jìn)部件輕量化的同時，還大幅度降低了生產(chǎn)成本。另外，在此連桿和上述的曲軸用鋼中，因提高了切削性能而成功地減少了向鋼中加入Pb這種環(huán)境負(fù)荷物質(zhì)。

　　5.3 車輪、轉(zhuǎn)向裝置用鋼

　　以非調(diào)質(zhì)（即不進(jìn)行淬火-回火處理）鋼制造輪轂和轉(zhuǎn)向齒條桿部件正在成為主流。住友為了滿足用戶對部件的特殊要求，提供了能組合各種強(qiáng)度和切削性能的非調(diào)質(zhì)鋼，促進(jìn)了成本下降和環(huán)保。

　　5.4 高強(qiáng)度螺栓用鋼

　　由于將螺栓高強(qiáng)度化，一方面減少了所使用的螺栓；另一方面還可滿足部件高功率化要求，但高強(qiáng)度化引起的延遲斷裂就成了需要解決的問題。

　　一般延遲斷裂面是晶界裂紋造成的，住友利用晶界偏析元素的減少和晶粒細(xì)化而開發(fā)了難以產(chǎn)生晶界裂紋的耐延遲斷裂的螺栓用鋼。而且，通過增加Mo含量并加入了V，也抵制了由馬氏體造成的晶界脆化。

　　5.5 齒輪用鋼

　　作為動力傳輸部件的齒輪，要求良好的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，須實(shí)施滲C和軟N化等表面硬化熱處理。

　　該公司滲C齒輪用開發(fā)鋼包括降低了滲C異常的高強(qiáng)度鋼和利用加B強(qiáng)化了滲C層晶界的高強(qiáng)度表面滲C處理鋼。

　　另外，高強(qiáng)度軟N化用鋼可同時獲得齒輪的高強(qiáng)度化和低變形化。

　　上述開發(fā)鋼和相關(guān)技術(shù)都通過部件的高強(qiáng)度化和高性能支撐了傳動裝置的進(jìn)化。

　　總而言之，針對各種部件，除了采用原來的冶金材料手段之外，還根據(jù)用戶實(shí)際需求和對部件評價進(jìn)行熱處理模擬和強(qiáng)度解析，同時從用戶視點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品和技術(shù)開發(fā)。

?表1 純鐵系軟磁材料開發(fā)鋼的成分 %

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表2? 齒輪用開發(fā)鋼的成分?