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、電動轉向裝置、防振破壞系統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答性和能源利用效率，在產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的進步，要求各部件進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的純鐵系列軟磁材料。

　　1.1 特點

　　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，決定從以下觀點提高ELCH2系列產品的磁特性：

　　◆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含量并實現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，以提高部件生產率并降低生產成本。

　　結果是ELCH2系列產品具有優良磁特性，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系列產品實現了電磁控制部件的高性能化和高功能化，是能降低生產成本的軟磁材料。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率作出了大的貢獻。

　　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和使用范圍將會進一步擴大，向市場提供省電并降低生產成本的該類產品可以為降低環境負荷作出貢獻。

　　2 神戶制鋼所開發耐凹坑性優良的齒輪鋼KSCM418H

　　為降低汽車燃耗而進行的各種部件的輕量化已取得顯著進步。然而，變速箱齒輪由于采用高強度鋼材而實現了高轉矩化和小型化，從而進一步增大了齒輪負荷。利用噴丸硬化技術和降低鋼中雜質物含量雖可極大提高齒根強度，但高強度齒輪的損壞形態正持續轉向齒面磨損、剝離，特別是斷裂面的剝離損壞正在成為重要課題。

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

　　2.1 特征

　　凹坑損壞由龜裂及其擴展構成，主要受到表面硬度、光潔度和潤滑狀態等的影響。特別是汽車用變速箱齒輪處于苛刻使用環境下，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，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，另一方面將硬質的C化物、N化物細微分散，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所產生的不完全淬火組織。如此設計成分的鋼材，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。此開發鋼可用于需有優良耐凹坑性的滑動部件，如齒輪和轉動軸等。開發鋼的代表性化學成分如表2所示。

　　3 山陽特鋼所開發的新型軸承鋼PJ2

　　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，在承受高應力的轉動疲勞領域，若鋼中存在非金屬夾雜物，就會生成將之作為起點的龜裂，并向四周擴展，從而引起剝離導致斷裂。

　　為此，山陽特鋼所作為軸承鋼的主導生產廠家，以掌握的軸承鋼破壞的實際調查知識和高潔凈度軸承鋼生產技術為基礎，開發了與更加長壽命化、小型化需求相對應的新型軸承鋼——PJ2，并確立了此鋼的批量生產技術。

　　山陽特鋼所長年推進有助于小型輕量化軸承鋼的研發結果表明，為了滿足提高負荷的要求，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，開發了以下兩種技術。

　　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。

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

　　而且，由于將以上兩種技術組合而減少了成為短期剝離原因的有害非金屬夾雜物，并在大范圍內檢查這些夾雜物，從而成功開發了高可靠性、長壽命軸承鋼PJ2。

　　與鋼的潔凈度對應的可靠性的大幅改善、抵制了軸承這種終端產品的短期剝離，從而可以期待實現長壽命化、小型化。

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

　　4 新日鐵開發的高耐久比鋼

　　為了實現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度化需求——大多要求疲勞強度的提高，針對的是過去單純追求抗拉強度而忽視疲勞強度的情況。然而，在須經切削加工的部件（如引擎和車輪部位的熱鍛部件、齒輪等）上，因切削加工費占生產成本的40%-70%，抗拉強度的上升就會降低切削性能而大幅度增加生產成本。因此，切削成本的增加就成了阻礙鋼材高疲勞強度化的因素之一。

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

　　以下介紹新日鐵開發的高耐久比（疲勞強度/抗拉強度）鋼材的機理與特征。

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

　　圖2表示非調質鋼和高耐久比鋼的抗拉強度、疲勞強度及耐久比。

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

　　開發鋼經熱鍛后放冷成為最終強度，可以作為切削性低下的非調質鋼的代替材使用，從而有助汽車部件的輕量化，預計將會有廣泛用途。

　　5 支撐汽車升級的住友金屬特殊鋼

　　環境保護使得氣體排放與環境負荷物質排放的規則變得更加嚴格，而在汽車部件的開發中，對于以低成本謀求低燃耗的輕量化和無Pb化（減少環境負荷物質）的要求正越來越高。以下介紹住友金屬工業公司開發的代表性商品。

　　5.1 曲軸用鋼

　　曲軸是汽車引擎的主要構成部件，為實現其高功率化和輕量化，在要求進一步高強度化的同時，還需在制造工程中實現工藝合理化以減排CO2，降低生產成本。

　　在高強度軟N化曲軸用鋼中加入Mo和Ti。可以在省略正火工序的條件下，改善熱鍛產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加工方面降低生產成本。

　　住友金屬開發了加入Ti和V的高強度裂化連桿用鋼，在促進部件輕量化的同時，還大幅度降低了生產成本。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這種環境負荷物質。

　　5.3 車輪、轉向裝置用鋼

　　以非調質（即不進行淬火-回火處理）鋼制造輪轂和轉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度和切削性能的非調質鋼，促進了成本下降和環保。

　　5.4 高強度螺栓用鋼

　　由于將螺栓高強度化，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化而開發了難以產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度，須實施滲C和軟N化等表面硬化熱處理。

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

　　另外，高強度軟N化用鋼可同時獲得齒輪的高強度化和低變形化。

　　上述開發鋼和相關技術都通過部件的高強度化和高性能支撐了傳動裝置的進化。

　　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，還根據用戶實際需求和對部件評價進行熱處理模擬和強度解析，同時從用戶視點進行產品和技術開發。

?表1 純鐵系軟磁材料開發鋼的成分 %

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表2? 齒輪用開發鋼的成分?