專利名稱：軟氮化用鋼和軟氮化處理部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可加工性和強(qiáng)度、并且可得到深的有效硬化層的軟氮化用鋼以及 對該軟氮化用鋼進(jìn)行軟氮化處理而制造出的軟氮化處理部件。
背景技術(shù)：
在汽車和各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械上使用數(shù)量很多的以疲勞強(qiáng)度的改善為目的實(shí)施了表面 硬化處理的部件。代表性的表面硬化處理方法是滲碳、氮化、高頻淬火等。氮化處理與其他方法不同，是在鋼的相變點(diǎn)以下的低溫進(jìn)行處理，因此具有能夠 減小熱處理變形的優(yōu)點(diǎn)，但由于是在低溫下的處理，因此有效硬化層變淺。在氨氣氛下進(jìn)行的氮化處理，雖可得到高的表面硬度，但氮的擴(kuò)散慢，通常需要20 小時以上的處理時間。在含有氮?dú)夂吞嫉脑』蛘邭夥障逻M(jìn)行的軟氮化處理，能夠增大氮的擴(kuò)散速度，經(jīng) 數(shù)小時即能夠得到100 μ m以上的有效硬化層深度，因此是適合于改善疲勞強(qiáng)度的方法。為了得到疲勞強(qiáng)度更高的鋼部件，需要使有效硬化層更深，因此曾提出了為了得 到所需要的硬度和深度的有效硬化層而適當(dāng)添加了用于形成氮化物的合金的鋼(例如參 照專利文獻(xiàn)1和2)。專利文獻(xiàn)2公開了一種軟氮化用鋼，其特征在于，含有C :0. 35 0.65重量％、Si 0. 35 2. 00 重量％、Mn :0. 80 2. 50 重量％、Cr :0. 20 重量％ 以下、和 Al :0. 035 重量％ 以下，其余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成。例如，專利文獻(xiàn)2中公開的軟氮化用鋼，具有優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度，并且在彎曲矯正時 氮化層不會產(chǎn)生裂紋，適合作為汽車的曲軸用材料，但若只調(diào)整成分組成，則在有效硬化層 的硬度和深度的提高上存在極限。于是，曾提出了不僅調(diào)整成分組成，還控制鋼組織來提高了可加工性和氮化特性 的鋼(例如，參照專利文獻(xiàn)3 8)。例如，專利文獻(xiàn)5公開了一種冷鍛造性優(yōu)異的軟氮化用鋼，其特征在于，以重量％ 計，含有 C 0. 01 0. 15%,Si 0. 01 1. 00%,Mn :0. 1 1. 5%,Cr :0. 1 2. 0%,A1 大 于0. 10%且在1.00%以下、V 0. 05 0. 40%，還含有Mo :0. 10 1. 00%，其余部分由鐵和 不可避免的雜質(zhì)組成，并具有下述特性熱軋制后或者熱鍛造后的芯部硬度為HV200以下， 其后的冷鍛造中的極限壓縮率為65%以上。專利文獻(xiàn)5公開的軟氮化用鋼，是熱軋制后的硬度為HV200以下的具有鐵素體+ 貝氏體雙相組織的鋼，但得不到充分量的貝氏體，在提高強(qiáng)度方面具有極限。專利文獻(xiàn)6公開了一種可拉削加工性優(yōu)異的氮化部件用材料，其特征在于，以質(zhì) 量％計，含有C :0. 10 0. 40%,Si 0. 50% 以下、Mn :0. 30% 以上且小于 1. 50%,Cr :0. 30 2. 00%, Al 0. 02 0. 50%，其余部分由狗和雜質(zhì)元素組成；由硬度為HV210以上的貝氏 體組織構(gòu)成。專利文獻(xiàn)6公開的氮化部件用材料，是硬度為HV210以上的貝氏體組織，因此拉削加工容易，并且，沖擊值高，軟氮化后的表面硬度優(yōu)異，但Si濃度高，不能得到充分的硬化 層深度。專利文獻(xiàn)7公開了一種曲軸，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0. 10 0. 30 %、Si :0. 05 0. 3 %、Mn :0. 5 1. 5 %、Mo :0. 8 2. 0 %、Cr :0. 1 1. 0 %、V 0. 1 0. 5 %，其余部分由！^e和不可避免的雜質(zhì)組成，2. C+MO+5V ^ 3.7%,2.0% 彡Mn+Cr+Mo ^ 3. 0%,2. 7%^ 2. 16Cr+Mo+2. 54V ^ 4. 0%，并且，將從不受軟氮化處理的影 響的中心部制取的鋼試樣在1200°C進(jìn)行1小時的奧氏體化之后，以從900 300°C通過時 的冷卻速度為0. 5°C /秒的方式進(jìn)行冷卻直到室溫時的貝氏體的比率為80%以上、并且在 截面測定出的維氏硬度為260 330HV以下，而且，在銷部和軸頸部的軟氮化層的表面硬度 為650HV以上，軟氮化層的形成深度為0. 3mm以上，中心部硬度為340HV以上。專利文獻(xiàn)7公開的曲軸，盡管對表面實(shí)施了軟氮化處理，但可削性優(yōu)異，同時高的 疲勞強(qiáng)度也優(yōu)異，但是關(guān)于硬化層，沒有具體公開?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1特開昭58-71357號公報專利文獻(xiàn)2特開平4-83849號公報專利文獻(xiàn)3特開平7-157842號公報專利文獻(xiàn)4特開平5-065592號公報專利文獻(xiàn)5特開平9-279295號公報專利文獻(xiàn)6特開2006-249504號公報專利文獻(xiàn)7特開2006-291310號公報

發(fā)明內(nèi)容
與通過現(xiàn)在主流的疲勞強(qiáng)度改善技術(shù)即滲碳而處理了的鋼相比，上述現(xiàn)有技術(shù)中 的通過氮化而處理了的鋼，有效硬化層深度不足。本發(fā)明為了改善疲勞強(qiáng)度，其課題是提供可得到比現(xiàn)有技術(shù)深的有效硬化層的軟 氮化用鋼、和對該軟氮化用鋼進(jìn)行軟氮化處理而制造的軟氮化處理部件。本發(fā)明者們研究了可得到更深的有效硬化層的組成和組織，進(jìn)而研究了制造部件 時的可加工性和最終部件的表層硬度(維氏硬度，以下相同)等。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)Si在軟氮化處理中無助于表層硬度的提高，減少有效硬化層深度； 以及，通過Cr等的碳氮化物元素的有效使用，有效硬化層深度顯著地增加。本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其要旨如下。(1) 一種軟氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0. 01 0.3%、Si 低于
0.l%,Mn :0. 4 3%、Cr :0. 5 3%、A1 :0. 01 0. 3%，還含有Mo :0. 2 1. 5%,V :0. 05
1.0 %中的一種或者兩種，其余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成；由具有面積率為50 %以 上的貝氏體的組織構(gòu)成。(2)根據(jù)上述⑴所述的軟氮化用鋼，其特征在于，貝氏體的面積率(％ )與Si、 Cr和Al的含量(質(zhì)量％)滿足[貝氏體面積率]XCr/(l. 3Si+Al) > 350。(3)根據(jù)上述(1)或者(2)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(質(zhì)量％)滿足
65 ^ 8.65 xVCx(l + 4.1 她)χ (1 + 0.6457) χ (1 + 2.33Cr) χ (1 + 3.14M )含 450。(4)根據(jù)上述⑴ (3)的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含 有Ti 0. 01 0. 3%、Nb :0.01 0. 3%中的一方或者雙方。(5)根據(jù)上述(1) (4)的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，含有0.0005
0.005% 的 B。(6)根據(jù)上述⑴ (5)的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，Mn的含量為
1.5 3質(zhì)量％。(7)根據(jù)上述(1) (6)的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，含有Mo :0. 2 1. 5%、V :0. 5 1. 0%中的一種或者兩種。(8) 一種軟氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0. 01 0.3%、Si 低 于 0. 1%、Mn :0· 4 3%、Cr :0· 5 3%、Al :0. 01 0. 3%，還含有 Mo :0· 2 1. 5%、V 0. 05 1. 0%中的一種或者兩種，其余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成；由具有面積率為 50%以上的貝氏體的組織構(gòu)成，在表面具有氮化層，有效硬化層深度為300 μ m以上，并且， 在鋼中析出的Cr碳氮化物中含有Mo、V中的一種或者兩種。(9)根據(jù)上述(8)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，貝氏體的面積率(％ )與 Si、Cr和Al的含量(質(zhì)量％ )滿足[貝氏體面積率]XCr/(l. 3Si+Al) > 350。(10)根據(jù)上述(8)或者(9)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和 Mo的含量(質(zhì)量％)滿足
65 含 8.65 xVCx(l + 4ΛΜ ) χ (1 + OMSi) χ (1 + 2.330) χ (1 + 3.14M )含 450。(11)根據(jù)上述(8) (10)的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì) 量％計，含有Ti 0. 01 0. 3%、Nb :0.01 0. 3%中的一方或者雙方。(12)根據(jù)上述(8) (11)的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，含有 0. 0005 0. 005% 的 B。(13)根據(jù)上述(8) (12)的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，Mn的含 量為1.5 3質(zhì)量％。(14)根據(jù)上述(8) (1 的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，含有 Mo 0. 2 1. 5%, V 0. 5 1. 0%中的一種或者兩種。在本發(fā)明中，所謂「軟氮化用鋼」，是指作為軟氮化處理部件的材料使用的鋼。對軟氮化用鋼進(jìn)行冷加工，根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等，形成為最終制品形狀，其后 通過軟氮化處理，成為軟氮化處理部件。或者，將鋼坯、棒鋼等的具有本發(fā)明的成分的鋼材直接熱加工成最終制品形狀，或 熱加工成接近于最終制品的形狀，制成為本發(fā)明的軟氮化用鋼后，進(jìn)行切削加工，形成為最 終制品形狀，其后通過進(jìn)行軟氮化處理，成為軟氮化處理部件。在本發(fā)明中，所謂「軟氮化處理」，意指使氮和碳擴(kuò)散到鋼鐵的表層中將表層硬化的處理。例如，有氣體軟氮化、鹽浴氮化等。在本發(fā)明中，所謂在軟氮化用鋼制造中的熱加工、以及在軟氮化處理之前進(jìn)行的 在軟氮化處理部件制造中的熱加工，意指將鋼材加熱至1000°c以上之后進(jìn)行成形。所謂熱 加工，是熱軋制和熱鍛造的總稱。軟氮化用鋼主要通過熱軋制來制造，軟氮化處理部件主要 通過熱鍛造來制造。制品為軟氮化處理部件的情況可通過表層已硬化、并且表層的氮濃度已上升來確 認(rèn)。在本發(fā)明中，所謂「有效硬化層深度」，意指以JIS G 0557中所記載的鋼的滲碳 硬化層深度測定方法的定義為參考，從表層到HV為550的位置的距離。本發(fā)明能夠提供在軟氮化處理中可得到深的有效硬化層的軟氮化用鋼、以及對該 軟氮化用鋼進(jìn)行軟氮化處理而制造的軟氮化處理部件，能夠提供熱處理變形小且疲勞強(qiáng)度 高的部件。


圖1是對以往的鋼材進(jìn)行了軟氮化處理后的部件的有效硬化層的TEM像。圖2是表示對以往的鋼材進(jìn)行了軟氮化處理后的部件的有效硬化層的Cr碳氮化 物的采用X射線元素分析裝置得到的成分分析結(jié)果的圖。圖3是對本發(fā)明的鋼材進(jìn)行了軟氮化處理后的部件的有效硬化層的TEM像。圖4是表示對本發(fā)明的鋼材進(jìn)行了軟氮化處理后的部件的有效硬化層的Cr碳氮 化物的采用X射線元素分析裝置得到的成分分析結(jié)果的圖。圖5是表示在本發(fā)明的實(shí)施例中制作的齒輪的1/2截面的模式圖。圖6是表示本發(fā)明例和比較例的、[貝氏體面積率]XCr/(l. 3Si+Al)與有效硬化 層深度的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式首先，對于本發(fā)明中限定鋼材的成分組成的理由進(jìn)行說明。成分組成的限定，對本 發(fā)明的軟氮化用鋼和軟氮化處理部件都適用。C是確保淬硬性、得到貝氏體組織所需要的元素，是在軟氮化處理中使合金碳化物 析出、也有助于析出強(qiáng)化的元素。C低于0.01%時，得不到必要的強(qiáng)度，而超過0.3%時，鍛 造前的強(qiáng)度過高，變得難以加工。因此，C的濃度范圍限定在0.01 0.3%。為了得到足 夠的析出強(qiáng)化量，優(yōu)選C大于0.05%。為了使鍛造容易，優(yōu)選C低于0. 15%，更優(yōu)選低于 0. 10%。Si是作為脫氧劑而需要的元素，但在本發(fā)明中，在軟氮化處理中無助于表層硬度 的提高，會使有效硬化層深度較淺，因此需要限制其含量。因此，Si的濃度范圍限定為低于 0. 1 %。進(jìn)而，為了得到深的有效硬化層，更優(yōu)選為0. 05%以下。Mn是確保淬硬性、得到貝氏體組織所需的元素。Mn低于0. 4%時不能確保足夠的 淬硬性，而超過3%時組織變?yōu)轳R氏體，鍛造前的強(qiáng)度過高，變得難以加工。因此，Mn的濃度 范圍限定在0. 4 3%。為了得到足夠的淬硬性，更優(yōu)選的Mn的濃度范圍為1. 5 3%。Cr是與在軟氮化處理時滲入的N和鋼中的C形成碳氮化物，通過碳氮化物的析出強(qiáng)化而使表面的硬度顯著上升的元素。Cr含量低于0.5%時，不能得到足夠的有效硬化層 深度，而超過3. 0%時其效果飽和，因此將Cr的濃度范圍限定在0. 5 3%。Al是作為脫氧元素而需要的元素，另外，與在軟氮化處理時滲入的N形成氮化物， 使表面的硬度顯著上升。Al與Si同樣是當(dāng)過剩地添加時會使有效硬化層較淺的元素。Al 低于0.01%時，在煉鋼時不能充分脫氧，另外，有時表面的硬度的上升變得不充分。當(dāng)添加 Al而超過0. 3%時，有效硬化層變淺。因此，Al的濃度范圍限定在0. 01% 0. 3%。Mo和V是對確保淬硬性、得到貝氏體組織有效的元素，可添加其中的一種或者兩 種。另外，它們是通過與在軟氮化時滲入的N和鋼中的C形成碳氮化物，或者與Cr形成復(fù) 合碳氮化物來得到高的表層硬度和深的有效硬化層深度所需要的元素。當(dāng)Mo低于0. 2%以及V低于0. 05%時，不能充分得到上述效果，當(dāng)Mo大于1. 5% 以及V大于1.0%時，不能得到與成本相匹配的效果，Mo的濃度范圍限定在0.2 1.5%，V 的濃度范圍限定在0.05 1.0%。V的更優(yōu)選的濃度范圍為0.5 1.0%。關(guān)于C、Mn、Si、Cr和Mo的濃度，用下述的式子表示的淬硬性倍數(shù)，從確保淬硬性 的觀點(diǎn)出發(fā)為65以上，從容易進(jìn)行冷加工和鍛造加工的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選為450以下。
淬硬性倍數(shù)=
8.65xVCx(l+4.1M7)x(l + 0.645/)x(l+2.33Cr)x(l+3.14Mo)所謂淬硬性倍數(shù)，是表示合金元素對淬硬性產(chǎn)生影響的程度的數(shù)值，上述式中的 C、Mn、Si、Cr和Mo為各元素的質(zhì)量百分比濃度。Ti和Nb都是對確保淬硬性、得到貝氏體組織有效的元素，優(yōu)選添加其中的一方或 者雙方。Ti、Nb，與Mo、V同樣是與在軟氮化時滲入的N和鋼中的C形成碳氮化物，對得到高 的表層硬度和深的有效硬化層深度有效果的元素。Ti或Nb低于0. 01 %時，不能充分得到其效果，而超過0. 3 %時，不能完全固溶體 化，因此其效果飽和。因此，優(yōu)選Ti和Nb的濃度范圍為0. 01 0. 3%。B是對提高淬硬性、得到貝氏體組織有效的元素，優(yōu)選添加B。B低于0. 0005%時， 不能充分得到其效果，而超過0. 005%時，其效果飽和，因此將其濃度范圍限定在0. 0005 0. 005%。接著，對在本發(fā)明中將軟氮化用鋼的組織限定為具有面積率為50%以上的貝氏體 的組織的理由進(jìn)行說明。為了提高有效硬化層深度，需要使鋼在氮化時充分析出強(qiáng)化、使鋼 的硬度提高。因此，需要在軟氮化處理前預(yù)先使析出所需要的合金元素充分固溶于鋼中，為 此，組織是馬氏體或者貝氏體較適宜。另一方面，考慮到冷鍛造性和可切削性，馬氏體為主體的組織由于硬度過高因此 不適宜。從以上所述來看，貝氏體為主體的組織是最佳的，為了充分地進(jìn)行析出強(qiáng)化，需要 面積率為50%以上的組織是貝氏體。為了更有效地析出強(qiáng)化，優(yōu)選是貝氏體面積率為70% 以上的組織。另外，除了貝氏體以外的其余部分的組織為鐵素體、珠光體和馬氏體中的一種 或者兩種。鋼組織中的貝氏體，通過在鏡面研磨后用硝酸乙醇腐蝕溶液進(jìn)行腐蝕，能夠用光 學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。例如，用光學(xué)顯微鏡在500倍下觀察與測定硬度的位置相當(dāng)?shù)膮^(qū)域的5個視場并拍攝照片，通過目視來確定貝氏體部分，對其進(jìn)行圖像解析，能夠求出貝氏體的面 積率。在對本發(fā)明的軟氮化用鋼不進(jìn)行熱加工，而是通過冷加工、切削加工等形成為最 終制品形狀之后，進(jìn)行軟氮化處理，從而制成為軟氮化處理部件的場合，軟氮化用鋼的組織 中需具有50%以上的貝氏體。即使在對具有與本發(fā)明的軟氮化用鋼同樣的成分組成的鋼材進(jìn)行熱鍛造等的熱 加工，根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等，形成為最終制品形狀的場合，也優(yōu)選該鋼材的組織的50% 以上為貝氏體。原因是容易得到在最終的熱加工中貝氏體為50%以上的本發(fā)明的軟氮化用 鋼。通過將本發(fā)明的軟氮化用鋼冷加工后，根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等，其后進(jìn)行軟氮 化處理來制造軟氮化處理部件，能夠得到本發(fā)明的效果。對具有與上述的軟氮化用鋼同樣的成分組成的鋼材進(jìn)行熱鍛造等的熱加工，使貝 氏體面積率為50%以上之后，根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等，從而形成為最終制品形狀，其后進(jìn) 行軟氮化處理，也能夠制成為軟氮化處理部件。在該場合，鋼材未必需要是貝氏體為50%以 上的組織。鋼材可以為鑄造態(tài)，也可以在鑄造后實(shí)施熱鍛造、熱軋制等的熱加工。本發(fā)明的軟氮化處理部件，需要面積率為50%以上的組織是貝氏體。軟氮化處理 部件的貝氏體面積率，可采用與軟氮化處理用鋼的貝氏體面積率同樣的方法求出。通過軟氮化處理而使表層硬化的機(jī)理，認(rèn)為是由合金或鐵的氮化物帶來的析出強(qiáng) 化、氮的固溶強(qiáng)化。本發(fā)明者們著眼于認(rèn)為對強(qiáng)化最有影響的合金氮化物，進(jìn)行了詳細(xì)調(diào) 查。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，為了在軟氮化處理中得到高的表層硬度和深的有效硬化層深 度，在鋼中復(fù)合添加了 Cr和選自Mo和V中的一方或者雙方，并使Cr碳氮化物中含有Mo和 /或V是有效的。通過使在軟氮化處理時析出的Cr碳氮化物中含有Mo和/或V，強(qiáng)度高效 率地提高，而且在軟氮化時不會妨礙氮的擴(kuò)散，因此能夠得到深的有效硬化層。在本發(fā)明中，如果將鋼或者部件進(jìn)行10小時以上的軟氮化處理，則能夠得到有效 硬化層深度為300 μ m以上、表層硬度為HV700以上的鋼或者部件。Cr碳氮化物中是否含有Mo和V，可采用X射線元素分析裝置等進(jìn)行分析。X射線 元素分析裝置等的精度，只要能夠檢測出含有0.5%以上的元素即可。在對具有本發(fā)明所規(guī)定的成分組成，并具有面積率為50%以上的貝氏體的軟氮化 用鋼進(jìn)行冷加工之后，進(jìn)行軟氮化處理而得到的軟氮化處理部件中，通過使鋼中析出的Cr 碳氮化物中含有Mo、V的一種或者兩種，能夠得到本發(fā)明的效果。另外，在對具有本發(fā)明所規(guī)定的成分組成的鋼材進(jìn)行熱加工，形成為具有50%以 上的貝氏體的組織之后，進(jìn)行軟氮化處理而得到的軟氮化處理部件中，通過使鋼中析出的 Cr碳氮化物中含有Mo、V的一種或者兩種，能夠得到本發(fā)明的效果。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，為了通過軟氮化處理得到更深的有效硬化層，軟氮化處理前的 貝氏體面積率與Cr、Si和Al的含量滿足[貝氏體面積率]XCr/(l. 3Si+Al) > 350是有效 的。在此，貝氏體面積率為百分率，Si、Cr、Al為質(zhì)量百分比濃度。除了貝氏體以外的其余 部分的組織是鐵素體、珠光體、和馬氏體中的一種或者兩種。由于在軟氮化處理前后貝氏體面積率不發(fā)生變化，因此軟氮化處理后的貝氏體面積率滿足上述條件即可。若滿足該條件， 則在一般的軟氮化處理中，經(jīng)10小時左右的處理時間即能夠得到330μπι以上的有效硬化
層深度。接著，對本發(fā)明的軟氮化用鋼和軟氮化處理部件的制造方法的一例進(jìn)行說明。50%以上的貝氏體組織，可通過控制用于制造軟氮化用鋼的熱軋制、或者用于制 造軟氮化處理部件的熱鍛造而得到。具體地講，可通過規(guī)定棒鋼熱軋制或者熱鍛造的溫度 和/或熱軋制或者熱鍛造后的冷卻速度而得到。當(dāng)熱軋制和熱鍛造前的加熱溫度低于1000°C時，變形抗力提高，成本提高，并且添 加的合金元素未充分固溶體化，因此淬硬性變低，貝氏體的面積率變低。因此，軋制前和鍛 造前的加熱溫度優(yōu)選為1000°c以上。當(dāng)加熱溫度超過1300°c時，奧氏體晶界粗大化，因此 加熱溫度優(yōu)選為1300°C以下。在熱軋制或者熱鍛造后直到冷卻至500°C的冷卻速度，當(dāng)在本發(fā)明鋼材的成分下 低于0. rc /秒時，貝氏體的面積率降低、或者鐵素體-珠光體組織增加，因此冷卻速度優(yōu)選 為0. 1°C /秒以上。當(dāng)冷卻速度超過10°C /秒時，由于馬氏體增加，冷鍛造或者切削前的強(qiáng) 度變高，導(dǎo)致成本提高，因此冷卻速度優(yōu)選為10°c /秒以下。使用在上述的條件下熱軋制而制造的軟氮化用鋼，冷加工(例如冷鍛造、切削加 工)成所規(guī)定的形狀的部件而制造出的部件，通過進(jìn)行軟氮化處理，能夠抑制變形并提高
疲勞強(qiáng)度。為了使Cr碳氮化物中含有Mo和/或V，需要含有Mo :0. 2 1. 5 %、V :0. 05 1. 0%中的一種或者兩種，并且形成為具有50%以上的貝氏體的組織，并進(jìn)行軟氮化處理。關(guān)于軟氮化處理，例如，通過進(jìn)行10小時的580°C的Ν2+ΝΗ3+0)2混合氣體下的氣體 軟氮化處理，可得到表層硬度HV700以上、有效硬化層深度300 μ m以上的硬化層。S卩，采用 工業(yè)上實(shí)用的時間能夠得到足夠的表層硬度和比以往的鋼材深的有效硬化層。對現(xiàn)有技術(shù)的CrMn鋼進(jìn)行軟氮化處理而得到的部件的有效硬化層的由透射電鏡 觀察到的結(jié)果示于圖1，使用X射線元素分析裝置得到的有效硬化層部分的Cr碳氮化物中 的成分分析結(jié)果示于圖2。對本發(fā)明的CrMoV鋼進(jìn)行軟氮化處理而得到的部件的有效硬化層的由透射型顯 微鏡觀察到的結(jié)果示于圖3。與現(xiàn)有技術(shù)的鋼部件相比，析出了很多的微細(xì)的Cr碳氮化物， 可知已充分地析出強(qiáng)化。圖4表示使用X射線元素分析裝置得到的本發(fā)明部件的有效硬化層部分的Cr碳 氮化物中的成分分析結(jié)果?？芍狢r碳氮化物中含有Mo和V。實(shí)施例煉制了具有表1中所示的成分組成的鋼。在表2中所示的實(shí)施例中，將厚度50mm的鋼坯在表2所示的條件下進(jìn)行熱軋制， 制成為厚度25mm的鋼板，其后切削成Φ IOmm的試件，進(jìn)行冷鍛造加工，制成為厚度10mm、直 徑14mm的冷鍛造部件。在表3所示的實(shí)施例中，將Φ25πιπι的鋼坯在表3所示的條件下進(jìn)行熱鍛造，制成 為厚度10mm、直徑35mm的熱鍛造部件。熱鍛造部件在鍛造后切削成齒輪形狀。圖5表示齒 輪上的1個齒51的形狀。示在本發(fā)明范圍以外<
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10在直徑的1/4的位置測定HV0. 3 O. 9N)來求出。熱鍛造后的硬度，通過在圖5的52所示的 位置測定HV0. 3來求出。熱軋制后的貝氏體的面積率，通過下述方式求出在鏡面研磨后，用硝酸乙醇腐蝕 溶液進(jìn)行腐蝕，用光學(xué)顯微鏡在500倍下觀察與測定了上述硬度的位置相當(dāng)?shù)膮^(qū)域的5個 視場，并拍攝照片，通過目視確定貝氏體部分，對其進(jìn)行圖像解析。軟氮化處理，是在體積分率為NH3 N2 CO = 50 45 5的混合氣體中在 5800C X 10小時(hr)的條件下進(jìn)行了氣體軟氮化處理。表層硬度為距表面為50 μ m的內(nèi)部的位置的HV0. 3。有效硬化層深度，是以JIS G 0557為參考，從表層到HV為550的位置的距離。另外，從有效硬化層部分制取薄膜試件，使用透射電鏡觀察了硬化層部分。其結(jié) 果，在硬化層部分中觀察到微細(xì)的Cr碳氮化物。進(jìn)而，使用X射線元素分析裝置來分析Cr碳氮化物的成分，調(diào)查了在Cr碳氮化物 中是否含有Mo、V的一種或者兩種。在本實(shí)施例中使用的X射線元素分析裝置的精度能夠 檢測出含有0.5%以上的元素。
權(quán)利要求
1.一種軟氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0. 01 0. 3%、Si 低于0. 1%、 Mn :0. 4 3%、Cr :0. 5 3%、A1 :0. 01 0. 3%，還含有 Mo :0. 2 1. 5%、V :0. 05 1. 0% 中的一種或者兩種，其余部分由1 和不可避免的雜質(zhì)組成；由具有面積率為50%以上的貝 氏體的組織構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟氮化用鋼，其特征在于，貝氏體的面積率(％)與Si、Cr和 Al的含量(質(zhì)量％ )滿足[貝氏體面積率]XCr/(l. 3Si+Al) > 350o
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軟氮化用鋼，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(質(zhì) 量％)滿足65 ^ 8.65 xVCx(l + 4ΛΜ ) χ (1 + 0.64^) χ (1 + 2.33CV) χ (1 + 3.14M )含 450。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有 Ti 0. 01 0. 3%, Nb :0. 01 0. 3%中的一方或者雙方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，含有0.0005 0.005% 的 B。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，Mn的含量為1.5 3質(zhì)量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6的任一項(xiàng)所述的軟氮化用鋼，其特征在于，含有Mo0. 2 1.5%、V :0. 5 1. 0%中的一種或者兩種。
8.一種軟氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0. 01 0.3%、Si 低于0.l%,Mn :0. 4 3%、Cr :0. 5 3%、A1 :0. 01 0. 3%，還含有Mo :0. 2 1. 5%,V :0. 05 1.0 %中的一種或者兩種，其余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成；由具有面積率為50 %以 上的貝氏體的組織構(gòu)成，在表面具有氮化層，有效硬化層深度為300μπι以上，并且，在鋼中 析出的Cr碳氮化物中含有Mo、V中的一種或者兩種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的軟氮化處理部件，其特征在于，貝氏體的面積率(％)與Si、 Cr和Al的含量(質(zhì)量％ )滿足[貝氏體面積率]XCr/(l. 3Si+Al) > 350o
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的軟氮化處理部件，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(質(zhì)量％)滿足65 ^ 8.65 χ Vc χ (1 + 4.1M ) χ (1 + 0.6450 χ (1 + 2.33Cr) χ (1 + 3.14M )含 450。
11.根據(jù)權(quán)利要求8 10的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì)量％計， 含有Ti 0. 01 0. 3%、Nb :0.01 0. 3%中的一方或者雙方。
12.根據(jù)權(quán)利要求8 11的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，含有0.0005 0. 005% 的 B。
13.根據(jù)權(quán)利要求8 12的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，Mn的含量為1.5 3質(zhì)量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求8 13的任一項(xiàng)所述的軟氮化處理部件，其特征在于，含有Mo 0. 2 1. 5%, V 0. 5 1. 0%中的一種或者兩種。
全文摘要
本發(fā)明為了改善疲勞強(qiáng)度而涉及可得到更深的有效硬化層的鋼材，該鋼材的特征在于，以質(zhì)量％計，含有C0.01～0.3％、Si低于0.1％、Mn0.4～3％、Cr0.5～3％、Al0.01～0.3％，還含有Mo0.2～1.5％、V0.05～1.0％中的一種或者兩種，其余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成；由具有50％以上的貝氏體的組織構(gòu)成。
文檔編號C23C8/50GK102089452SQ20098010708
公開日2011年6月8日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者久保田學(xué), 千田徹志, 平上大輔, 樽井敏三 申請人:新日本制鐵株式會社