时效硬化性钢和使用了时效硬化性钢的部件的制造方法技术

提供时效处理前的切削性优异、时效处理后的疲劳特性、韧性和低循环疲劳特性优异的时效硬化性钢。一种时效硬化性钢，其特征在于，化学组成为：含有规定量的C、Si、Mn、S、Cr、Al、V、Nb、Ca和REM，并将P、Ti和N的含量限制在规定量以下，余量包含Fe和杂质，贝氏体组织的面积率为70％以上，而且，由C+0.3×Mn+0.25×Cr表示的F1为0.68以上，由C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V表示的F2为0.85以下，由‑4.5×C+Mn+Cr‑3.5×V表示的F3为0.00以上，并且，由10×Ca+REM表示的F4为0.012～0.08。再者，表示F1～F4的式子中的元素符号意指该元素的以质量％计的含量。

Method of manufacturing age hardened steel and components with age hardened steel

The age hardening steel with excellent machinability, aging treatment fatigue characteristics, toughness and low cycle fatigue characteristics before aging treatment is provided. A hardening of steel, which is characterized in that: the chemical composition containing a prescribed amount of C, Si, Mn, S, Cr, Al, V, Nb, Ca and REM, and the content of P, Ti and N in the amount of the allowance limit provisions, including Fe and impurity, bainite the area ratio is above 70%, and denoted by C+0.3 * Mn+0.25 * Cr F1 for more than 0.68, denoted by C+0.1 * Si+0.2 * Mn+0.15 * Cr+0.35 * V F2 is below 0.85, by 4.5 * C+Mn+Cr 3.5 * V said F3 is above 0, and by 10 * Ca+REM F4 said from 0.012 to 0.08. Furthermore, said F1 ~ F4 symbol means the formula of the elements in terms of mass%. The content of.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】时效硬化性钢和使用了时效硬化性钢的部件的制造方法
本专利技术涉及时效硬化性钢，特别是涉及通过切削加工等加工成规定的形状之后，实施时效硬化处理(以下简称为“时效处理”)的时效硬化性钢。另外，本专利技术涉及使用了这样的时效硬化性钢的部件的制造方法。
技术介绍
从发动机的高输出化、以提高燃油经济性为目标的轻量化等观点出发，对汽车、产业机械、建筑机械等的机械部件要求高的疲劳强度。关于使钢具备高的疲劳强度这一课题，通过合金元素的添加、热处理等提高钢的硬度，由此能够容易地实现。但是，在采用首先通过热锻来成形、然后通过切削加工来精加工成规定的产品形状的方法制造机械部件的情况下，也要求充分的切削性。即，在机械部件的成形阶段，对钢要求切削性，在最终产品的阶段，对钢要求疲劳强度。对于这样的要求，曾提出了一种时效硬化性钢，其中，在成形阶段能够将硬度抑制为较低，然后实施时效处理，在最终的产品阶段能够提高硬度(例如参照国际公开第2010/090238号(专利文献1)，日本特开2012-246527号公报(专利文献2)，日本特开2011-241441号公报(专利文献3)，日本特开2012-193416号公报(专利文献4)、和日本专利第5343923号公报(专利文献5))。专利文献1和2公开了一种制造方法，其中，通过控制热锻成形后的冷却速度，抑制贝氏体以外的组织的生成，抑制冷却中的VC的析出量，确保固溶V量，由此能够得到充分的时效硬化能力。但是，专利文献1和2记载的制造方法，在热锻后的冷却工序时需要对每个特定的温度区域控制冷却速度，存在设备、装置等的制约，此外也有时在实际的生产线上不能够进行急冷，因此难以稳定地制造时效硬化钢。于是，在专利文献3～5中，曾提出了在热锻后的冷却工序中不需要设定为严格的条件，能够进行由空冷以及送风实现的冷却来制造的机械部件的材料用的时效硬化性钢。
技术实现思路
如上所述，对于作为机械部件的材料使用的钢，要求在机械部件的制造阶段其切削性优异，并且在机械部件完成后其疲劳强度优异。在采用包括时效处理的制造方法制造机械部件的情况下，上述要求能够通过使用具备在时效处理前硬度低、在时效处理后硬度提高的特性的钢来达到。为了得到生产率和疲劳强度都优异的机械部件，优选时效处理前的硬度与时效处理后的硬度之差大(即，时效硬化能力高)。但是，现有技术中的用于得到时效硬化性钢的制造方法，需要包括对钢进行急冷的工序。该急冷工序会使时效硬化性钢的制造成本增大。另外，已知通过时效处理使钢中分散微细的析出物从而提高了强度的钢的韧性大大劣化。在钢的韧性劣化了的情况下，钢的缺口敏感性提高，因此在由于一些原因钢产生了表面缺陷时，钢的低循环疲劳强度降低。低循环疲劳强度是对设想会负载超过弹性区域的应力的钢要求的特性。专利文献3～5所公开的时效硬化性钢的制造方法，不需要增大热锻后的冷却速度，具有抑制制造成本增大的效果，但难以得到在时效处理后韧性足够的钢。本专利技术是鉴于这样的实际情况而完成的，其课题是提供对于制造条件不特别限定，时效处理前的切削性优异，通过时效处理硬化能够使疲劳强度稳定地提高，并且能够抑制由时效处理导致的韧性降低的时效硬化性钢。为了确保时效处理后的充分的硬度、疲劳强度和低循环疲劳强度，需要根据析出物的种类适当控制通过时效处理而析出的碳化物和碳氮化物等化合物的生成量。在此，本专利技术人着眼于以下说明的事项。V在以一般的温度进行的热锻中固溶存在于钢中。原因是由于V碳化物或V碳氮化物的生成开始温度(析出温度)低。另一方面，V的在时效处理中的析出物(V碳化物或V碳氮化物)的生成能力强，因此是对时效处理硬化有效的元素。但是，如果N含量多，则在热锻后且时效处理前的冷却时会生成V氮化物，从而在时效处理前硬度提升，损害切削性。本专利技术人基于这些见解，尝试了时效处理后的V碳化物或V碳氮化物的生成的促进、和时效处理前的V氮化物的生成的抑制。另外，Ti与N、C结合，形成粗大的Ti碳氮化物，即使含量为0.005％程度的微量，也会使韧性大大劣化。于是，本专利技术人基于这些见解，尝试了减少钢的Ti含量。另外，Nb在热锻时的加热、加工过程中作为碳化物或碳氮化物而在钢中析出，具有通过钉扎效应使奥氏体晶体粒径微细化、在其后的贝氏体相变中使贝氏体组织微细化的效果。而且，钢中的一部分Nb在热锻时不作为碳化物或碳氮化物析出，而是作为固溶Nb存在。该固溶Nb通过在热锻后的时效处理时作为Nb碳化物或Nb碳氮化物析出，不会招致韧性降低而提高硬度，由此具有实现低循环疲劳强度以及疲劳强度的提高的效果。本专利技术人基于这些见解，尝试了利用Nb来抑制由时效处理导致的韧性降低。而且，为了使疲劳强度稳定地提高，并且使时效处理后的韧性也稳定而不降低，不仅需要适当控制通过时效处理而析出的碳化物和碳氮化物等析出物的种类和生成量，还需要适当控制存在于钢中的夹杂物的形态。于是，本专利技术人着眼于以下说明的事项。REM是具有通过形成硫化物系夹杂物或氧化物系夹杂物，使夹杂物微细分散并且使夹杂物形态成为球状的效果的元素。但是，如果REM含量过多，则会使热轧或热锻时的钢材的热延展性降低。本专利技术人基于该见解，谋求REM含量的合适化，探索并确定了通过时效处理硬化能够使疲劳强度稳定地提高，并且在时效处理后使韧性稳定而不降低的条件。本专利技术是基于这样的见解而完成的，其要旨如下。[1]一种时效硬化性钢，其特征在于，化学组成为：以质量％计，含有C：0.05～0.20％、Si：0.01～0.50％、Mn：1.50～2.50％、S：0.005～0.080％、Cr：0.03～1.60％、Al：0.005～0.050％、V：0.25～0.50％、Nb：0.010～0.100％、Ca：0.0005～0.0050％、REM：0.001～0.05％，并且，P被限制为0.030％以下，Ti被限制为小于0.005％，N被限制为小于0.0080％，余量包含Fe和杂质，贝氏体组织的面积率为70％以上，而且，下述的由式(1)表示的F1为0.68以上，由式(2)表示的F2为0.85以下，由式(3)表示的F3为0.00以上，并且，由式(4)表示的F4为0.012～0.08，F1＝C+0.3×Mn+0.25×Cr···(1)F2＝C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V···(2)F3＝-4.5×C+Mn+Cr-3.5×V···(3)F4＝10×Ca+REM···(4)上述的式(1)～(4)中的元素符号意指该元素的以质量％计的含量。[2]一种时效硬化性钢，其特征在于，化学组成为：以质量％计，含有C：0.05～0.20％、Si：0.01～0.50％、Mn：1.50～2.50％、S：0.005～0.080％、Cr：0.03～1.60％、Al：0.005～0.050％、V：0.25～0.50％、Nb：0.010～0.100％、Ca：0.0005～0.0050％、REM：0.001～0.05％，而且，满足下述的〈a〉～〈c〉所示的组成条件中的任一个以上，〈a〉Mo：0.01～1.0％，〈b〉Cu：0.01～0.30％和Ni：0.01％～0.30％中的一方或两方，〈c〉Bi：0.01～0.400％，并且，P被限制为0.030％以下，Ti被限制为小于0.005％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时效硬化性钢，其特征在于，化学组成为：以质量％计，含有C：0.05～0.20％、Si：0.01～0.50％、Mn：1.50～2.50％、S：0.005～0.080％、Cr：0.03～1.60％、Al：0.005～0.050％、V：0.25～0.50％、Nb：0.010～0.100％、Ca：0.0005～0.0050％、REM：0.001～0.05％，并且，P被限制为0.030％以下，Ti被限制为小于0.005％，N被限制为小于0.0080％，余量包含Fe和杂质，贝氏体组织的面积率为70％以上，而且，下述的由式(1)表示的F1为0.68以上，由式(2)表示的F2为0.85以下，由式(3)表示的F3为0.00以上，并且，由式(4)表示的F4为0.012～0.08，F1＝C+0.3×Mn+0.25×Cr···(1)F2＝C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V···(2)F3＝‑4.5×C+Mn+Cr‑3.5×V···(3)F4＝10×Ca+REM···(4)所述的式(1)～(4)中的元素符号意指该元素的以质量％计的含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.31 JP 2015-0708391.一种时效硬化性钢，其特征在于，化学组成为：以质量％计，含有C：0.05～0.20％、Si：0.01～0.50％、Mn：1.50～2.50％、S：0.005～0.080％、Cr：0.03～1.60％、Al：0.005～0.050％、V：0.25～0.50％、Nb：0.010～0.100％、Ca：0.0005～0.0050％、REM：0.001～0.05％，并且，P被限制为0.030％以下，Ti被限制为小于0.005％，N被限制为小于0.0080％，余量包含Fe和杂质，贝氏体组织的面积率为70％以上，而且，下述的由式(1)表示的F1为0.68以上，由式(2)表示的F2为0.85以下，由式(3)表示的F3为0.00以上，并且，由式(4)表示的F4为0.012～0.08，F1＝C+0.3×Mn+0.25×Cr···(1)F2＝C+0.1×Si+0.2×Mn+0.15×Cr+0.35×V···(2)F3＝-4.5×C+Mn+Cr-3.5×V···(3)F4＝10×Ca+REM···(4)所述的式(1)～(4)中的元素符号意指该元素的以质量％计的含量。2.一种时效硬化性钢，其特征在于，化学组成为：以质量％计，含有C：0.05～0.20％、Si：0.01～0.50％、Mn：1.50～2.50％、S：0.005～0.080％、Cr：0.03～1.60％、Al：0.005～0.050％、V：0.25～0.50％、Nb：0.010～0.100％、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：根石丰，祐谷将人，长谷川达也，高须贺干，东田真志，松本齐，牧野泰三，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP