碳氮共渗用钢材和碳氮共渗零件制造技术

提供在通过碳氮共渗处理抑制点蚀损伤的发生的基础上，还抑制剥落损伤的发生，由此改善了接触疲劳寿命的碳氮共渗零件，和作为制造该碳氮共渗零件的原材的碳氮共渗用钢材，以及该碳氮共渗零件的制造方法。一种碳氮共渗用钢材，其中，以质量％计，含有C：0.15～0.3％、Si：0.5～1.5％、Mn：0.2～0.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、Cr：0.2～0.8％、Mo：0.25～1％、Al：0.01～0.08％、Ti：0.01～0.1％、B：0.0005～0.005％、和N：高于0％并在0.01％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。

Steel and carbon nitrogen co permeable parts for carbonitriding

On the basis of the inhibition of pitting damage by carbonitriding treatment, it also inhibits the occurrence of exfoliation damage, thereby improving the carbonitriding parts of the contact fatigue life, as well as the carbon and nitrogen co permeation steel used as the raw material for making the carbon nitrogen co permeable parts, and the manufacturing method of the carbon nitrogen co permeable parts. A steel for carbonitriding, with mass%, containing C:0.15 to 0.3%, Si:0.5 to 1.5%, Mn:0.2 to 0.5%, P: higher than 0% and below 0.03%, S: higher than 0% and below 0.03%, Cr:0.2 to 0.8%, Mo:0.25 to 1%, Al:0.01 to 0.08%, Ti:0.01 to 0.1%, B:0.0005 ~ 0.005% And N: above 0% and below 0.01%, the allowance is made up of iron and unavoidable impurities.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳氮共渗用钢材和碳氮共渗零件
本专利技术涉及碳氮共渗用钢材、和使用了该钢材的碳氮共渗零件。本专利技术的碳氮共渗零件，例如，适用于齿轮、轴等的等速万向节零件，轴承、无极变速器(ContinuouslyVariableTransmission；CVT)滑轮等的动力传动零件。
技术介绍
在动力传动零件中，一般要求对于接触疲劳损伤的耐久寿命(以下，称为接触疲劳寿命)。所谓接触疲劳损伤，是在零件之间的滑动面发生的龟裂进展而直至剥离的损伤(点蚀损伤)和在零件表层发生的龟裂进展而直至剥离的损伤(剥落损伤)的总称。近年来，动力源的高输出功率化和动力传动单元的小型化推进，随之而来的是负荷到各零件上的载荷增大。另外，由于汽车的混合动力化或电动化，致使齿轮之间的滑动速度增大。另外，为了使传动效率提高，指向的是使工作油低粘度化。由此可见，滑动环境变得越发严酷，期望点蚀寿命优异的钢材。为了防止点蚀损伤的发生，考虑使零件表面硬化，作为表面硬化处理，已知有渗碳处理(例如，专利文献1)。但是，使用渗碳零件的滑动环境若变得严酷，则由于滑动时的摩擦热导致马氏体恢复，零件表面软化，因此点蚀发生。因此，为了改善严酷的滑动环境下的点蚀寿命，需要使软化阻抗提高。作为提高软化阻抗的方法，已知有碳氮共渗处理。碳氮共渗处理是在加热保持于A3点的温度以上的状态下，通过使碳和氮在零件表面扩散后，再进行急冷，从而使零件表面硬质化的处理。在零件表层形成碳氮化物，在该碳氮化物作用下，软化阻抗提高。其结果是，点蚀寿命得到改善，接触疲劳寿命提高。【现有技术文献】【专利文献】【专利文献1】日本特开2010－53429号公报【专利文献2】日本特开2015－127434号公报【专利文献3】日本特开2006－097066号公报【专利文献4】日本特开2006－307270号公报【专利文献5】日本特开2005－163148号公报通过进行碳氮共渗处理，零件的点蚀寿命提高，但在严酷的滑动环境下，因为经受高负荷，所以内部剪切应力变大，剥落损伤发生，接触疲劳寿命降低。用于碳氮共渗处理的表面硬化钢被专利文献2～5所公开。但是，专利文献2～5所公开的表面硬化钢，并不是以通过碳氮共渗处理而使零件的点蚀寿命提高为目的，对于剥落损伤也完全没有予以考虑。
技术实现思路
本专利技术着眼于上述这样的情况而做，其目的在于，提供一种通过碳氮共渗处理而抑制点蚀损伤的发生，并在此基础上还抑制剥落损伤的发生，从而改善了接触疲劳寿命的碳氮共渗零件，和制造该碳氮共渗零件的作为原材的碳氮共渗用钢材，以及该碳氮共渗零件的制造方法。能够解决上述课题的本专利技术的所谓碳氮共渗用钢材，在以下方面具有要旨：以质量％计含有C：0.15～0.3％、Si：0.5～1.5％、Mn：0.2～0.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、Cr：0.2～0.8％、Mo：0.25～1％、Al：0.01～0.08％、Ti：0.01～0.1％、B：0.0005～0.005％、和N：高于0％并在0.01％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。上述碳氮共渗用钢材中，此外，作为其他的元素，以质量％计也可以含有如下等元素：(a)从Nb：高于0％并在0.1％以下、V：高于0％并在0.5％以下、和Hf：高于0％并在0.1％以下之中选择的至少一种；(b)从Cu：高于0％并在1％以下、和Ni：高于0％并在2％以下中选择的至少一种；(c)从Ca：高于0％并在0.005％以下、Mg：高于0％并在0.005％以下、Zr：高于0％并在0.005％以下、Te：高于0％并在0.10％以下、和REM：高于0％并在0.02％以下中选择的至少一种；(d)从Pb：高于0％并在0.10％以下、Bi：高于0％并在0.10％以下、和Sb：高于0％并在0.1％以下中选择的至少一种。在本专利技术中，也包括使用了上述碳氮共渗用钢材的碳氮共渗零件，该碳氮共渗零件具有的要旨在于，距零件表面的深度为25～50μm的区域的碳氮化物的合计面积率为0％以上且5％以下。上述碳氮共渗零件，能够通过对于满足上述成分组成的碳氮共渗用钢材，实施碳氮共渗处理而制造。根据本专利技术，在成分组成之中，特别着眼于Mn、Cr和Al量并加以控制，因此能够在碳氮共渗处理时抑制碳氮化物在零件表层生成。其结果是，能够提供不仅能够抑制点蚀损伤，而且也能够抑制剥落损伤的发生的碳氮共渗用钢材。使用了这种钢材的碳氮共渗零件，其接触疲劳寿命优异。附图说明图1是表示试验片的形状的示意图。图2A是用于说明试验片的切断方向的示意图。图2B是用于说明观察试验片的切断面的步骤的示意图。图3是拍摄试验片的切断面的附图代用照片。图4是表示通过能量色散型X射线光谱法，测量图3中箭头所示位置的析出物的成分组成的结果的光谱。图5是表示测量接触疲劳寿命时的情况的示意图。具体实施方式专利技术者针对碳氮共渗零件，为了通过抑制剥落的发生而进一步改善接触疲劳寿命，而反复锐意研究。其结果发现，在碳氮共渗处理时形成于零件表层的碳氮化物成为剥落损伤的原因，作为制造碳氮共渗零件的原材所用的碳氮共渗用钢材的成分组成之中，特别是如果恰当调整Mn、Cr和Al量，则能够抑制碳氮共渗处理时生成碳氮化物，因此能够在碳氮共渗零件的内部抑制剥落发生，能够改善接触疲劳寿命，从而完成了本专利技术的碳氮共渗用钢材和碳氮共渗零件。即，通过实施碳氮共渗处理而在零件表层有C和N扩散。而后，经过碳氮共渗处理的零件，在滑动时的摩擦热的作用下，在零件表层固溶的N作为Fe4N微细析出，因此软化阻抗提高，点蚀寿命提高。另一方面，在零件表层扩散的C和N，与钢中的合金元素结合而形成硬质的碳氮化物。而后，在严酷的滑动环境下，若受到高负荷，则有剥落发生，对其原因调查时判明，这是由于碳氮化物引起的。碳氮化物的杨氏模量，若与作为母材的钢相比，则非常地高，因此若以碳氮化物分散的区域作为析出物层，则析出物层的杨氏模量伴随碳氮化物的生成量而增大。因此，在析出有碳氮化物的析出物层，与没有析出碳氮化物的非析出物层(即，母材)的界面杨氏模量产生差异。因此，若在严酷的滑动环境下受到高负荷，则由于杨氏模量的差异引起的剪切应力发生，作为结果，可知在层的界面有内部龟裂发生。该龟裂进展，直至剥落损伤。从这样的观点出发，为了使在经受高负荷的严酷的滑动环境下的接触疲劳寿命提高，在本专利技术的实施方式中，重要的是抑制碳氮共渗处理时在零件表层扩散的C和N成为碳氮化物，使之作为固溶C和固溶N存在。而且了解到，碳氮化物的生成量在合金元素之中，特别会受到Mn、Cr和Al量的影响，于是设计了钢材的成分组成。以下，对于本专利技术的实施方式的碳氮共渗用钢材的成分组成进行说明。本专利技术的实施方式的钢材，作为基本成分，含有C：0.15～0.3％、Si：0.5～1.5％、Mn：0.2～0.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、Cr：0.2～0.8％、Mo：0.25～1％、Al：0.01～0.08％、Ti：0.01～0.1％、B：0.0005～0.005％、和N：高于0％并在0.01％以下。C是用于确保碳氮共渗零件的芯部硬度所需要的元素，若C量低于0.15％，则不能确保芯部硬度，接触疲劳寿命降低。因此在本专利技术的实施方式中，C量为0.15％以上。C量优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳氮共渗用钢材，其特征在于，以质量％计，含有C：0.15～0.3％、Si：0.5～1.5％、Mn：0.2～0.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、Cr：0.2～0.8％、Mo：0.25～1％、Al：0.01～0.08％、Ti：0.01～0.1％、B：0.0005～0.005％、和N：高于0％并在0.01％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.13 JP 2016-0045671.一种碳氮共渗用钢材，其特征在于，以质量％计，含有C：0.15～0.3％、Si：0.5～1.5％、Mn：0.2～0.5％、P：高于0％并在0.03％以下、S：高于0％并在0.03％以下、Cr：0.2～0.8％、Mo：0.25～1％、Al：0.01～0.08％、Ti：0.01～0.1％、B：0.0005～0.005％、和N：高于0％并在0.01％以下，余量由铁和不可避免的杂质构成。2.根据权利要求1所述的碳氮共渗用钢材，其中，作为其他的元素，以质量％计还含有从Nb：高于0％并在0.1％以下，V：高于0％并在0.5％以下，和Hf：高于0％并在0.1％以下中选择的至少一种。3.根据权利要求1所述的碳氮共渗用钢材，其中，作为其他的元素，以质量％计还含有从Cu：高于0％并在1％以下、和Ni：高于...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒道武浩，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：日本,JP