碳氮共渗轴承部件制造技术

本发明专利技术提供淬透性、韧性高，耐磨耗性及表面起点剥离寿命优异的碳氮共渗轴承部件。本实施方式的碳氮共渗轴承部件以质量％计含有C：0.15～0.45％、Si：0.50％以下、Mn：0.40～1.50％、P：0.015％以下、S：0.005％以下、Cr：0.30～2.0％、Mo：0.10～0.35％、V：0.20～0.40％、Al：0.005～0.10％、N：0.030％以下、O：0.0015％以下，余量为Fe及杂质，且满足式(1)及式(2)。表面的C浓度为0.7～1.2％、N浓度为0.15～0.6％、洛氏硬度HRC为58～65。1.20<0.4Cr+0.4Mo+4.5V<2.60···(1)2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+Mo+V>2.20···(2)。

Carbonitriding bearing

The present invention provides a carbon nitrocarburizing bearing with excellent hardenability, high toughness, wear resistance and excellent surface peeling off life. The carbon and nitrogen coinfiltration bearing parts with quality% containing C:0.15 ~ 0.45%, Si:0.50%, Mn:0.40, P:0.015%, S:0.005% ~ 1.50%, Cr:0.30 ~ 2%, below Mo:0.10 ~ 0.35%, V:0.20 ~ 0.40%, Al:0.005 ~ 0.10%, N:0.030%, O:0.0015%, Fe and residual impurities, and satisfy (1) and (2). The surface C concentration was 0.7 to 1.2%, the N concentration was from 0.15 to 0.6%, and the Rockwell hardness of HRC was from 58 to 65. 1.20< 0.4Cr+0.4Mo+4.5V< 2.60 (.) 2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+Mo+V> (); (2.20) (()).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及轴承部件，进一步详细而言涉及实施了碳氮共渗淬火及回火的碳氮共渗轴承部件。
技术介绍
作为中型、大型的轴承部件用的钢材，有JISG4805(2008)中规定的SUJ3、SUJ5为代表的轴承钢、JISG4053(2008)中规定的SNCM815为代表的SNCM系的表面硬化钢(casehardeningsteel)。使用了这些钢的轴承部件的制造工序的一个例子如下所示。对钢材进行热加工(例如热锻)、及切削加工，制作特定形状的中间品。对中间品实施热处理，调节成特定的硬度及显微组织。热处理在轴承钢的情况下为淬火回火、在表面硬化钢的情况下为渗碳处理(渗碳淬火及回火)。通过以上的工序制造轴承部件。就轴承部件而言，有时要求优异的耐磨耗性及表面起点剥离寿命。此时，作为轴承部件的制造工序中的上述热处理，实施碳氮共渗处理(碳氮共渗淬火及回火)代替渗碳处理。碳氮共渗处理提高钢材的表层的碳浓度及氮浓度使钢材表层变硬。关于轴承部件或轴承用钢材的技术，例如提出了日本特开平8-49057号公报(专利文献1)、日本特开2008-280583号公报(专利文献2)、日本特开平11-12684号公报(专利文献3)、及日本特开平6-287712号公报(专利文献4)。专利文献1中，对含有大量V的钢材实施渗碳处理或碳氮共渗处理、向表层析出V碳化物。记载了通过该V碳化物，滚动轴承具有优异的耐磨耗特性。但是，专利文献1的钢材中的V含量高达0.8～2.0％。因此，实施碳氮共渗处理的情况下，生成粗大的V碳化物及V碳氮化物，有时轴承部件的韧性大幅降低。专利文献2公开的轴承用表面硬化钢中，着眼于相对于轴承寿命的氢致脆化，使V系碳化物微细分散、捕氢位点的效果高。记载了由此提高面疲劳强度。但是，专利文献2提出的技术中，韧性有时根据钢材中包含的S量、P量而降低。专利文献3公开的冷锻用表面硬化钢中，以低成本化作为目的，调节钢的成分及显微组织，实现球状化退火处理的迅速化。但是，使用专利文献3提出的钢材制造轴承的情况下，有时淬透性及韧性低。专利文献4公开的钢部件通过实施碳氮共渗淬火，表层包含大量的残留奥氏体。记载了由此提高表面起点剥离寿命。但是，专利文献4的钢材含有0.5％以上昂贵的Ni。因此，适用于中型及大型的轴承部件的情况下，制造成本变高。近年，冲击环境下、润滑不良环境下、及高面压条件下的轴承部件的长寿命化的要求变高，期望韧性、耐磨耗性、及表面起点剥离寿命优异的技术的确立。以往，为了提高韧性及表面起点剥离寿命，采用如下方法：对于JISG4053(2008)的SCM、SNCM为代表的表面硬化钢或者使Si、Mn、Mo、V等合金元素恰当化的表面硬化钢进行渗碳、碳氮共渗，使残留奥氏体增加。但是，残留奥氏体为软质的组织，因此残留奥氏体量增加时，耐磨耗性降低。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平8-49057号公报专利文献2：日本特开2008-280583号公报专利文献3：日本特开平11-12684号公报专利文献4：日本特开平6-287712号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供即使不含有Ni，也韧性高、耐磨耗性及表面起点剥离寿命优异的碳氮共渗轴承部件。本实施方式的碳氮共渗轴承部件具有如下的化学组成：以质量％计，含有C：0.15～0.45％、Si：0.50％以下、Mn：0.40～1.50％、P：0.015％以下、S：0.005％以下、Cr：0.30～2.0％、Mo：0.10～0.35％、V：0.20～0.40％、Al：0.005～0.10％、N：0.030％以下、O：0.0015％以下、B：0～0.0050％、Nb：0～0.10％、及Ti：0～0.10％，余量为Fe及杂质，且满足式(1)及式(2)。表面的C浓度为0.7～1.2％、N浓度为0.15～0.6％、表面的洛氏硬度HRC为58～65。1.20<0.4Cr+0.4Mo+4.5V<2.60…(1)2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+Mo+V>2.20…(2)本实施方式的碳氮共渗轴承部件的韧性、耐磨耗性及表面起点剥离寿命优异。附图说明图1为示出实施例1中的对于淬透性评价试验、及韧性评价试验用的试验片的淬火及回火的温度记录图的图。图2为辊点蚀(rollerpitting)试验中使用的小辊试验片的中间品的侧面图及横截面图。图3为由图2的中间品制造的小辊试验片的侧面图及横截面图。图4为示出实施例2中使用的碳氮共渗淬火及回火的温度记录图的图。图5为示出与图4不同的碳氮共渗淬火及回火的温度记录图的图。具体实施方式本专利技术人等针对钢的成分、尤其是C、Si、Cr、Mo、V对碳氮共渗轴承部件的耐磨耗性、表面起点剥离寿命、淬透性、韧性造成的影响进行调查及研究。其结果，本专利技术人等得到以下见解。[针对耐磨耗性及表面起点剥离寿命]为了对于钢材实施碳氮共渗淬火、回火等的表面硬化处理而提高钢材的耐磨耗性，在钢材的表层使V碳化物及V碳氮化物等的微细的V析出物分散是有效的。但是，耐磨耗性进而也受到表面硬化处理后的钢材的表面硬度、及钢材中的残留奥氏体量的影响。因此，为了提高耐磨耗性，使V系析出物微细分散，并且调节对表面硬度及残留奥氏体量造成影响的V量、Cr量及Mo量是有效的。V生成碳化物及碳氮化物(以下，称为碳氮化物等)。因此，提高V含量时，碳氮共渗轴承部件的耐磨耗性提高。但是，V含量过高时，钢材的热延性降低，热加工时(热轧时及热锻时)变得容易发生开裂。进而，钢材中存在粗大的碳氮化物等的情况下，碳氮共渗处理后的轴承部件的芯部的韧性降低。进而，轴承部件内残留粗大的碳氮化物等时，这些粗大析出物变为应力集中源。此时，这些粗大析出物变为疲劳起点、表面起点剥离寿命降低。抑制V含量并且调节V含量、Cr含量及Mo含量的平衡，由此上述粗大的碳氮化物等的生成被抑制。以下，针对该点详细叙述。为了使碳化物及碳氮化物之类的析出物微细分散，使析出物的核(析出核)的生成位点增加是有效的。将V、Cr及Mo复合含有时，析出核生成位点增加、大量的碳氮化物等析出。但是，这些碳氮化物等在热轧及热锻前的加热工序中残留而不固溶时，碳氮共渗处理中残留的碳氮化物等粗大化。此时，表面起点剥离寿命降低。因此，热轧及热锻前的加热工序中，使碳氮化物等充分地固溶。对于使碳氮化物等固溶，升高加热温度即可。但是，提高加热温度时，显微组织(结晶粒)粗大化、钢材的韧性降低。另外，由于设备上的限制，加热温度的上限被限制。因此，为了能够抑制韧性的降低并且将碳氮化物等充分固溶，调节V量、Cr量及Mo量是有效的。以上的考察作为前提进行调查研究的结果，本专利技术人等发现若轴承部件(碳氮共渗轴承部件)的化学组成满足以下式(1)，则能够抑制表面起点剥离寿命的降低及韧性的降低并且提高耐磨耗性。1.20<0.4Cr+0.4Mo+4.5V<2.60…(1)此处，式(1)中的各元素代入对应元素的含量(质量％)。定义为fn1＝0.4Cr+0.4Mo+4.5V。fn1为1.20以下时，析出核生成位点不足。此时，微细的碳氮化物等的析出变得不充分，耐磨耗性降低。另一方面，fn1为2.60以上的情况下，耐磨耗性虽然提高，但未固溶的粗大碳氮化物等残留。因此，表面起点剥离寿命及韧性降低。[针对淬透性]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳氮共渗轴承部件，其具有如下的化学组成：以质量％计，含有C：0.15～0.45％、Si：0.50％以下、Mn：0.40～1.50％、P：0.015％以下、S：0.005％以下、Cr：0.30～2.0％、Mo：0.10～0.35％、V：0.20～0.40％、Al：0.005～0.10％、N：0.030％以下、O：0.0015％以下、B：0～0.0050％、Nb：0～0.10％、及Ti：0～0.10％，余量为Fe及杂质，且满足式(1)及式(2)；表面的C浓度为0.7～1.2％、N浓度为0.15～0.6％，表面的洛氏硬度HRC为58～65，1.20<0.4Cr+0.4Mo+4.5V<2.60···(1)2.7C+0.4Si+Mn+0.8Cr+Mo+V>2.20···(2)此处，式(1)及式(2)中的各元素符号代入对应元素的含量，单位为质量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.29 JP 2014-1539441.一种碳氮共渗轴承部件，其具有如下的化学组成：以质量％计，含有C：0.15～0.45％、Si：0.50％以下、Mn：0.40～1.50％、P：0.015％以下、S：0.005％以下、Cr：0.30～2.0％、Mo：0.10～0.35％、V：0.20～0.40％、Al：0.005～0.10％、N：0.030％以下、O：0.0015％以下、B：0～0.0050％、Nb：0～0.10％、及Ti：0～0.10％...

【专利技术属性】
技术研发人员：根石豊，铃木崇久，小山达也，山崎真吾，金谷康平，佐田隆，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，株式会社捷太格特，
类型：发明
国别省市：日本;JP