软氮化用钢及部件及其制造方法技术

提供通过在软氮化处理前不硬化而确保耐疲劳性，从而确保软氮化处理前的机械加工性的软氮化用钢。具有下述成分组成、和贝氏体相的面积百分数大于50％的钢组织，所述成分组成以满足规定式的范围含有C：0.01％以上小于0.20％，Si：1.0％以下，Mn：1.5％以上3.0％以下，P：0.02％以下，S：0.06％以下，Cr：0.30％以上3.0％以下，Mo：0.005％以上0.40％以下，V：0.02％以上0.5％以下，Nb：0.003％以上0.20％以下，Al：0.010％以上2.0％以下，Ti：大于0.005％且小于0.025％，N：0.0200％以下，及Sb：0.0005％以上0.02％以下，且余部为Fe及不可避免的杂质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软氮化用钢及部件及其制造方法
本专利技术涉及软氮化用钢及由该软氮化用钢得到的部件，以及它们的制造方法。该部件尤其在热锻性、软氮化处理后的疲劳特性方面优异，适合用作汽车用途以及建设机械用的部件。
技术介绍
对汽车的齿轮等机械构造部件要求优异的疲劳特性，通常对其表面实施硬化处理。作为表面硬化处理，熟知的有渗碳处理、高频淬火处理以及氮化处理等。其中，对于渗碳处理而言，由于使C在高温的奥氏体区中侵入、扩散，因此能够得到深的硬化深度，对疲劳强度的提高是有效的。然而，由于通过渗碳处理会发生热处理变形，所以对于从安静性的观点考虑而要求精密尺寸精度的部件而言，渗碳处理的应用是困难的。另外，由于高频淬火处理是通过高频感应加热对表层部进行淬火的处理，因此仍会发生热处理变形，与渗碳处理同样，尺寸精度差。另一方面，由于氮化处理是在Ac1相变点以下的较低的温度区域使氮侵入·扩散而提高表面硬度的处理，所以不存在发生上述那样的热处理变形的可能性。然而，存在处理时间较长为50～100小时、而且在处理后需要除去表层的脆性化合物层这样的问题。因此，开发了于与氮化处理同程度的处理温度下缩短了处理时间的软氮化处理，近年来，以机械构造用部件等为对象得到了广泛普及。该软氮化处理是通过在500～600℃的温度区域使N和C同时侵入、扩散，从而使表面硬化，因此，与以往的氮化处理相比较，能够使处理时间成为一半以下。然而，在上述渗碳处理中，通过淬火硬化而能够使芯部硬度上升，与此相对，由于软氮化处理在钢的相变点以下的温度进行处理，因此，芯部硬度不会上升，与渗碳处理材料相比较，软氮化处理材料的疲劳强度差。为了提高如上所述的软氮化处理材料的疲劳强度，通常，在软氮化处理前进行淬火、回火处理，使芯部硬度上升，但得到的疲劳强度还难说是充分的，另外，制造成本上升，此外机械加工性也降低。为了解决这样的问题，在专利文献1中提出了一种软氮化用钢，所述软氮化用钢通过在钢中含有Ni、Al、Cr、Ti等，从而在软氮化处理后能够得到高弯曲疲劳强度。即，对于上述钢而言，通过软氮化处理，对于芯部，以Ni-Al、Ni-Ti系的金属间化合物或Cu化合物使其时效硬化，另一方面，对于表层部，通过在氮化层中使Cr、Al、Ti等氮化物或碳化物析出硬化，从而提高弯曲疲劳强度。另外，在专利文献2中提出了一种软氮化用钢，将含有0.5～2％的Cu的钢通过热锻而锻造延伸(extendforging)后，进行空冷，从而形成以固溶有Cu的铁素体为主体的组织，在580℃、120分钟的软氮化处理中使Cu析出硬化，进而通过并用Ti、V以及Nb碳氮化物的析出硬化，能够在软氮化处理后得到优异的弯曲疲劳特性。在专利文献3中，提出了使Ti-Mo碳化物以及在它们中进一步含有Nb、V、W的一种或二种以上的碳化物分散而得到的软氮化用钢。在专利文献4中，提出了如下的氮化用钢材：在含有V、Nb的钢中，通过使氮化前的组织为以贝氏体为主体的组织、抑制氮化前的阶段中的V、Nb碳氮化物的析出，从而在氮化时使这些碳氮化物析出，由此芯部硬度得以上升、疲劳强度优异。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平5-59488号公报专利文献2：日本特开2002-69572号公报专利文献3：日本特开2010-163671号公报专利文献4：日本特开2013-166997号公报专利文献5：日本专利第5567747号公报专利文献6：日本特开2011-32537号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，对于专利文献1中记载的软氮化用钢而言，虽然通过Ni-Al、Ni-Ti系的金属间化合物、Cu等的析出硬化而使弯曲疲劳强度提高，但难说充分地确保了加工性，由于大量地含有Ni，因此，存在生产成本变高的问题。对于专利文献2中记载的软氮化用钢而言，由于需要较大量地添加Cu、Ti、V、Nb，因此存在生产成本高这样的问题。另外，对于专利文献3中记载的软氮化用钢而言，由于较大量地含有Ti、Mo，因此，仍存在高成本这样的问题。对于专利文献4、5中记载的氮化用钢材而言，为了确保切削性，通过减少C而实现了贝氏体硬度上升的抑制。若减少C，则淬透性(Hardenability)降低，且贝氏体组织变得难以生成，因此，为了对此进行弥补，添加对于淬透性的提高是有效的Mn、Cr、Mo，从而实现了促进贝氏体组织的生成。然而，当利用连续铸造来制造轧制原料时，易于产生被称为连续铸造裂纹的铸片表面的缺陷，存在使制造性降低这样的问题。另外，对于专利文献6中记载的氮化用钢而言，存在易于在连续铸造时易于产生表面裂纹，制造性变差的问题。本专利技术能够有利地解决上述问题，其目的在于，提供下述软氮化用钢及其制造方法，所述软氮化用钢为通过在软氮化处理前不使之硬化而确保耐疲劳性，从而确保了软氮化处理前的机械加工性的软氮化用钢。另外，本专利技术的目的在于提供下述软氮化部件及其制造方法，所述软氮化部件通过机械加工后的软氮化处理而提高表面硬度，以此能够提高疲劳特性。用于解决问题的手段为解决上述问题，本申请的专利技术人等对钢的成分组成及组织的影响进行了深入研究。结果发现，通过使钢的成分组成适量地含有V及Nb，并且微量地添加Sb而使钢的成分组成优化，此外，作为钢组织，使贝氏体相以面积百分数计大于50％，由此，能得到优异的机械加工性，另外，在软氮化处理后，通过使包含V及Nb的微细的析出物在芯部分散析出从而使芯部硬度上升，由此能得到优异的疲劳特性。本专利技术是基于上述发现、进一步进行研究从而最终完成的。即，本专利技术的主要构成如下所述。1.一种软氮化用钢，所述软氮化用钢具有下述成分组成、和贝氏体相的面积百分数大于50％的钢组织，所述成分组成以质量％计以满足下述式的范围含有C：0.01％以上且小于0.20％，Si：1.0％以下，Mn：1.5％以上3.0％以下，P：0.02％以下，S：0.06％以下，Cr：0.30％以上3.0％以下，Mo：0.005％以上0.40％以下，V：0.02％以上0.5％以下，Nb：0.003％以上0.20％以下，Al：0.010％以上2.0％以下，Ti：大于0.005％且小于0.025％，N：0.0200％以下，及Sb：0.0005％以上0.02％以下，且余部为Fe及不可避免的杂质。当C：0.01％以上0.10％以下时，(S/32)/(Ti/48)+(N/14)/(Ti/48)≤13.0；当C：大于0.10％且小于0.20％时，2(S/32)/(Ti/48)+3(N/14)/(Ti/48)≤35.02.根据所述1中记载的软氮化用钢，其中，所述钢组成以质量％计进一步含有B：0.0100％以下，Cu：0.3％以下，及Ni：0.3％以下中的任意1种或2种以上。3.根据所述1或2中记载的软氮化用钢，其中，所述钢组成以质量％计进一步含有选自W：0.3％以下，Co：0.3％以下，Hf：0.2％以下，及Zr：0.2％以下中的1种或2种以上。4.根据所述1、2或3中记载的软氮化用钢，其中，所述钢组成以质量％计进一步含有选自Pb：0.2％以下，Bi：0.2％以下，Zn：0.2％以下，及Sn：0.2％以下中的1种或2种以上。5.一种部件，所述部件具有芯部和表层部，所述芯部具有所述1至4中任一项记载的成分组成及钢组织，所述表层部为较之该芯部的成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软氮化用钢，所述软氮化用钢具有下述成分组成、和贝氏体相的面积百分数大于50％的钢组织，所述成分组成以质量％计以满足下述式的范围含有C：0.01％以上且小于0.20％，Si：1.0％以下，Mn：1.5％以上3.0％以下，P：0.02％以下，S：0.06％以下，Cr：0.30％以上3.0％以下，Mo：0.005％以上0.40％以下，V：0.02％以上0.5％以下，Nb：0.003％以上0.20％以下，Al：0.010％以上2.0％以下，Ti：大于0.005％且小于0.025％，N：0.0200％以下，及Sb：0.0005％以上0.02％以下，且余部为Fe及不可避免的杂质，所述式为：当C：0.01％以上0.10％以下时，(S/32)/(Ti/48)+(N/14)/(Ti/48)≤13.0；当C：大于0.10％且小于0.20％时，2(S/32)/(Ti/48)+3(N/14)/(Ti/48)≤35.0。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 JP 2015-0614001.一种软氮化用钢，所述软氮化用钢具有下述成分组成、和贝氏体相的面积百分数大于50％的钢组织，所述成分组成以质量％计以满足下述式的范围含有C：0.01％以上且小于0.20％，Si：1.0％以下，Mn：1.5％以上3.0％以下，P：0.02％以下，S：0.06％以下，Cr：0.30％以上3.0％以下，Mo：0.005％以上0.40％以下，V：0.02％以上0.5％以下，Nb：0.003％以上0.20％以下，Al：0.010％以上2.0％以下，Ti：大于0.005％且小于0.025％，N：0.0200％以下，及Sb：0.0005％以上0.02％以下，且余部为Fe及不可避免的杂质，所述式为：当C：0.01％以上0.10％以下时，(S/32)/(Ti/48)+(N/14)/(Ti/48)≤13.0；当C：大于0.10％且小于0.20％时，2(S/32)/(Ti/48)+3(N/14)/(Ti/48)≤35.0。2.根据权利要求1所述的软氮化用钢，其中，所述钢组成以质量％计进一步含有B：0.0100％以下，Cu：0.3％以下，及Ni：0.3％以下中的任意1种或2种以上。3.根据权利要求1或2所述的软氮化用钢，其中，所述钢组成以质量％计进一步含有选自W：0.3％以下，Co：0.3％以下，Hf：0.2％以下，及Zr：0.2％以下中的1种或2种以上。4.根据权利要求1、2或3所述的软氮化用钢，其中，所述钢组成以质量％计进一步含有选自Pb：0.2％以下，Bi：0.2％以下，Zn：0.2％以下，及Sn：0.2％以下中的1种或2种以上。5.一种部件，所述部件具有芯部和表层部，所述芯部具有权利要求1至4中任一项所述的成分组成及钢组织，所述表层部为较之该芯部的成分组成而言氮及碳的含量高的成分组成。6.根据权利要求5所述的部件，其中，在所述贝氏体相中分散有包含V及Nb的析...

【专利技术属性】
技术研发人员：笠井正之，岩本隆，冨田邦和，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP