非调质钢软氮化处理零件制造技术

本发明专利技术提供一种即使在省略了调质处理状态下实施软氮化处理时，仍具有高疲劳强度和优异的弯曲矫正性的非调质钢软氮化处理零件，其是将具有如下特征的非调质钢构成的机械零件进行软氮化处理，该非调质钢以质量％计含有Ｃ：０．３０～０．４５％、Ｓｉ：０．１～０．５％、Ｍｎ：０．６～１．０％、Ｔｉ：０．００５～０．１％及Ｎ：０．０１５～０．０３０％，余量由Ｆｅ及杂质构成，并具有由贝氏体及铁素体构成的混合组织或由贝氏体、铁素体及珠光体构成的混合组织，其混合组织中的贝氏体分率为５～９０％，在软化处理零件中，其扩散层的组织为，存在于扩散层的铁素体晶粒内的γ’氮化物的长度方向的尺寸为２０μｍ以下。实施该软氮化处理的原材的钢，也可以含有如下元素之中的一种以上：Ｎｂ：０．００３～０．１％、Ｍｏ：０．０１～１．０％、Ｃｕ：０．０１～１．０％、Ｎｉ：０．０１～１．０％、Ｂ：０．００１～０．００５％、Ｓ：０．０１～０．１％、和Ｃａ：０．０００１～０．００５％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对非调质钢实施软氮化处理的机械零件。详细地说是涉及对汽车、产业机械及建筑机械等的曲轴(crankshaft)和连杆(connectingrod) 等实施了软氮化处理的机械零件。
技术介绍
以往，汽车、产业机械及建筑机械等的曲轴和连杆等机械零件，是通 过热锻造等方法在进行热加工后，再实施调质处理(淬火、回火、正火、 退火)而制造的。通过调质处理带来组织的均质化和微细化。调质处理之 后，主要出于提高疲劳强度的目的而实施软氮化处理。由于实施软氮化处理会发生应变。因为该应变损害元件的尺寸精度， 所以在实施软氮化处理后多进行弯曲矫正。因此，对于软氮化处理后的零 件来说就需要弯曲矫正性与高疲劳强度同样优异。上述的所谓"优异的弯曲矫正性"，意思是直至达到很大的挠曲变位 量，零件的表面也没有裂纹进入。在机械零件的制造中，为了削减制造成本和节能而期望省略调质处 理，近年来该要求尤为强烈。但是，若省略调质处理，则容易残存在热加工时生成的不均质的组织， 另外，在热加工开始前的原材的加热中成长而粗大化的晶粒也会直接残存 在制品中，导致制品的机械性质降低。因此，通常会在热加工之后实施正 火处理以解决该问题。在热加工后不实施正火处理时，有晶粒粗大化的情 况，变成热变形组织部分地残留的不均质的组织。因此在省略了正火处理 的材料中，即使实施软氮化处理也得不到期望的疲劳强度。另外如上述，对软氮化处理后的零件要求率曲矫正性优异，但是在省 略调质处理时，因为上述的粗大晶粒组织或/和不均一组织，软氮化处理后的零件的弯曲矫正性大多显著低劣。因此，期望开发出即使以削减成本和节能为目的而省略调质处理时， 在软氮化处理后仍具有高疲劳强度和优异的弯曲矫正性的机械零件。以下，作为调质处理之中的代表例而选取"正火"进行说明。关于省 略正火处理的情况下，仍能够得到在软氮化处理后具有高疲劳强度和优民 划的"弯曲矫正性"的零件的软氮化处理用非调质钢的方法，至今为止有 几个提案。它们被分为下述两种。(1) 将钢的微细组织与调质钢一样保持为铁素体和珠光体，并在此 状态下尽可能避免热锻造带来的组织的粗大化的方法(例如参照专利文献1 4)。(2) 使钢的微细组织成为贝氏体的方法(例如参照专利文献5 9)。 在专利文献l中，公开了 "一种氮化钢，其合金元素的含量以质量°/。计，由C: 0.15 0.40%、 Si《0.50%、 Mn: 0.20 1.50o/o、 Cr: 0.05 0.50%、 余量Fe及不可避免的杂质构成，热加工后的组织实质上是铁素体 珠光 体组织，铁素体面积率为30%以上，是铁素体粒度号为5号以上的粒度， 且珠光体的平均尺寸为50|im以下"。该钢记述为即使省略正火处理，氮化 处理后的疲劳强度和弯曲矫正性仍优异。在专利文献2中，公开了 "一种氮化处理零件，是对钢进行氮化处理 而成的氮化处理零件，作为合金成分以质量。/。计含有C: 0.15 0.40%、 Si: 50%以下、Mn: 0.20 1.50%、 Cr: 0.05 0.50%，余量由Fe和不可避免 的杂质构成，且所述钢在热加工状态下，具有由铁素体和珠光体构成的混 合组织，所述铁素体的晶粒的平均尺寸为5(Him以下，所述珠光体的晶粒 的平均尺寸为50^im以下，所述氮化处理带来的平均硬化深度为0.3mm以 上，且所述硬化深度的变动在0.1mm以内"。而且，该零件记载为即使省 略热锻造而被进行氮化处理，其疲劳强度及弯曲矫正性仍优异。在专利文献3中，公开了 "一种软氮化处理用钢材等，其以重量％计 含有C: 0.20 0.60%、 Si: 0.05 1.0%、 Mn: 0.3 1.0%、 P: 0.05%以下、 S: 0.005 0.10%、 Cr: 0.3%以下、AI.. 0.08%以下、Ti: 0.03%以下、N: 0.008 0.020%、 Ca: 0.005%以下、Pb: 0.30%以下、Cu: 0.30%以下、Ni: 0.30%以下、Mo: 0.30%以下、V: 0.20%以下、Nb: 0.05%以下，且满足221C (%)十99.5Mn (%)十52.5Cr (%) —304Ti (%) +577N (%) + 25^150，余量是Fe及不可避免的杂质的化学组成，组织由铁素体及珠光 体构成，其铁素体分率为10%以上"。在该专利文献3中记载为，如果将疲劳强度作为含有元素的回归式表 现，而其因数在特定的大小以上，并且组织由铁素体及珠光体构成，该铁 素体分率为10%以上，则即使省略正火处理，仍能够得到疲劳强度及弯曲 矫正性优异的氮化处理零件。在专利文献4中，公开了 "一种氮化用钢等，其以重量W计含有C: 0.30 0.43%、 Si: 0.05 0.40%、 Mn: 0.20 0.60%、 P: 0.08%以下、S: 0.10%以下、sol.Al: 0.010%以下，Ti: 0.013%以下、Ca: 0.0030%以下、 Pb: 0.20。/。以下以及N: 0.010 0.030%，余量由Fe和杂质构成，杂质中 的0"在0.10%以下，V在O.OP/。以下"。在专利文献4中记载为，即使省略正火处理而实施氮化处理，通过使 氮化层中的硬度梯度流畅，也能够得到疲劳强度及弯曲矫正性优异的制P叩o在专利文献5中，公开了一种"高疲劳强度结构用钢，其含有C: 0.1 0.35%、 Si: 0.05 0.35%、 Mn: 0.6 1.50%、 P: 0.01%以下、S: 0,015% 以下、Cr: 1.1 2.0%、 Mo: 0.5 1.0%、 V: 0.03 0.13%、 B: 0細5 0.0030%、 Ti: 0.01 0.04%、 Al: 0.01 0.04%、余量Fe和不可避免的 杂质"。在专利文献5中，Cr在提高淬火性及氮化硬化性上有效，V使析出的 碳化物微细化从而在提高疲劳强度上有效。在此，Cr带来的氮化硬化性因 为基于是Cr氮化物的析出，所以这里疲劳强度的提高是基于Cr及V带来 的析出强化。但是，在该专利文献5中， 一旦对于所制造的钢材再度加热 并冷却就会成为贝氏体组织，此钢属于调质钢的范畴。在专利文献6中，公开了 "一种软氮化处理用非调质钢等，其以质量 。/o计含有C: 0.1 0.3%且不含0.3%、 Si: 0.01 1.0%、 Mn: 1.5 3.0%、 Cr: 0.01 0.5%、Mo: 0.1 1.0%、酸可溶Al: 0.01 0.045%、 N: 0.005 0.025%，余量由Fe和不可避免的杂质构成"。在该专利文献6中认为，具有通过从热加工温度到空冷的作用下得到的贝氏体组织的钢，其强韧性优异，并且在实施了软氮化处理后具有优异 的弯曲矫正性。在此，为了不使贝氏体的硬度过硬而损害机械加工性，c浓度规定为低于0.3%，为了确保用于生成贝氏体的钢的淬火牲，Mn浓度 规定为1.5%以上。另外，添加0.01 0.05%的Cr，通过Cr氮化物带来的 析出强度而实面氮化层的硬度增大。即，在该专利文献6中，弯曲矫正性 之所以通过贝氏体组织被改善，是由于贝氏体与铁素体，珠光体组织相比， 在同样的硬度下其韧性更高，出于这一理由，如上述不使贝氏体的硬度过 硬而使(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软氮化处理零件，是对如下的非调质钢进行软氮化处理的软氮化处理零件，该非调质钢以质量％计含有Ｃ：０．３０～０．４５％、Ｓｉ：０．１～０．５％、Ｍｎ：０．６～１．０％、Ｔｉ：０．００５～０．１％及Ｎ：０．０１０～０．０３０％，余量由Ｆｅ及杂质构成，并且，该非调质钢具有由贝氏体及铁素体构成的混合组织或由贝氏体、铁素体及珠光体构成的混合组织，其混合组织中的贝氏体分率为５～９０％，该软氮化处理零件的特征在于，存在于其扩散层的铁素体晶粒内的γ’氮化物的长度方向的尺寸为２０μｍ以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐野直幸，松本齐，中谷贵行，镰田芳彦，天野政树，浅井铁也，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]