软氮化用钢和部件制造技术

提供一种软氮化用钢，该软氮化用钢具有下述成分组成：在满足式9.5≤([Cr]/52+[V]/50.9+[Nb]/92.9+M)×10

Steel and components for soft nitriding

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】软氮化用钢和部件
本专利技术涉及软氮化用钢，希望提供一种在软氮化处理前具有一定的切削性、并且在软氮化处理后疲劳特性优异的适合用于汽车或建设机械用部件的软氮化用钢。此外，本专利技术涉及对该软氮化用钢进行软氮化处理而得到的部件。
技术介绍
对汽车的齿轮等机械结构部件要求优异的疲劳特性，通常对其实施表面硬化处理。作为表面硬化处理，熟知的有渗碳处理、高频淬火处理、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渗入、扩散，因此能够得到深的硬化深度，对疲劳特性的提高有效。但是，由于通过渗碳处理会产生热处理变形，因此对于从安静性等方面出发而要求严格的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，因此仍会产生热处理变形，与渗碳处理同样地，在尺寸精度方面存在问题。另一方面，氮化处理是在Ac1相变点以下的较低温度区域使氮渗入·扩散而提高表面硬度的处理，所以不存在产生上述那样的热处理变形的可能性。但是，存在处理时间长、为50～100小时、而且处理后需要除去表层的较脆的化合物层这样的问题。因此，开发了在与氮化处理相同程度的处理温度下缩短处理时间的所谓软氮化处理，近年来，以机械结构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同时渗入、扩散，从而使表面硬化，与现有的氮化处理相比，能够使处理时间为一半以下。但是，在上述渗碳处理中，通过淬火硬化而能够使芯部硬度升高，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，芯部硬度不会升高，与渗碳处理材料相比，软氮化处理材料存在疲劳特性差的问题。因此，为了提高软氮化处理材料的疲劳特性，通常，在软氮化处理前进行淬火、回火处理，使芯部硬度升高，但所得到的疲劳特性很难说是充分的，另外制造成本升高，进而也无法避免机械加工性的降低。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，其通过使钢中含有Ni、Cu、Al、Cr、Ti等，从而在软氮化处理后能够得到高弯曲疲劳特性。即，对于该钢而言，通过软氮化处理，关于芯部，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，关于表层部，通过在氮化层中使Cr、Al、Ti等氮化物或碳化物析出硬化，从而提高弯曲疲劳特性。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％Cu的钢通过热锻而锻造延伸后，进行空气冷却，从而形成以固溶有Cu的铁素体为主体的组织，并在580℃、120分钟的软氮化处理中使Cu析出硬化，进而通过合用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。此外，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包含Nb、V、W中的一种或两种以上的碳化物分散而得到的软氮化用钢。此外，在专利文献4中提出了一种疲劳特性优异的氮化用钢材，其中，在含有V、Nb的钢中，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，另一方面，在氮化时使这些碳氮化物析出，由此芯部硬度提高。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：日本专利第5567747号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，专利文献1中记载的软氮化钢虽然通过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特性提高，但难说充分确保了加工性。另外，专利文献2中记载的软氮化用钢需要较大量地添加Cu、Ti、V、Nb，因此存在生产成本高这样的问题。此外，专利文献3中记载的软氮化用钢为了使微细析出物充分析出而需要大量含有Ti、Mo，因此仍存在高成本这样的问题。另一方面，专利文献4中记载的氮化用钢材为了氮化层的析出硬化而包含Cr、V、Nb。这些元素是对氮化层的硬化有效的元素，但在过量添加的情况下，仅在极其接近表层的附近发生析出硬化，存在仅在表层浅的部分形成硬化层的课题。本专利技术可有利地解决上述问题，其目的在于提供一种软氮化用钢，该软氮化用钢通过抑制极为表层的Cr、V、Nb的析出而确保了硬化层深度。另外，本专利技术的目的在于提供一种部件，该部件通过机械加工后的软氮化处理而提高芯部硬度，由此提高了疲劳特性。用于解决课题的手段为了解决上述课题，专利技术人对钢的成分组成和组织的影响进行了深入研究。结果发现，作为钢的成分组成，较大量地含有低成本的C并适量含有Cr、V和Nb，使钢组织为以面积率计超过50％的贝氏体相，由此能够抑制Cr、V、Nb的析出，结果能够确保优异的机械加工性。此外发现，在软氮化处理后，使包含Cr、V和Nb的微细的析出物在软氮化处理部件的芯部分散析出，从而芯部硬度升高，可得到优异的疲劳特性。另外发现，通过Cr、V、Nb、W、Co、Hf、Zr和Ti的含量的优化，在软氮化处理时，妨碍N和C从表面向内部扩散的碳氮化物形成元素减少，通过软氮化处理能够形成的硬化层的厚度增大，其会引起表面疲劳强度的提高。本专利技术是基于上述技术思想、进一步进行研究从而最终完成的，本专利技术的要点构成如下。1.一种软氮化用钢，该软氮化用钢具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述式(1)的范围含有C：0.010％以上0.100％以下、Si：1.00％以下、Mn：0.50％以上3.00％以下、P：0.020％以下、S：0.060％以下、Cr：0.30％以上0.90％以下、Mo：0.005％以上0.200％以下、V：0.02％以上0.50％以下、Nb：0.003％以上0.150％以下、Al：0.005％以上0.200％以下、N：0.0200％以下、Sb：0.0005％以上0.0200％以下、W：0.3％以下(包括0％)、Co：0.3％以下(包括0％)、Hf：0.2％以下(包括0％)、Zr：0.2％以下(包括0％)和Ti：0.1％以下(包括0％)，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，并且，该软氮化用钢具有贝氏体相相对于组织整体的面积率超过50％的钢组织。记9.5≤([Cr]/52+[V]/50.9+[Nb]/92.9+M)×103≤18.5---(1)其中，M：[W]/183.8、[Co]/58.9、[Hf]/178.5、[Zr]/91.2和[Ti]/47.9的总和。此处，[]为该括弧内的元素的含量(质量％)。2.如上述1所述的软氮化用钢，其中，上述成分组成以质量％计进一步含有B：0.0100％以下、Cu：0.3％以下和Ni：0.3％以下中的任意1种或2种以上。3.如上述1或2所述的软氮化用钢，其中，上述成分组成以质量％计进一步含有选自Pb：0.2％以下、Bi：0.2％以下、Zn：0.2％以下和Sn：0.2％以下中的1种或2种以上。4.一种部件，该部件具有芯部和表层部，该芯部具有上述1至3中任一项所述的成分组成和钢组织，该表层部相对于该芯部的成分组成为氮和碳的含量高的成分组成，包含Cr的析出物、包含V的析出物和包含Nb的析出物分散析出于上述贝氏体相中。专利技术的效果根据本专利技术，可以提供一种在低成本的成分体系中机械加工性优异的软氮化用钢。通过对该软氮化用钢进行软氮化处理，能够得到与实施了渗碳处理的JIS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软氮化用钢，该软氮化用钢具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述式(1)的范围包含C：0.010％以上0.100％以下、Si：1.00％以下、Mn：0.50％以上3.00％以下、P：0.020％以下、S：0.060％以下、Cr：0.30％以上0.90％以下、Mo：0.005％以上0.200％以下、V：0.02％以上0.50％以下、Nb：0.003％以上0.150％以下、Al：0.005％以上0.200％以下、N：0.0200％以下、Sb：0.0005％以上0.0200％以下、W：0.3％以下且包括0％、Co：0.3％以下且包括0％、Hf：0.2％以下且包括0％、Zr：0.2％以下且包括0％和Ti：0.1％以下且包括0％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，并且，该软氮化用钢具有贝氏体相相对于组织整体的面积率超过50％的钢组织，记9.5≤([Cr]/52+[V]/50.9+[Nb]/92.9+M)×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.30 JP 2016-2334231.一种软氮化用钢，该软氮化用钢具有下述成分组成：以质量％计，在满足下述式(1)的范围包含C：0.010％以上0.100％以下、Si：1.00％以下、Mn：0.50％以上3.00％以下、P：0.020％以下、S：0.060％以下、Cr：0.30％以上0.90％以下、Mo：0.005％以上0.200％以下、V：0.02％以上0.50％以下、Nb：0.003％以上0.150％以下、Al：0.005％以上0.200％以下、N：0.0200％以下、Sb：0.0005％以上0.0200％以下、W：0.3％以下且包括0％、Co：0.3％以下且包括0％、Hf：0.2％以下且包括0％、Zr：0.2％以下且包括0％和Ti：0.1％以下且包括0％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，并且，该软氮化用钢具有贝氏体相相对于组织整体的面积率超过50％的钢组...

【专利技术属性】
技术研发人员：井原直哉，笠井正之，岩本隆，西村公宏，
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