高硬度并且韧性优异的钢制造技术

本发明专利技术涉及一种高硬度并且韧性优异的钢，其中，以质量％计，含有C：0.40～1.00％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～1.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：1.10～3.20％、Al：0.010～0.10％、V：0.15～0.50％，并且含有Ni：2.50％以下和Mo：1.00％以下中的至少一种，(C+V)量以质量％计为0.60％以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成，微观组织为微细分散有Fe类的ε碳化物的马氏体组织，其原奥氏体粒径为20μm以下。

Steel with high hardness and excellent toughness

The invention relates to a steel with high hardness and excellent toughness, wherein, in mass%, it contains C: 0.40-1.00%, Si: 0.10-2.00%, Mn: 0.10-1.00%, P: 0.030%, s: 0.030%, Cr: 1.10-3.20%, al: 0.010-0.10%, V: 0.15-0.50%, and at least one of Ni: 2.50% and Mo: 1.00% (c + V) in quantity The amount% is more than 0.60%, and the residual is composed of Fe and inevitable impurities. The microstructure is martensite with Fe like \u03b5 carbide dispersed in the microstructure, and the original austenite particle size is less than 20 \u03bc M.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高硬度并且韧性优异的钢
本专利技术涉及一种耐磨性和耐久性特别优异的、高硬度并且韧性优异的钢，其用于汽车、飞机、船舶、其他运输机器、土木工程机械、建筑机械、工业机器等机械中的齿轮中；轴等驱动系统用途部件、减速器部件、挖掘机构用途部件或其周边机构用途部件、轴承部件等部件中。本申请基于2017年8月18日提交的日本专利申请第2017-158007号而主张优先权，将该日本申请中记载的全部内容引用于此。
技术介绍
用于运输机械和各种机器等的部件中的钢，特别是用于需要优异的耐磨性和疲劳特性等部件中的钢，一般在通过淬火而高硬度化之后使用。然而，由于通过淬火而以马氏体组织为主体的钢材的硬度通过C(碳)的含量决定，因此提高C含量能够使钢材的硬度上升而进行高硬度化。然而，就钢材的高硬度化而言，作为其反面会使钢材的韧性降低，因此当施加冲击的情况下，钢材容易发生破裂。因此，这种钢材需要硬度和韧性之间的平衡。在这方面，作为传统技术，已经提出了在异物混入环境和高温环境中具有优异的滚动疲劳寿命的高温用滚动轴承部件的专利技术(例如，参见日本特开2000-204444号公报(专利文献1))。所提出的该专利技术中，不需要如本申请专利技术这样地添加V作为必须元素的反面在于，由于仅将回火处理后的组织中的最大碳化物直径限定为8μm以下，因此即使包含8μm或接近8μm尺寸的碳化物也具有优异的滚动疲劳寿命的特征，但是，没有关于是否能够兼具高韧性的记载，并且专利文献1中没有任何实现高韧性的建议。另一方面，已经提出了用于运输机器和各种机器等的部件中的具有高硬度并且韧性优异的钢的专利技术(例如，参见日本特开2017-057479号公报(专利文献2))。在提出的该专利技术中，加热至成为奥氏体和渗碳体的两相区域的温度范围内，然后淬火将组织调整为马氏体和球状化渗碳体，控制该碳化物的尺寸、形状以及分布状态，特别是从晶界上消除碳化物，从而大大提高了韧性。但是，在本专利技术中，由于两相区域内的加热和随后的淬火是必须的工作，为了确保适当的碳化物的状态，需要严格控制保持时间和温度，因此存在实施过程中的工序的负荷变大的问题。现有技术文献专利文献[专利文献1]日本特开2000-204444号公报[专利文献2]日本特开2017-057479号公报
技术实现思路
专利技术所解决的技术问题本申请的专利技术所要解决的问题是提供一种具有高硬度和高韧性的钢，其中，可对含有中碳以上的C的钢即称为中碳钢或高碳钢的钢，采用从渗碳体的固溶温度以上的奥氏体区域进行的高温淬火这样的简单的热处理方法。解决问题的技术手段通常从含有中碳以上的C作为化学成分的钢中奥氏体区域进行的高温淬火中，渗碳体在高温的加热温度下完全固溶，并且晶界的固定变得无效，因此奥氏体晶粒粗大化，淬火后的晶粒粒径即原奥氏体粒径将变得粗大，因此容易引起作为脆性断裂的晶界断裂而降低韧性。因此，在本专利技术的方法中，通过将V添加到含有中碳以上的C作为化学成分的钢中而得到钢。当含有V作为必须的添加元素时，成为高温的处理温度的奥氏体区域中存在的含V微细碳化物能够固定奥氏体晶界的移动并使奥氏体粒径保持微细，由此使淬火后产生的马氏体粒径保持微细，韧性断裂成为主体，从而得到高韧性。具体而言，已经发现通过下述记载的本专利技术的方法可以得到本专利技术的技术效果。在用于解决上述问题的本专利技术的手段中，第一手段是一种钢，其中，以质量％计，含有C：0.40～1.00％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～1.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：1.10～3.20％、Al：0.010～0.10％、V：0.15～0.50％，并且含有Ni：2.50％以下和Mo：1.00％以下中的至少一种，(C+V)量以质量％计为0.60％以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成。此外，该钢具有微观组织在130℃～250℃下低温回火而得到的马氏体组织，其原奥氏体粒径为20μm以下，并且是高硬度并且韧性优异的钢。第二手段是第一手段的高硬度并且韧性优异的钢，其具有本专利技术的第一手段的化学成分和微观组织，其中，在130℃～250℃下低温回火而得到的马氏体组织中，使析出的直径为0.50μm以下的含有V的微细碳化物(在下文中，称为含V微细碳化物)分散，该含V微细碳化物的析出量为全部的马氏体的体积(在下文中称为“马氏体总体积”)的以所占比例计为0.10～0.90体积％。第三手段是第一手段的高硬度并且韧性优异的钢，其具有本专利技术的第一手段的化学成分和微观组织，其中，在130℃～250℃下低温回火而得到的马氏体组织中渗碳体析出量为马氏体总体积的0.50体积％以下。第四手段是第二手段的高硬度并且韧性优异的钢，其具有本专利技术的第一手段的化学成分和微观组织以及第二方法的微观组织，其中，在130℃～250℃下低温回火而得到的马氏体组织中渗碳体析出量为马氏体总体积的0.50体积％以下。专利技术效果在本专利技术中，通过在130℃～250℃下低温回火而制为微细分散有Fe类的ε碳化物的马氏体组织，从而得到通过高温回火不能得到的高硬度。然后，通过含有V作为必须的添加元素，从而使淬火的加热温度下存在的含V微细碳化物能够固定奥氏体晶界的移动，并使奥氏体粒径保持在20μm以下的微细的尺寸，由此，在淬火之后，使原奥氏体粒径为20μm以下从而使得马氏体组织微细化，由此，使断裂形式主要是韧性断裂，从而得到高韧性。由此，将钢制部件制成高硬度和高韧性的钢，得到能够供给需要高韧性的运输机器和各种机器等部件等有益的效果。此外，在马氏体组织中分散并析出有直径为0.50μm以下的含V微细碳化物，其中，析出量为马氏体总体积的0.10～0.90体积％时，不会由于含V微细碳化物本身的脆性而引起韧性降低，得到晶粒微细化效果，抑制了原奥氏体粒径的粗大化，其结果，在具有高硬度的同时实现了较高的韧性。此外，将在130℃～250℃下低温回火而得到的马氏体组织中的渗碳体析出量设为马氏体总体积的0.50体积％以下，本专利技术中定量地限定了通常容易在晶界上生长并且在淬火和回火后容易引起沿晶界的裂缝的渗碳体的析出量，因此不会降低韧性。具体实施方式在记载本专利技术的实施方式之前，将按照下述顺序说明本专利技术的手段中的本专利技术的构成要件：除了Fe和不可避免的杂质之外的钢的各化学成分的限定理由、作为本专利技术各钢的微观组织为130℃～250℃的低温回火而得到的马氏体组织的理由、限定马氏体组织中的含V碳化物量的尺寸和其析出量的理由、限定马氏体组织中的渗碳体的析出量占马氏体总体积的比例的理由以及限定原奥氏体粒径的理由。需要说明的是，在化学成分中％是质量％。C：0.40～1.00％C是提高淬火和回火后的硬度、耐磨性以及疲劳寿命的元素。但是，如果C小于0.40％，则不能得到充分的硬度。另一方面，当C大于1.00％时，不仅抑制韧性，而且钢材料的硬度增加，抑制被削性和锻造性等加工性。因此，C设为0.40～1.00％，优选设为0.50～1.00％，更优选设为0.50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硬度并且韧性优异的钢，其中，以质量％计，含有C：0.40～1.00％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～1.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：1.10～3.20％、Al：0.010～0.10％、V：0.15～0.50％，并且含有Ni：2.50％以下和Mo：1.00％以下中的至少一种，(C+V)量以质量％计为0.60％以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成，微观组织为微细分散有Fe类的ε碳化物的马氏体组织，其原奥氏体粒径为20μm以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170818 JP 2017-1580071.一种高硬度并且韧性优异的钢，其中，以质量％计，含有C：0.40～1.00％、Si：0.10～2.00％、Mn：0.10～1.00％、P：0.030％以下、S：0.030％以下、Cr：1.10～3.20％、Al：0.010～0.10％、V：0.15～0.50％，并且含有Ni：2.50％以下和Mo：1.00％以下中的至少一种，(C+V)量以质量％计为0.60％以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成，微观组织为微细分散有Fe类的ε碳化物的马氏体组织，其原奥氏体粒径为20μm以下。


2.根据权利要求1所述的高硬度并且韧性优异的钢，其具有权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：南埜宜俊，萩原幸司，山本幸治，王生翔平，平塚悠辅，藤松威史，杉本隼之，
申请(专利权)人：国立大学法人大阪大学，株式会社小松制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP