机械结构用钢部件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种在不使切削性下降的情况下提高了疲劳强度、韧性的机械结构用钢部件及其制造方法。所述机械结构用钢部件由以质量%计含有C：0.05～0.20%、Si：0.10～1.00%、Mn：0.75～3.00%、P：0.001～0.050%、S：0.001～0.200%、V：超过0.25～0.50%、Cr：0.01～1.00%、Al：0.001～0.500%、N：0.0080～0.0200%、余量为Fe及不可避免的杂质的钢构成，钢组织以面积率计为95%以上为贝氏体组织，贝氏体板条的宽度为5μm以下，平均粒径为4nm以上且7nm以下的V碳化物分散地存在于贝氏体组织中，贝氏体组织中的V碳化物的面积率为0.18%以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及以汽车为首的运输机器及产业机械等的，特别是涉及在不降低切削性的情况下具有高疲劳强度和高韧性的。本申请基于2011年5月26日提出的日本专利申请第2011-118351号公报并主张其优先权，这里引用其内容。
技术介绍
从前，对于汽车及产业机械等的机械结构部件的大部分，在从原材料棒钢等钢材经热锻成部件形状后，通过再加热、实施淬火回火的调质处理而赋予高强度及高韧性。近年来，从降低制造成本的观点出发，将淬火回火的调质处理工序省略，例如，如专利文献I等中所示，提出了即使直接通过热锻、也能够赋予高强度及高韧性的非调质钢。但是，在将这些高强度高韧性的非调质钢用于机械结构用钢部件时，实际上成为障碍的是高疲劳强度化和切削性的兼顾。一般来说，疲劳强度依赖于抗拉强度，如果提高抗拉强度则疲劳强度提高。另一方面，抗拉强度的上升使切削性下降。大多数机械结构用钢部件在热锻后需要进行切削加工，其切削成本占部件制造成本的一大半。抗拉强度的上升导致的切削性的下降关系到部件制造成本的大幅度增加。一般如果抗拉强度超过1200MPa，则切削性显著下降，制造成本大幅度增加，因此超过此强度的高强度化在实用上是困难的。所以，在这些机械结构用部件中，切削性下降导致的切削成本的增加是高疲劳强度化的瓶颈，一直在寻求使高疲劳强度化和切削性兼顾的技术。作为虽然高强度但可确保切削性的以往的见识，例如，在专利文献2中提出，在钢中添加大量的V，使通过时效处理析出的V碳氮化物在机械加工时附着在工具表面上进行保护，对于防止工具磨 损具有效果。但是，为了确保切削性，需要大量的V，因是高合金而使热轧性非常低。在采用如此的钢时，出现在铸造时发生裂纹或缺陷、在其后的热加工即原材料棒钢的热轧或部件的热锻时发生缺陷的问题。作为兼顾高疲劳强度化和切削性的手段，提高疲劳强度与抗拉强度的比即耐久比(疲劳强度/抗拉强度)是有效的。例如，在专利文献3中提出，形成以贝氏体为主体的金属组织、减低组织中的高碳岛状马氏体及残留奥氏体是有效的。但是，耐久比再高充其量为0.56以下，要在不使切削性下降的情况下提高强度具有界限，疲劳强度都低。此外，例如，在专利文献4中提出，在通过800 1050°C的温度区的亚热锻成形后，形成微细铁素体-贝氏体组织，通过其后的时效处理析出V碳氮化物是有效的。一般，有如果谋求高耐久比化则韧性下降的倾向，但通过利用亚热锻使铁素体-贝氏体组织微细化可改善韧性。但是，在要求韧性的机械结构用钢部件中，其韧性的改善小。此外在800 1050°C的温度区的亚热锻中，锻造负荷大，使锻模的寿命显著下降，因此在工业上生产是困难的。此外，例如在专利文献5、6中，提出了通过使Ti碳化物或V碳化物在钢中析出来提高强度的方法。可是，如果含有Ti，对Ti来说，与碳化物相比，在高温下优先成为氮化物，因而生成粗大的Ti氮化物，不仅不有助于析出强化，而且冲击值也显著下降。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平1-198450号公报专利文献2:日本特开2004-169055号公报专利文献3:日本特开平4-176842号公报专利文献4:日本专利3300511号公报专利文献5:日本特开2011-241441号公报专利文献6:日本特开2009-84648号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于，提供一种即使是通常的热锻，通过利用其后的冷却及热处理来控制部件内的组织，也在不使切削性下降的情况下提高了疲劳强度、韧性的。用于解决课题的手段 本专利技术发现，通过在热锻后，以比较快的冷却速度进行冷却，在将主体组织形成微细的贝氏体后，通过时效处理使V碳化物在贝氏体组织中析出，通过控制其尺寸及分散状态，可得到具有高夏比冲击吸收能及高耐久比、在不使切削性下降的情况下提高了疲劳强度、韧性的机械结构用钢部件，由此完成了本专利技术。本专利技术的要旨如下。(I) 一种机械结构用钢部件，其由以质量％计含有C:0.05 0.20%、S1:0.10 1.00%、Mn:0.75 3.00%、P:0.001 0.050%、S:0.001 0.200%、V:超过 0.25 0.50%、Cr:0.01 1.00%、Al:0.001 0.500%、N:0.0080 0.0200%，余量为 Fe 及不可避免的杂质的钢构成；钢组织以面积率计含有95%以上的贝氏体组织；贝氏体板条的宽度为5 μ m以下；平均粒径为4nm以上且7nm以下的V碳化物分散地存在于贝氏体组织中；贝氏体组织中的V碳化物的面积率为0.18%以上。(2)根据上述(I)所述的机械结构用钢部件，其中，进一步以质量％计含有以下元素中的I种或2种以上:Ca:0.0003 0.0100%、Mg:0.0003 0.0100%、Zr:0.0005 0.1000%。(3)根据上述(I)或(2)所述的机械结构用钢部件，其中，进一步以质量％计含有以下元素中的I种或2种:Mo:0.01 1.00%、Nb:0.001 0.200%。(4)根据上述(I)所述的机械结构用钢部件，其中，20°C时的夏比冲击吸收能为80J/cm2以上，耐久比为0.60以上。(5) 一种机械结构用钢部件的制造方法，其中，将以质量％ 计含有 C:0.05 0.20%、Si:0.10 1.00%、Mn:0.75 3.00%、P:0.001 0.050%,S:0.001 0.200%,V:超过 0.25 0.50%,Cr:0.01 1.00%、A1:0.001 0.500%、N:0.0080 0.0200%,余量为Fe及不可避免的杂质的钢材加热至1100°C以上且1300°C以下，进行热锻；在该热锻后，以到300°C为止时的平均冷却速度为3°C /秒以上且120°C /秒以下的冷却速度进行冷却；在该冷却后，在550°C以上且700°C以下的温度范围内实施时效处理。专利技术效果根据本专利技术，通过选择钢成分范围、组织形态及热处理条件，可在不增加切削成本的情况下提供一种高疲劳强度及高韧性的机械结构用钢部件，其在产业上的效果是非常显著的。具体实施例方式本专利技术者们针对上述目的，对钢成分范围、组织形态及热处理条件进行了深入研究，其结果是，得知以下的(a) (d)。 (a)在以面积率计为95%以上的贝氏体组织中，在形成贝氏体板条的宽度为5 μ m以下的微细组织后，通过时效处理使微细的V碳化物分散在贝氏体组织中，由此可得到比以往的非调质钢更高的耐久比。通过利用时效处理使微细的V碳化物析出，抗拉强度及疲劳强度都上升。可是，如果时效处理的温度提高到一定以上，则V碳化物粗大化，抗拉强度不提高，另一方面，疲劳强度更加上升。其结果是，如果时效处理的温度提高到一定以上，则耐久比提闻。(b)在以面积率计为95%以上的贝氏体组织中，只要是贝氏体板条的宽度为5μπι以下的微细组织，就可得到20°C时的U型缺口夏比冲击吸收能为80J/cm2以上、耐久比为0.60以上的高韧性、高耐久比。在以往的非调质钢(耐久比为0.48左右)中，将耐久比提高至0.60以上，例如意味着在抗拉强度为IlOOMPa时，在不提高抗拉强度的情况下使疲劳强度大约提高130MPa以上。切削性对抗拉强度的依赖性很强。如果能够在不提高抗拉强度的情况下只提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：寺本真也，高田启督，久保田学，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：
国别省市：