專利名稱：：高濃度滲碳鋼的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高濃度滲碳鋼的制造方法，更具體而言，本發(fā)明涉及其中通過滲碳處理而使精細(xì)的球形碳化物能夠大量析出在表面中而制造高濃度滲碳鋼的方法。
背景技術(shù)：
：滲碳是指在滲碳?xì)夥罩屑訜徜搹亩黾颖砻嬷械奶紳舛鹊奶幚?。滲碳通常應(yīng)用于低碳鋼，所述低碳鋼在滲碳后淬火，然后再使用。經(jīng)過這種滲碳-淬火處理的材料被稱作表面硬化鋼或滲碳鋼，由于這類鋼具有硬質(zhì)表面和軟質(zhì)內(nèi)部，因此它們在商業(yè)上被用作諸如軸、軸承、齒輪、活塞銷和凸輪等機械部件。在滲碳處理中，增加材料表面附近的碳濃度以析出碳化物的處理被特稱為"高濃度滲碳"。通過高濃度滲碳獲得的材料含有分散于它們的表面中的硬質(zhì)碳化物，因此它們的特征在于，與通過進行常規(guī)的共析滲碳獲得的那些材料相比，它們具有較高的耐磨性和較高的表面疲勞強度。然而，由于經(jīng)過高濃度滲碳處理的材料的特性受到碳化物分散狀態(tài)的強烈影響，因此必須分散大量精細(xì)的球形碳化物，以獲得高強度(參考非專利文獻(xiàn)l)。具體而言，在晶界析出的粗碳化物會導(dǎo)致強度降低。因此，為了解決這一問題，按照慣例，已有各種提案被提出。例如，專利文獻(xiàn)1揭露了一種鋼滲碳處理方法，在所述方法中，對于由含C:0.05%0.45%的鋼制機器結(jié)構(gòu)部件進行以下步驟(i)通過在高于或等于880。C的溫度進行的等離子滲碳來進行一次滲碳，以使部件表面的碳濃度增加至大于或等于鋼的Acm，從而在表面附近析出碳化物；(ii)將機器結(jié)構(gòu)部件逐漸冷卻至低于鋼的Arl的溫度，在將溫度保持在該水平后，再將其加熱到超過Arl的溫度；(iii)通過在比一次滲碳溫度低1(TC60'C的溫度進行的再次等離子滲碳來進行二次滲碳；和(iv)立即淬火和回火或在進行擴散處理后淬火和回火，從而獲得下述部件，所述部件中表面碳濃度大于或等于1.5%、滲碳層中碳化物的形狀近似球形，并且具有優(yōu)異的耐磨性和優(yōu)異的抗俯仰性(pitchingresistance)0此外，該文獻(xiàn)還揭露了在上述步驟(iii)后進行的以下步驟(v)將機器結(jié)構(gòu)部件逐漸冷卻至低于鋼的Arl的溫度，立即將溫度保持在該水平，再將其加熱到超過Arl的溫度；(vi)通過在比二次滲碳溫度仍低1(TC60'C的溫度進行的再次等離子滲碳來進行三次滲碳；和接下來的步驟(iv)，由此獲得表面碳濃度大于或等于1.7%的部件，其中滲碳層中碳化物的形狀近似球形，并且所述部件具有優(yōu)異的耐磨性和優(yōu)異的抗俯仰性。在該文獻(xiàn)還描述了以下內(nèi)容(1)當(dāng)使用等離子滲碳作為滲碳處理方法時，無須擔(dān)心會存在滲碳不均勻性，因為雖然碳勢高，但是生成的煤煙少；(2)由于在一次滲碳中，滲碳在高于Acm的高度進行，碳化物可能會以團塊形狀析出在奧氏體晶界處；(3)滲碳后，當(dāng)溫度先被降低至低于Arl的溫度并再次升高至高于Arl的溫度時，奧氏體晶界會遷移，結(jié)果，最初存在于晶界處的碳化物會保留在新奧氏體晶粒中；和(4)通過進一步進行二次滲碳，碳化物析出在新奧氏體晶界處，通過新生成的碳化物和上述殘留的碳化物，可以獲得具有優(yōu)選碳化物分布的滲碳層。此外，專利文獻(xiàn)2揭露了一種鋼部件的滲碳熱處理方法。所述方法包括以大于或等于o.rc/秒的冷卻速率，將在經(jīng)滲碳處理使表面碳濃度達(dá)到大于或等于0.8%水平的鋼部件在所述滲碳處理之后冷卻至低于或等于300。C的溫度，加熱鋼部件至下述溫度范圍，所述溫度范圍為從比鋼的Acl轉(zhuǎn)變溫度高5(TC到比鋼的Acl轉(zhuǎn)變溫度低150°C，將鋼部件保持在該溫度，和以1(TC/秒的加熱速率進一步升溫至下述溫度并保持該溫度，在所述溫度，鋼部件的中心部分獲得奧氏體單相或者奧氏體/鐵素體雙相，其中鐵素體面積比小于或等于30%，直接進行淬火或者在將溫度降低至淬火所需的預(yù)定水平后淬火。據(jù)該文獻(xiàn)描述，通過將滲碳鋼部件保持在從比鋼的Acl轉(zhuǎn)變溫度高50。C到比鋼的Acl轉(zhuǎn)變溫度低15(TC的溫度范圍內(nèi)，精細(xì)碳化物可以生長。非專利文獻(xiàn)l:下村哲也、森田敏之、井上幸一郎著，電氣制鋼(ElectricFurnaceSteel)，第77巻(2006)，第11頁專利文獻(xiàn)1:日本專利公報JP-B-2808621專利文獻(xiàn)2:日本專利公開公報JP-A-6-10822
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題正如專利文獻(xiàn)2所揭露，只通過一次滲碳處理很難大量分散精細(xì)的球形碳化物。因此，在許多常規(guī)進行的高濃度滲碳中，都進行包括一次滲碳處理和二次滲碳處理的兩次滲碳處理。進行一次滲碳處理主要是為了在表面中固溶高濃度的碳，以便在進行二次滲碳處理而進行再次加熱時大量析出精細(xì)碳化物。另一方面，進行二次滲碳處理主要是為使在再次加熱時生成的精細(xì)碳化物生長。為達(dá)到這些目的，需要使一次滲碳處理與二次滲碳處理之間的溫差足夠大。然而，如果為增大一次滲碳處理與二次滲碳處理之間的溫差而升高一次滲碳處理的溫度，熔爐壽命將被縮短。此外，表面硬化鋼通常不經(jīng)修整工序即直接使用，因此在比必要的溫度更高的溫度加熱會增加材料的變形。另一方面，如果為解決該問題而在降低一次滲碳處理溫度的同時降低二次滲碳處理的溫度，二次滲碳處理時碳的擴散速率將被降低。因此，需要長時間才能析出所需量的碳化物，這降低了工作效率。此外，如果將二次滲碳處理的溫度保持在高水平而只降低一次滲碳處理的溫度，一次滲碳處理與二次滲碳處理之間的溫差將變小。這樣容易在晶界處析出片狀粗碳化物，這會降低結(jié)構(gòu)的再現(xiàn)性。本發(fā)明要解決的一個問題是提供高濃度滲碳鋼的制造方法，所述方法能夠分散大量精細(xì)的球形碳化物，而不縮短熔爐壽命。本發(fā)明要解決的另一問題是提供高濃度滲碳鋼的制造方法，所述方法不會在滲碳處理后引起大的變形。本發(fā)明要解決的再一問題是提供高濃度滲碳鋼的制造方法，所述方法能夠分散大量精細(xì)的球形碳化物，而不降低工作效率。本發(fā)明要解決的又一問題是提供高濃度滲碳鋼的制造方法，在所述方法中，晶界處不會析出片狀粗碳化物，并且所述方法會提供結(jié)構(gòu)的高再現(xiàn)性。解決問題的手段為解決上述問題，本發(fā)明的高濃度滲碳鋼的制造方法包括(i)一次滲碳步驟，在一次滲碳溫度Tirc)對鋼材進行滲碳，直至表面碳濃度C變?yōu)镃eu〈C《C(Acm)，所述鋼材含有0.15質(zhì)量％0.30質(zhì)量％的C、0.40質(zhì)量％0.80質(zhì)量％的Si、0.3質(zhì)量°/。0.8質(zhì)量％的Mn、1.25質(zhì)量％2.00質(zhì)量％的Cr和余量的Fe及不可避免的雜質(zhì)，其中Ceu是所述鋼材的共析碳濃度，而C(Acm)是在所述一次滲碳溫度Tl所述鋼材的Acm線所對應(yīng)的碳濃度；(ii)冷卻步驟，在完成一次滲碳步驟后，以大于或等于rc/分鐘的冷卻速率將所述鋼材冷卻至低于或等于700°C;(iii)二次滲碳初始步驟，將所述鋼材的溫度升至二次滲碳開始溫度T2s，以在二次滲碳溫度T2對所述鋼材進行滲碳，其中Acl點(°C)《T2s(°C)《一次滲碳溫度T1-100'C《二次滲碳剛開始時鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度CC)，并且T2s《T2《鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(°C);(iv)二次滲碳后期步驟，在完成所述二次滲碳初始步驟后，接著升溫至淬火溫度Tq(°C)，在所述淬火溫度Tq對所述鋼材進一步進行滲碳，其中Tq《鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(°C);和(v)淬火步驟，在完成所述二次滲碳后對鋼材進行淬火。本發(fā)明的優(yōu)點當(dāng)在所述一次滲碳溫度Tl進行所述一次滲碳處理并進一步進行所述二次滲碳處理時，通過將所述二次滲碳處理分為在低于所述淬火溫度Tq的二次滲碳溫度T2進行滲碳的二次滲碳初始步驟和在淬火溫度進行滲碳的二次滲碳后期步驟，即使在所述一次滲碳溫度T1是較低的溫度時，也可使所述一次滲碳溫度Tl與所述二次滲碳溫度T2之間的溫差足夠大。由此精細(xì)的球形碳化物可以得到大量分散，而不會縮短熔爐壽命和在滲碳處理后產(chǎn)生嚴(yán)重變形。此外，在所述二次滲碳后期步驟中，滲碳在較高溫度進行，因此工作效率不會降低。此外，由于可使所述一次滲碳溫度Tl與所述二次滲碳溫度T2之間的溫差足夠大，因此即使鋼材之間的組成不一致，也能確保抑制片狀粗碳化物在晶界處的析出。圖1A至圖1D是顯示在不同條件下進行高濃度滲碳的情況下的結(jié)構(gòu)變化的示意圖和相圖；和圖2是顯示實施例中所采用的典型的滲碳處理模式的圖。具體實施例方式下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施方式。首先描述要對其應(yīng)用本發(fā)明的高濃度滲碳鋼制造方法的鋼材。要對其應(yīng)用本發(fā)明的制造方法的鋼材包含如下所述的合金元素，其其余部分是鐵和不可避免的雜質(zhì)。合金元素的種類、成分的范圍和限定所述范圍的理由如下。(1)C:0.15質(zhì)量％0.30質(zhì)量％如果C量過少，則中心部分將產(chǎn)生鐵素體，如此會降低強度。因此，C量優(yōu)選大于或等于0.15質(zhì)量％。另一方面，如果c量過大，則材料硬度將會增加，這會降低加工性(特別是切削性)。因此，C量優(yōu)選小于或等于0.30質(zhì)量M。(2)Si:0.40質(zhì)量％0.80質(zhì)量％如果Si量過少，則基體的回火硬度降低，如此會降低強度。因此，Si量優(yōu)選大于或等于0.40質(zhì)量％。另一方面，如果Si量過大，則生成的碳化物的量將減少，這會降低強度。此外，中心部分將生成鐵素體，如此會降低強度。因此，Si量優(yōu)選小于或等于0.80質(zhì)量°/。。(3)Mn:0.3質(zhì)量％0.8質(zhì)量％如果Mn量過少，則基體的淬火性能被劣化，強度會因不完全淬火而降低。因此，Mn量優(yōu)選大于或等于0.3質(zhì)量％。另一方面，如果Mn量過大，則材料硬度會增加，這會降低加工性(特別是切削性)。因此，Mn量優(yōu)選小于或等于0.8質(zhì)量％。(4)Cr:1.25質(zhì)量％2.00質(zhì)量％如果Cr量過少，則生成的碳化物的量將會降低，這會降低強度。此外，中心部分將生成鐵素體，如此會降低強度。因此，Cr量優(yōu)選大于或等于1.25質(zhì)量％。另一方面，如果Cr量過大，則材料硬度將會增加，這會降低加工性(特別是切削性)。因此，Cr量優(yōu)選小于或等于2.00質(zhì)量o/。。下面將描述本發(fā)明的高濃度滲碳鋼的制造方法。本發(fā)明的高濃度滲碳鋼的制造方法包括一次滲碳步驟、冷卻步驟、二次滲碳初始步驟、二次滲碳后期步驟和淬火步驟。一次滲碳步驟是在一次滲碳溫度Tlrc)對具有上述組成的鋼材進行滲碳以使表面碳濃度C滿足CeiKC《C(Acm)的步驟。對于一次滲碳溫度Tl而言，其為比下文所述的二次滲碳開始溫度T2高大于或等于10(TC的溫度是令人滿意的。一般說來，一次滲碳溫度Tl越高，完成滲碳至預(yù)定碳濃度所需的時間越短。具體而言，一次滲碳溫度Tl優(yōu)選高于或等于900°C。另一方面，如果一次滲碳溫度T1過高，則熔爐壽命將被縮短，或者在一些情況下會出現(xiàn)鋼材變形。因此，具體而言，一次滲碳溫度T1優(yōu)選低于或等于1，10(TC，更優(yōu)選低于或等于1,000°C。此外，進行滲碳，使得鋼材的表面碳濃度C滿足Ceu<C《C(Acm)。此處，術(shù)語"表面碳濃度"是指距表面10pm區(qū)域內(nèi)的平均碳濃度。此外，"Ceu"是指含有分別在上述范圍內(nèi)的Si、Mn和Cr的鋼材的共析碳濃度。關(guān)于每一種上述鋼材，共析碳濃度都大于或等于0.5質(zhì)量％。此外，"C(Acm)"是指在一次滲碳溫度T1，含有分別在上述范圍內(nèi)的Si、Mn和Cr的鋼材的Acm線所對應(yīng)的碳濃度。進行滲碳直至C《C(Acm)是指在鋼材表面溫度達(dá)到或高于Acm線的溫度(g卩，表面變?yōu)閥-相單相的溫度)進行一次滲碳。如果表面碳濃度C過小，在下文將描述的二次滲碳中的升溫過程中，碳化物將不會析出在基體內(nèi)。如果碳化物不析出在基體內(nèi)，在二次滲碳過程中晶界處將生成粗碳化物。因此，必須進行一次滲碳，使得表面碳濃度C變得大于Ceu。另一方面，如果表面碳濃度C過大，在一次滲碳過程中晶界處就會生成碳化物。由于一次滲碳中生成的碳化物如此殘留，因此必須防止粗碳化物的生成。具體而言，優(yōu)選不存在長徑大于或等于5pm的粗碳化物。因此，必須進行一次滲碳，使得表面碳濃度C變得小于或等于C(Acm)。例如，對于具有上述組成的鋼材，當(dāng)一次滲碳溫度Tl為950°Cl,OO(TC時，C(Acm)變?yōu)榇蠹s1.25質(zhì)量％1.4質(zhì)量％。進行一次滲碳時的滲碳方法不受特別限制，各種方法都可以采用。具體而言，優(yōu)選采用氣體滲碳和真空滲碳作為滲碳方法，因為它們易于操作并且處理時間短。當(dāng)采用具體的滲碳方法時，可以通過優(yōu)化滲碳條件來將表面碳濃度C控制在上述范圍內(nèi)。例如，采用氣體滲碳時，通過在滲碳?xì)怏w氣氛中加熱鋼材進行滲碳。在此情況下，可以通過滲碳?xì)夥盏奶紕菘刂茲B碳量。碳勢是由氣氛平衡的純鐵的表面平衡碳濃度，它取決于氣氛中CO/C02之比和H20的量。10通常，當(dāng)碳勢變高和/或當(dāng)一次滲碳溫度Tl變高時，可以在較短的時間內(nèi)增加表面碳濃度。此外，采用真空滲碳時，可以通過例如下述方式進行滲碳將已向其內(nèi)引入鋼材的熔爐內(nèi)部的壓力降低至大約1.3Pa，然后在向其中引入諸如甲烷或丙烷等烴類氣體時加熱至滲碳溫度。在此情況下，可以通過引入烴類氣體的時間控制滲碳量。另外，當(dāng)進行真空滲碳時，表面附近的碳濃度可能變得過高。在此情況下，通常進行在滲碳后停止供應(yīng)烴類氣體并保持為同一狀態(tài)的擴散處理。冷卻步驟是在完成一次滲碳步驟后，以大于或等于rc/分鐘的冷卻速率將鋼材冷卻至低于或等于70(TC的步驟。在完成一次滲碳后，鋼材先被冷卻至低于或等于70(TC的溫度。將溫度冷卻至低于或等于70(TC的原因在于，當(dāng)在二次滲碳中再次加熱時，精細(xì)的碳化物將會析出在晶粒中。在此情況下，當(dāng)冷卻速率過低時，冷卻過程中晶界處將形成片狀粗碳化物，因此不優(yōu)選過低的冷卻速率。冷卻過程中生成的粗碳化物在下文將要描述的步驟中不會消失，并會導(dǎo)致鋼材強度降低。因此，優(yōu)選冷卻速率大于或等于rc/分鐘。冷卻速率越快越優(yōu)選。二次滲碳初始步驟是其中將經(jīng)冷卻的鋼材升溫至二次滲碳開始溫度T2s并在二次滲碳溫度T2對鋼材進行滲碳的步驟。術(shù)語"二次滲碳開始溫度T2s"是指滿足下式(1)條件的溫度。Acl點(°C)《T2s(°C)《一次滲碳溫度T1-100。C《二次滲碳開始時鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度CC)……(1)二次滲碳開始溫度T2s與一次滲碳溫度Tl之間的溫差優(yōu)選大于或等于10(TC。如果二者之間的所述溫差小于IO(TC，則存在晶界處生成片狀粗碳化物的可能。二者之間的溫差越大越優(yōu)選。此外，二次滲碳開始溫度T2s必須大于或等于Acl點，并且必須小于或等于二次滲碳開始時鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度。這意味著在鋼材的表面溫度位于Acl點和Acm線之間(g卩，表面變?yōu)閅+Fe3C相時的溫度)時開始二次滲碳。術(shù)語"二次滲碳溫度T2"是指滿足下式(2)條件的溫度。T2s《T2《上述鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(°C)…(2)二次滲碳溫度T2可以與二次滲碳開始溫度T2s相同，或者是比二次滲碳開始溫度T2s高的溫度。如果二次滲碳溫度T2與二次滲碳開始溫度T2s相同，則在二次滲碳溫度T2的保持時間應(yīng)使當(dāng)溫度升至下文中將要描述的淬火溫度Tq時，鋼材的表面溫度不超過Acm線溫度。通常，表面碳濃度隨著在二次滲碳溫度T2的保持時間的延長而增大，因此可以在將鋼材的表面溫度保持在低于或等于Acm線的情況下進行滲碳。為使在升溫至淬火溫度Tq時鋼材的表面溫度低于或等于Acm線，在二次滲碳溫度T2的保持時間優(yōu)選大于或等于15分鐘。另一方面，當(dāng)二次滲碳溫度T2高于二次滲碳開始溫度T2s時，可以通過從二次滲碳開始溫度T2s逐步升溫或連續(xù)升溫來達(dá)到二次滲碳溫度T2。術(shù)語"逐步"是指將溫度保持在固定水平一段預(yù)定時間，然后以預(yù)定溫度幅寬升溫，并將溫度保持在該預(yù)定溫度一段時間。當(dāng)逐步升高溫度時，可以通過優(yōu)化升溫幅寬和溫度保持時間，在將鋼材的表面溫度保持在低于或等于Acm線的情況下進行滲碳。此外，術(shù)語"連續(xù)"是指以預(yù)定升溫速率升高溫度。當(dāng)連續(xù)升高溫度時，可以通過優(yōu)化升溫速率，在將鋼材的表面溫度保持在低于或等于Acm線的情況下進行滲碳。二次滲碳后期步驟是在完成二次滲碳初始步驟后，接著將鋼材的溫度升高至淬火溫度TqrC)，以及如果Tq《上述鋼材的表面碳含量所對應(yīng)的Acm線溫度(°C)則進一步在淬火溫度Tq下進行滲碳的步驟。二次滲碳后期步驟是下述步驟，所述步驟不僅將鋼材的溫度升高至淬火溫度Tq，還在短時間內(nèi)將表面碳濃度調(diào)整為的目標(biāo)碳濃度，而不在晶界處析出片狀粗碳化物。因此，淬火溫度Tq必須低于或等于鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度。當(dāng)二次滲碳初始步驟的滲碳條件得到優(yōu)化時，可以在保持鋼材的表面溫度低于或等于Acm線溫度的情況下，將溫度升高至淬火溫度Tq。通常，隨著淬火溫度Tq的降低，在保持過程中在晶界處生成片狀粗碳化物的難度將變低。然而，如果淬火溫度Tq過低，則不僅會導(dǎo)致碳的擴散速率的降低，還會導(dǎo)致中心部分淬火不足。因此，淬火溫度Tq優(yōu)選高于或等于鋼材中心部分變成奧氏體單相時的溫度。將溫度保持在淬火溫度Tq的時間不受特別限制，可以根據(jù)鋼材的組成、淬火溫度Tq和鋼材所需的特性等選擇最優(yōu)時間。通常，隨著溫度保持時間的延長，鋼材的表面碳濃度將會變得更高。為獲得具有優(yōu)異的耐磨性和表面疲勞強度的高濃度滲碳鋼，在淬火溫度Tq的溫度保持時間(即，滲碳時間)優(yōu)選大于或等于15分鐘。另外，當(dāng)在二次滲碳初始步驟中逐步或連續(xù)升高二次滲碳溫度T2時，可以立即充分進行淬火，而不需在溫度到達(dá)淬火溫度Tq后在淬火溫度Tq進行滲碳，只要在溫度達(dá)到淬火溫度Tq和鋼材浸漬充分那一時間點獲得了充分的滲碳量即可。淬火步驟是在完成二次滲碳后期步驟后對鋼材進行淬火的步驟。進行淬火是為了將表面滲碳層和中心部分轉(zhuǎn)化為馬氏體?；谶@一目的，優(yōu)選對完成二次滲碳后期步驟的鋼材進行淬火。作為淬火方法，具體有油淬火法和氣體淬火法。下面將描述本發(fā)明的高濃度滲碳鋼的制造方法的效果。圖1A至圖1D是顯示在不同條件下進行高濃度滲碳時結(jié)構(gòu)變化的示意圖。另外，圖1A至圖1D中也顯示有相圖。在高濃度滲碳中，許多時候要進行兩次，即一次滲碳和二次滲碳。在分兩步進行滲碳的常規(guī)高濃度滲碳中，完成一次滲碳時的表面碳濃度低于如圖1A的相圖中所示的滲碳溫度所對應(yīng)的Acm線濃度。g口，完成一次滲碳后的表面處于奧氏體單相狀態(tài)。因此，在以預(yù)定冷卻速率將鋼材由此狀態(tài)冷卻至低于或等于70(TC時，鋼材的結(jié)構(gòu)變?yōu)槿鐖D1A的左圖所示的其中在晶界處不產(chǎn)生粗碳化物的狀態(tài)。當(dāng)鋼材的溫度被升至二次滲碳溫度時，在第二滲碳的升溫過程中將生成球形精細(xì)碳化物，如圖1A的中圖所示。這是因為二次滲碳是在低于鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(即，表面變?yōu)閅+Fe3相時的溫度)的溫度進行的，并且碳擴散速率比一次滲碳中的低，因而碳化物難以析出在晶界中。當(dāng)在溫度達(dá)到二次滲碳溫度后開始二次滲碳時，在升溫過程中生成的精細(xì)碳化物會起到允許碳化物生長的核的作用，如圖1A中的右圖所為了獲得如圖1A中所示的結(jié)構(gòu)，完成一次滲碳時的溫度必須高于Acm線，并且開始二次滲碳時的溫度必須低于Acm線。由于產(chǎn)生的鋼材在不同批次之間組成不一致，因此Acm線的位置在各鋼材之間存在一定程度的變化。因此，為了確保獲得如圖1A所示的結(jié)構(gòu)，需要使一次滲碳溫度與二次滲碳溫度之間存在充分的溫差。然而，當(dāng)出于提供充分的溫差的目的而升高一次滲碳溫度時，熔爐的耐用性將降低。另一方面，當(dāng)為避免此情況而降低二次滲碳溫度時，二次滲碳中碳擴散速率將被降低，這會導(dǎo)致加工性的嚴(yán)重降低。此外，當(dāng)出于既實現(xiàn)熔爐的耐用性又實現(xiàn)加工性的目的而降低一次滲碳溫度與二次滲碳溫度之間的溫差時，難以具有良好再現(xiàn)性地進行Acm線位于兩步之間的兩步滲碳處理。例如，在將二次滲碳溫度保持為與常規(guī)技術(shù)相同的溫度并降低一次滲碳溫度的同時使一次滲碳溫度高于Acm線時，完成一次滲碳后的鋼材的結(jié)構(gòu)處于在晶界處不生成粗碳化物的狀態(tài)，如圖1B的左圖所示。然而，當(dāng)二次滲碳溫度超過Acm線時，在二次滲碳中的升溫過程中己經(jīng)在晶粒內(nèi)生成的精細(xì)碳化物會再次進行固溶，如圖1B的中圖所示。因此，允許碳化物生長的核將在晶粒內(nèi)消失，碳化物因而會優(yōu)先在具有較小形成能的晶界處生成。結(jié)果，在晶界處生成粗碳化物，如圖1B的右圖所示。另一方面，在將二次滲碳溫度保持為與常規(guī)技術(shù)相同的溫度并降低一次滲碳溫度的同時使一次滲碳溫度低于Acm線時，完成一次滲碳后的鋼材的結(jié)構(gòu)處于在晶界處生成片狀碳化物的狀態(tài)，如圖1C的左圖所示。當(dāng)溫度被升至二次滲碳開始溫度時，在升溫過程中將在晶粒內(nèi)生成精細(xì)碳化物，如圖1C的中圖所示。當(dāng)由此狀態(tài)進行二次滲碳時，在晶粒內(nèi)存在的精細(xì)碳化物和在晶界處生成的片狀碳化物都將生長，如圖1C的右圖所示。在圖1B和圖1C這兩種情況下，在晶界處生成的片狀粗碳化物將成為高濃度滲碳鋼強度降低的原因。相反，在將一次滲碳溫度保持為與常規(guī)技術(shù)相同或低于常規(guī)技術(shù)的溫度的狀態(tài)下完成一次滲碳時，完成一次滲碳后的鋼材的結(jié)構(gòu)處于在晶界處不生成粗碳化物的狀態(tài)，如圖1D的左圖所示。此外，在冷卻鋼材后升溫至二次滲碳開始溫度的同時使二次滲碳開始溫度比一次滲碳溫度低大于或等于IO(TC時，鋼材的表面溫度可以確保被調(diào)整為低于Acm線的溫度。因此，在溫度達(dá)到二次滲碳開始溫度這一點時，在晶粒內(nèi)生成精細(xì)碳化物，如圖1D的中圖所示。當(dāng)溫度由此狀態(tài)保持為與二次滲碳開始溫度相同的水平，或者當(dāng)溫度由二次滲碳開始溫度逐步或連續(xù)升高以進行預(yù)定時間的滲碳時，晶粒內(nèi)的碳化物將生長，但在晶界處不會生成碳化物。此外，隨著二次滲碳的進行，表面碳濃度增大，并且表面的Acm線溫度也升高。因此，當(dāng)二次滲碳初始步驟的條件得到優(yōu)化時，即使鋼材的溫度升高至淬火溫度，淬火溫度也不會超過表面的Acm線溫度。結(jié)果，如圖1D的右圖所示，可以使晶粒中的碳化物生長，在晶界不會生成碳化物。為防止在晶界處析出片狀粗碳化物，一次滲碳必須在高于Acm線的溫度下進行，并且二次滲碳必須在低于Acm線的溫度下進行。本發(fā)明的高濃度滲碳鋼的制造方法可以在一次滲碳完成后與二次滲碳開始時之間提供充分的溫差，因此即使不同批次之間的鋼材的組成不一致，也可以確保對片狀粗碳化物生成的抑制。此外，由于不必升高一次滲碳的溫度以提供充分的溫差，熔爐的耐用性不會降低。此外，由于在溫度達(dá)到二次滲碳開始溫度后的預(yù)定時間后，通過升溫至淬火溫度而持續(xù)進行滲碳，因此表面的碳濃度可以在短時間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)濃度。實施例(實施例115和比較例15)15[l.樣品的制備]在不同條件下對具有不同組成的鋼材進行滲碳。另外，每一滲碳都以一次滲碳和二次滲碳這兩步進行。此外，除實施例15和比較例1之外，二次滲碳以兩步進行，即，將溫度保持在固定水平(低溫)一段預(yù)定時間的二次初始步驟和升溫至淬火溫度(高溫)并保持該溫度一段預(yù)定時間的二次滲碳后期步驟。典型的滲碳處理模式如圖2所示。在所有的一次滲碳、二次初始滲碳和二次后期滲碳中，這些滲碳都通過總共重復(fù)以下過程(1)和(2)4次來進行(1)通過以相當(dāng)于總滲碳時間的2%的時間流入滲碳?xì)怏w來進行滲碳；和(2)通過以相當(dāng)于總滲碳時間的23%的時間真空泵吸來進行擴散。然而，在實施例15中，二次滲碳開始溫度被設(shè)定為75(TC，該溫度在進行滲碳的同時在40分鐘內(nèi)升高至85(TC的淬火溫度，并在溫度達(dá)到淬火溫度后立即進行淬火。此外，在比較例2的二次滲碳初始步驟中，通過以相當(dāng)于總滲碳時間的3%的時間流入滲碳?xì)怏w而進行滲碳的過程和通過以相當(dāng)于總滲碳時間的22%的時間真空泵吸而進行擴散的過程總共被重復(fù)4次。此外，在比較例3的二次滲碳初始步驟中，通過以相當(dāng)于總滲碳時間的1%的時間流入滲碳?xì)怏w而進行滲碳的過程和通過以相當(dāng)于總滲碳時間的24%的時間真空泵吸而進行擴散的過程總共被重復(fù)4次。完成一次滲碳后的表面碳濃度通過以下方式確定通過EPMA(電子探針顯微分析)測量斷面碳濃度的分布并計算距表面10的區(qū)域內(nèi)的平均碳濃度。此外，完成一次滲碳后的碳化物的直徑和淬火后的直徑通過以下方式測量:在使用苦醇腐蝕樣品的斷面后使用SEM(掃描電子顯微鏡)照相，并將1mm2內(nèi)存在的碳化物的粒徑的最大值作為"碳化物粒徑"。此外，淬火后的疲勞強度通過旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試(根據(jù)JISZ2274)測量。各鋼材料的組成、滲碳條件和測試結(jié)果如表1中所示。在比較例1中，淬火后生成有大于10pm的粗碳化物。其原因可能在于，由于二次滲碳初始步驟被省略并且立即在885'C進行二次滲碳后期步驟，在二次滲碳過程中生成的精細(xì)碳化物再次發(fā)生固溶。此外，在比較例2中，淬火后生成有大于10pm的粗碳化物。其原因在于，一次滲碳過度，并且在一次滲碳完成時即已生成了粗碳化物。此外，在比較例3中，生成有大于6,的粗碳化物。其原因可能在于，由于一次滲碳不充分，并且表面碳濃度沒有達(dá)到共析碳濃度，在溫度達(dá)到二次滲碳開始溫度的時間點上晶粒內(nèi)沒有生成精細(xì)的碳化物。此外，在比較例4中，雖然不存在粗碳化物，但是疲勞強度低。其原因可能在于，由于二次滲碳初始溫度與二次滲碳后期溫度相同，并且碳的擴酸速率低，因而未產(chǎn)生足夠量的碳化物。此外，在比較例5中，生成有大于7pm的粗碳化物。其原因可能在于，由于保持在二次滲碳初始溫度的保持時間短，在溫度升至二次滲碳后期溫度時，鋼材的表面溫度超過了Acm線。因此，在所有的比較例15中，疲勞強度都低于700MPa。相反，在所有的實施例115中，疲勞強度都大于或等于700MPa。其原因可能在于，由于一次滲碳、二次滲碳初始過程和二次滲碳后期過程都是在適當(dāng)?shù)臈l件下進行的，因此在晶粒內(nèi)形成有大量精細(xì)的球形碳化物，而未在晶界處生成片狀粗碳化物。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>*實施例15:在進行滲碳時在40分鐘內(nèi)將溫度從75(TC升至850°C。工業(yè)實用性本發(fā)明的高濃度滲碳鋼的制造方法可以用作諸如軸、軸承、齒輪、活塞銷和凸輪等機械部件的制造方法。雖然本發(fā)明已經(jīng)通過參照具體實施方式進行了詳細(xì)描述，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可以進行各種改變和改進而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。本申請基于2006年11月6日提交的日本專利申請(日本專利申請2006-299836號公報)，在此以參考的方式引入其內(nèi)容。權(quán)利要求1.一種高濃度滲碳鋼的制造方法，所述方法包括(i)一次滲碳步驟，在一次滲碳溫度T1(℃)對鋼材進行滲碳，直至表面碳濃度C變?yōu)镃eu<C≤C(Acm)，所述鋼材含有0.15質(zhì)量％～0.30質(zhì)量％的C、0.40質(zhì)量％～0.80質(zhì)量％的Si、0.3質(zhì)量％～0.8質(zhì)量％的Mn、1.25質(zhì)量％～2.00質(zhì)量％的Cr和余量的Fe以及不可避免的雜質(zhì)，其中，Ceu是所述鋼材的共析碳濃度，而C(Acm)是所述鋼材在所述一次滲碳溫度T1的Acm線所對應(yīng)的碳濃度；(ii)冷卻步驟，在完成所述一次滲碳步驟后，以大于或等于1℃/分鐘的冷卻速率將所述鋼材冷卻至低于或等于700℃；(iii)二次滲碳初始步驟，將所述鋼材的溫度升至二次滲碳開始溫度T2s，以在二次滲碳溫度T2對所述鋼材進行滲碳，其中，Ac1點(℃)≤T2s(℃)≤一次滲碳溫度T1-100℃≤二次滲碳剛開始時所述鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(℃)，并且T2s≤T2≤所述鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(℃)；(iv)二次滲碳后期步驟，在完成所述二次滲碳初始步驟后，接著升溫至淬火溫度Tq(℃)，在所述淬火溫度Tq對所述鋼材進一步進行滲碳，其中，Tq≤所述鋼材的表面碳濃度所對應(yīng)的Acm線溫度(℃)；和(v)淬火步驟，在完成所述二次滲碳后對所述鋼材進行淬火。2.如權(quán)利要求1所述的高濃度滲碳鋼的制造方法，其中，所述一次滲碳溫度T1低于或等于I,IO(TC。3.如權(quán)利要求1或2所述的高濃度滲碳鋼的制造方法，其中，所述二次滲碳初始步驟是在保持所述二次滲碳溫度T2為所述二次滲碳開始溫度T2s的情況下進行時間為大于或等于15分鐘的滲碳的步驟。4.如權(quán)利要求1或2所述的高濃度滲碳鋼的制造方法，其中，所述二次滲碳初始步驟是在將所述二次滲碳溫度T2由所述二次滲碳初始溫度T2s逐步或連續(xù)升至所述淬火溫度Tq的情況下進行滲碳的步驟。5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的高濃度滲碳鋼的制造方法，其中，所述二次滲碳后期步驟是在所述淬火溫度Tq進行時間為大于或等于15分鐘的滲碳的步驟。全文摘要本發(fā)明提供了一種高濃度滲碳鋼的制造方法，所述方法不會導(dǎo)致熔爐壽命的縮短、鋼材的變形和工作效率的降低，并且所述方法能夠大量分散精細(xì)的球形碳化物。所述方法包括以下步驟(i)在一次滲碳溫度T1(℃)對具有某種組成的鋼材進行滲碳直至表面碳濃度C變?yōu)槟骋惶紳舛鹊囊淮螡B碳步驟，(ii)在完成一次滲碳步驟后以大于或等于1℃/分鐘的冷卻速率將所述鋼材冷卻至低于或等于Arl點的冷卻步驟，(iii)將所述鋼材的溫度升至比一次滲碳溫度T1低大于或等于100℃的二次滲碳開始溫度T2s以在二次滲碳溫度T2對鋼材進行滲碳的二次滲碳初始步驟，(iv)在完成二次滲碳初始步驟后升溫至淬火溫度Tq以在淬火溫度Tq進一步滲碳的二次滲碳后期步驟，和(v)在完成所述二次滲碳后對鋼材進行淬火的淬火步驟。文檔編號C23C8/22GK101535522SQ20078004134公開日2009年9月16日申請日期2007年10月26日優(yōu)先權(quán)日2006年11月6日發(fā)明者森田敏之,猿山將臣,露崎博幸申請人:本田技研工業(yè)株式會社