專利名稱：氮化用鋼及氮化處理部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確?？杉庸ば院蛷?qiáng)度、且通過氣體氮化、等離子體氮化、氣體軟氮化、鹽浴軟氮化等氮化處理而得到硬質(zhì)的氮化層的氮化用鋼、以及對該氮化用鋼實(shí)施了氮化處理的在表層具有硬質(zhì)的氮化層的氮化處理部件。
背景技術(shù)：
在汽車和各種產(chǎn)業(yè)機(jī)械中，以改善疲勞強(qiáng)度為目的，大量使用實(shí)施了表面硬化處理的部件。作為代表性的表面硬化處理方法，可以列舉滲碳、氮化、高頻淬火等。氣體氮化、等離子體氮化、氣體軟氮化、鹽浴軟氮化等氮化處理由于與其他方法不同地在變態(tài)點(diǎn)以下
的低溫下進(jìn)行處理，因此具有能夠減小熱處理應(yīng)變這樣的優(yōu)點(diǎn)。在氮化處理中的在氨氣氛中進(jìn)行的氣體氮化雖然可以得到高表面硬度，但氮的擴(kuò)散緩慢，通常需要20小時(shí)以上的處理時(shí)間。另外，氣體軟氮化、鹽浴軟氮化等在含有氮、并含有碳的浴或氣氛中進(jìn)行處理的軟氮化處理能夠提高氮的擴(kuò)散速度。其結(jié)果是，根據(jù)軟氮化處理，以數(shù)小時(shí)能夠得到lOOym以上的有效硬化層深度。所以，軟氮化處理是適用于改善疲勞強(qiáng)度的方法。但是，為了得到高疲勞強(qiáng)度的部件，有必要將有效硬化層進(jìn)一步加深。對于這樣的問題，為了使有效硬化層硬度和深度增加，提出了適當(dāng)添加了氮化物形成合金的鋼(例如，專利文獻(xiàn)1、2、6、9)。另外，還提出了以下的技術(shù)不單控制鋼的成分還控制鋼組織，從而使可加工性、氮化特性提高(例如，專利文獻(xiàn)3 5、7、8)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開昭58-71357號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開平4-83849號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開平7-157842號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開2007-146232號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :日本特開2006-249504號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 :日本特開平05-025538號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :日本特開2006-022350號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)8 :日本特開8-176732號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)9 日本特開平7-286256號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，與對于鋼材實(shí)施作為現(xiàn)在主流的疲勞強(qiáng)度改善技術(shù)的滲碳處理時(shí)相比較，在對專利文獻(xiàn)I 4所記載的鋼實(shí)施了氮化處理時(shí)，有效硬化層深度不足。另外，含有很多碳的鋼種在氮化前，部件的硬度增高。因此，高碳鋼有切削加工性降低、鍛造或切削加工時(shí)的成本升高這樣的問題。專利文獻(xiàn)5所記載的鋼雖然可加工性(拉削加工性)提高，但相反地，導(dǎo)致表層硬度降低。專利文獻(xiàn)6所記載的鋼雖然是通過氮化處理而使耐摩耗性和疲勞強(qiáng)度提高的鋼，但由于通過使鋼內(nèi)部的強(qiáng)度提高而使疲勞強(qiáng)度提高，因此有切削加工性差的問題。專利文獻(xiàn)7 9所記載的鋼雖然通過規(guī)定成分組成和鋼組織而確保實(shí)施了氮化處理時(shí)的有效硬化層深度，但其有效硬化 層深度不充分。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供使氮化前的強(qiáng)度降低而改善切削加工性從而削減制造成本、并且為了提高疲勞強(qiáng)度而能夠?qū)⒂行в不瘜蛹由畹牡娩摗⒓皩υ摰娩搶?shí)施氮化處理而使表層的氮化層的硬度和深度增加的氮化處理部件。用于解決問題的方法本發(fā)明的發(fā)明者們研究了可以通過氣體氮化、等離子體氮化、氣體軟氮化、鹽浴軟氮化等氮化處理而得到比現(xiàn)有技術(shù)更深的有效硬化層的組成和組織，進(jìn)而研究了由氮化用鋼制造氮化處理部件時(shí)的切削加工性和最終部件的硬度等。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了以下事實(shí)Cr和Al在氮化處理時(shí)產(chǎn)生析出物，而有助于表層硬度的提高；特別是Al的添加使表層硬度提高；另一方面，如果過剩地含有Cr和Al，則有效硬化層深度開始下降；為了增大有效硬化層深度，有必要將Cr和Al的含量控制為合適的關(guān)系等。本發(fā)明是基于這些見解而完成的，其主旨如下。(I) 一種氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 05 0. 30%、Si :0. 003 0. 50%、Mn :0. 4 3.0%、Cr :0. 2 0.9%、Al :0. 19 0. 70%、V :0. 05 1.0%和Mo :0. 05 0. 50%，Al和Cr的含量滿足0. 5%^ I. 9A1+Cr ^ I. 8%,剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì)。(2)上述⑴所述的氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有Ti 0.01 0. 3%和Nb :0. 01 0. 3%中的一種或兩種。(3)上述⑴或⑵所述的氮化用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有B :0. 0005 0. 005%。(4)上述(I)或⑵所述的氮化用鋼，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率為50%以上。(5)上述(3)所述的氮化用鋼，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率為50%以上。(6) 一種氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 05 0. 30%、Si :0. 003 0. 50%Mn :0. 4 3.0%、Cr :0. 2 0.9%、Al :0. 19 0. 70%、V :0. 05 1.0%和Mo :0. 05 0. 50%，Al和Cr的含量滿足0. 5%^ I. 9A1+Cr ^ I. 8%,剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì)，所述氮化處理部件在表面具有氮化層，表層硬度為700HV以上。(7)上述(6)所述的氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有Ti :0. 01 0. 3%和Nb :0. 01 0. 3%中的一種或兩種。(8)上述(6)或(J)所述的氮化處理部件，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有B :0. 0005 0. 005% o(9)上述(6)或(J)所述的氮化處理部件，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率為50%以上。(10)上述⑶所述的氮化處理部件，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率為50%以上。(11)上述(6)、(7)、(10)中的任一項(xiàng)所述的氮化處理部件，其特征在于，所述氮化層的有效硬化層深度為300 450 u m。(12)上述(8)所述的氮化處理部件，其特征在于，所述氮化層的有效硬化層深度為 300 450 u m。(13)上述(9)所述的氮化處理部件，其特征在于，所述氮化層的有效硬化層深度為 300 450 u m。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可以通過實(shí)施氮化處理而得到深的有效硬化層的氮化用鋼。另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠得到在硬化處理前的切削加工中不需要很多工序數(shù)、且伴隨硬化處理而弓I起的熱處理應(yīng)變小的氮化處理部件。并且，本發(fā)明的氮化處理部件的氮化層由于具有充分的硬度，且有效氮化層深，因此能夠提高氮化處理部件的疲勞強(qiáng)度。


圖I是表示I. 9A1+Cr和有效氮化層深度的關(guān)系的圖。圖2是表不I. 9A1+Cr和表層(氮化層)硬度的關(guān)系的圖。圖3是表示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的齒輪部件的一個(gè)齒的1/2剖面的圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，氮化用鋼是指作為氮化處理部件的原料所使用的鋼。本發(fā)明的氮化用鋼通過將鋼片熱加工而制造。本發(fā)明的氮化處理部件能夠通過以下方法得到在將本發(fā)明的氮化用鋼熱加工后，進(jìn)行氮化處理，或者在將與本發(fā)明的氮化用鋼具有相同范圍內(nèi)的成分的鋼片熱加工后，進(jìn)行氮化處理。將本發(fā)明的氮化用鋼冷加工并根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等從而形成最終產(chǎn)品形狀，或者將鋼片直接熱加工為最終產(chǎn)品形狀，或者熱加工為接近最終產(chǎn)品的形狀、并進(jìn)行切削加工從而形成最終產(chǎn)品形狀，之后通過氮化處理，形成氮化處理部件。在本發(fā)明中，“氮化處理”是指使氮在鋼鐵材料的表面層擴(kuò)散而使表面層硬化的處理的意思，也包含“軟氮化處理”。 “軟氮化處理”是使氮和碳在鋼鐵材料的表面層擴(kuò)散而使表面層硬化的處理。對于作為氮化處理的代表性的處理，可以列舉氣體氮化、等離子體氮化、氣體軟氮化、鹽浴軟氮化等，其中，氣體軟氮化、鹽浴軟氮化為軟氮化處理。另外，產(chǎn)品為氮化處理部件，能夠通過表層硬化、表層的氮濃度上升來確認(rèn)。特別是軟氮化處理部件的硬化的表層為IOOym以上，并具有深的有效硬化層。首先，對在本發(fā)明中限定鋼材的化學(xué)成分的理由進(jìn)行說明。關(guān)于化學(xué)成分的限定，適用于本發(fā)明的氮化用鋼和氮化處理部件中的任一個(gè)。C為提高淬透性而對強(qiáng)度的提高有效的元素，而且為在氮化處理中使合金碳化物析出而也有助于氮化層的析出強(qiáng)化的元素。如果C小于0. 05%，則得不到必要的強(qiáng)度，如果超過0.30%，則強(qiáng)度過高而損害可加工性。所以，C的含量設(shè)為下限為0.05%、上限為0. 30%。其中，從切削加工性的觀點(diǎn)出發(fā)，C的含量的上限優(yōu)選為0. 25%，更優(yōu)選為0. 20%。而且，為了使部件通過冷加工容易地鍛造，優(yōu)選將C的含量的上限設(shè)為0. 1%。Mn為對用于提高淬透性而確保強(qiáng)度有用的元素。如果Mn小于0. 4%，則不能確保充分的強(qiáng)度，如果超過3.0%，則強(qiáng)度過剩地上升而可加工性降低。所以，Mn的含量設(shè)為下限為0. 4%、上限為3. 0%。而且，由于含有過剩的Mn，有時(shí)有效硬化層深度會(huì)減少，因此Mn的含量的上限優(yōu)選設(shè)為2. 5%以下。更優(yōu)選的Mn的含量的上限為2. 0%。Cr為與在氮化處理時(shí)滲入的N和鋼中的C形成碳氮化物、通過其析出強(qiáng)化而使表面的氮化層硬度顯著上升的極其有效的元素。但是，如果過剩地含有Cr，則有時(shí)有效硬化層深度會(huì)變淺。如果Cr的含量小于0.2%，則不能得到充分的有效硬化層。另一方面，如果Cr的含量超過0. 9%，則析出強(qiáng)化的效果飽和，有效硬化層深度減少。所以，Cr的含量設(shè)為下限為0. 2%、上限為0. 9%。另外，Cr的含量優(yōu)選將下限設(shè)為0. 3%，將上限設(shè)為0. 8%。Al為與氮化時(shí)滲入的N形成氮化物而提高氮化層的硬度、對得到更深的有效硬化層深度有效、特別是對表層硬度的提高有效的元素。但是，如果過剩地添加Al，則有時(shí)有效硬化層深度會(huì)變淺。如果Al的含量小于0. 19%，則得不到充分的表層硬度，即使含有超過0.70%，添加的效果也會(huì)飽和，從而有效硬化層深度減少。所以，Al的含量設(shè)為下限為0. 19%、上限為0. 70%。另外，Al含量的上限優(yōu)選設(shè)為0. 50%，更優(yōu)選設(shè)為0. 30%。本發(fā)明的發(fā)明者們基于Al和Cr對于氮化層的硬化有效、但如果過剩地添加則使效硬化層深度減少這樣的見解，進(jìn)行了進(jìn)一步研究。
本發(fā)明的發(fā)明者們將使Al的含量和Cr的含量改變而成的鋼材作為原料，制造冷鍛部件并實(shí)施氮化處理，測定表層硬度和有效硬化層深度。氮化處理通過以下方法進(jìn)行在以體積分率計(jì)NH3 N2 CO2 = 50 : 45 : 5的混合氣體的氣氛中，將溫度設(shè)為570°C，將保持時(shí)間為10小時(shí)。表層硬度為鋼剖面上的從表面起50 iim內(nèi)部的位置的HV0. 3(2. 9N)，基于JIS Z2244進(jìn)行測定。另外，有效硬化層深度參考JIS G 0557，設(shè)為從表層到HV為550的位置的距離。研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)有必要控制Al的含量和Cr的含量的關(guān)系。具體而言，判斷出氮化層的有效硬化層深度與Al和Cr的原子濃度的合計(jì)具有相關(guān)性。由于Cr的原子量為52，Al的原子量為27，所以通過以質(zhì)量％計(jì)的I. 9A1+Cr，能夠
整理氮化層的有效硬化層深度和表層硬度的關(guān)系。而且，在“I. 9A1+Cr”的式中，Al和Cr設(shè)為鋼材中的Al的含量(質(zhì)量％ )和Cr的含量(質(zhì)量％ )。圖I表示I. 9A1+Cr和有效硬化層深度的關(guān)系。另外，圖2表示I. 9A1+Cr和表層硬度的關(guān)系。在這里，表層硬度為鋼剖面上的從表面起50 位置的硬度。如圖I所示，如果I. 9A1+Cr小于0. 5%或超過I. 8%，則得不到充分的有效硬化層深度。在I. 9A1+Cr小于0. 5%時(shí)，有效硬化層深度減少可以認(rèn)為是由于不能得到充分的由Cr的碳氮化物和Al的氮化物而引起的析出強(qiáng)化。因此，如圖2所示，如果I. 9A1+Cr小于0. 5%,則表層硬度也降低。另一方面，如果1.9A1+Cr超過I. 8%，則有效硬化層變淺，其可以認(rèn)為是由于在氮化處理中鋼中的氮的擴(kuò)散受到阻礙而引起的。所以，I. 9A1+Cr的范圍設(shè)為下限為0. 5%、上限為I. 8% 0V為提高淬透性、生成碳氮化物而有助于鋼的強(qiáng)度的元素。特別在本發(fā)明中，與Mo同樣地與Cr或Al形成復(fù)合碳氮化物，對于氮化層的硬化是極其有效的。如果V的含量為0. 05%以上，則表層硬度和有效硬化層深度顯著提高。另一方面，如果V的含量超過1.0%，則使表層硬度和有效硬化層深度增加的效果飽和。所以，V的含量設(shè)為下限為0. 05%、上限為1.0%。另外，V的含量的上限優(yōu)選設(shè)為0.75%，更優(yōu)選設(shè)為0.50%。Mo為提高淬透性、主要是生成碳化物而有助于鋼的強(qiáng)度的元素。特別在本發(fā)明中，與Cr或Al形成復(fù)合碳氮化物，對于氮化層的硬化是極其有效的。如果將Mo的含量設(shè)為0. 05%以上，則表層硬度和有效硬化層深度顯著提高。另一方面，如果Mo的含量超過0.50%，則使表層硬度和有效硬化層深度增加的效果不能與制造成本相平衡。所以，Mo的含量設(shè)為下限為0. 05%、上限為0. 50%。另外，Mo的含量優(yōu)選將上限設(shè)為0. 25%。Si雖然為作為脫氧劑而有用的元素，但相反地，在氮化處理中無助于表層硬度的提高，并將有效硬化層深度變淺。因此，優(yōu)選將Si的含量限制為0.50%以下。為了得到更深的有效硬化層，Si的含量的上限優(yōu)選設(shè)為0. I %。另一方面，由于使Si的含量顯著降低而導(dǎo)致制造成本升高，因此Si的含量的下限設(shè)為0. 003%。Ti和Nb為與在氮化時(shí)滲入的N和鋼中的C形成碳氮化物的元素，優(yōu)選添加一種或兩種。為了提高氮化層的硬度而使有效硬化層深度增加，優(yōu)選分別含有0. 01%以上的Ti、Nb。另一方面，即使分別含有超過0. 3%的Ti、Nb,由于提高氮化層的硬度而使有效硬化層深度增加的效果飽和，所以Ti、Nb的上限優(yōu)選設(shè)為0. 3%。B為使淬透性提高的元素，為了提高強(qiáng)度，優(yōu)選含有0. 0005%以上。另一方面，即使B的含量超過0. 005%，由于淬透性提高的效果飽和，因此B的含量的上限優(yōu)選設(shè)為
0.005%。在本發(fā)明中，為了使氮化處理部件的強(qiáng)度整體性地提高，氮化用鋼的鋼組織優(yōu)選為貝氏體、馬氏體中的一種或兩種。在貝氏體、馬氏體中，氮化處理時(shí)的析出強(qiáng)化所必須的合金元素的固溶量多。所以，通過將氮化處理前的原料的鋼組織設(shè)為含有很多貝氏體和馬氏體，通過氮化處理時(shí)的析出強(qiáng)化，能夠有效地提高氮化處理后的鋼材的氮化層的硬度。為了充分得到析出強(qiáng)化的效果，優(yōu)選將氮化用鋼的貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率設(shè)為50%以上。為了更有效地析出強(qiáng)化，更優(yōu)選將貝氏體、馬氏體中的一
種或兩種的合計(jì)的面積率設(shè)為70%以上。另外，氮化處理部件的鋼組織也與氮化用鋼相同，為了提高氮化層的硬度，優(yōu)選將貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率設(shè)為50%以上。為了更有效地析出強(qiáng)化，更優(yōu)選將貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率設(shè)為70%以上。在這里，貝氏體、馬氏體以外的組織優(yōu)選設(shè)為鐵素體、珠光體。鋼組織的貝氏體評價(jià)能夠通過以下方法進(jìn)行評價(jià)在鏡面研磨后，用硝酸乙醇腐蝕(Nital)液進(jìn)行蝕刻，用光學(xué)顯微鏡觀察。觀察在冷鍛前或熱鍛后進(jìn)行，觀察部位如果為棒鋼則可以設(shè)為直徑的1/4的位置。例如，如果為齒輪，則可以為圖3的符號(hào)2的位置。鋼組織的面積率可以通過以下方法求出用光學(xué)顯微鏡對于5個(gè)視野分別以500倍進(jìn)行觀察并拍攝照片，目測確定貝氏體部分，利用圖像解析求出貝氏體部分占照片整體的面積率。馬氏體的面積率也同樣地測定。而且，可以對本發(fā)明的氮化用鋼不進(jìn)行熱加工，而在由冷加工或切削加工等形成最終產(chǎn)品形狀之后，進(jìn)行氮化處理從而制成氮化處理部件。此時(shí)，在氮化用鋼的階段，優(yōu)選貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率為50%以上。另外，即使在對氮化用鋼進(jìn)行熱鍛等熱加工并進(jìn)而根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等從而形成最終產(chǎn)品形狀時(shí)，也優(yōu)選在氮化用鋼的階段貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率為50%以上。這是因?yàn)橥ㄟ^最終的熱加工，而容易將貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率設(shè)為50%以上。在將本發(fā)明中規(guī)定的氮化用鋼進(jìn)行熱加工或冷加工后，進(jìn)而根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等，實(shí)施氮化處理而得到氮化處理部件，該氮化處理部件同樣發(fā)揮本發(fā)明的效果。另外，也可以對與上述的氮化用鋼具有同樣的成分組成的鋼片進(jìn)行熱鍛等熱加工，進(jìn)而根據(jù)需要進(jìn)行切削加工等而形成最終產(chǎn)品形狀，之后進(jìn)行氮化處理而作為氮化處理部件。此時(shí)，在鋼片的階段，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率不必為50%以上。而且，鋼片可以為剛鑄造后的鋼片，也可以在鑄造后實(shí)施了熱鍛或熱軋等熱加工。本發(fā)明的氮化處理部件具有如下優(yōu)異的特性通過進(jìn)行氣體氮化、等離子體氮化、氣體軟氮化、鹽浴軟氮化等氮化處理，有效硬化層深度為300 以上，且表層硬度為700HV以上。
另外，本發(fā)明的氮化處理部件的有效硬化層深度優(yōu)選設(shè)為450 y m以下。因?yàn)榧词箤⒂行в不瘜由疃仍O(shè)為超過450 u m,只是氮化處理時(shí)間變長，氮化處理部件的疲勞強(qiáng)度提高也會(huì)飽和。而且，雖然本發(fā)明的氮化處理部件的表層硬度的上限沒有特別限定，但優(yōu)選設(shè)為1000HV。因?yàn)榧词箤⒈韺佑捕仍O(shè)為超過1000HV，氮化處理部件的疲勞強(qiáng)度提高也會(huì)飽和。此外，表層硬度為維氏硬度，基于JIS Z 2244進(jìn)行測定。根據(jù)軟氮化處理，只要是通常大小的部件，通過10小時(shí)以內(nèi)的處理時(shí)間，就能夠得到有效硬化層深度為300 iim以上、表層硬度為700HV以上這樣的優(yōu)異的特性。
另外，即使是以往在氮化處理中需要數(shù)周的處理時(shí)間的大型的部件，通過使用軟氮化處理，以I周左右也能夠得到有效硬化層深度為300 iim以上、表層硬度為700HV以上這樣的優(yōu)異的特性。接下來，對本發(fā)明的氮化用鋼及氮化處理部件的制造方法進(jìn)行說明。氮化用鋼主要由熱軋來制造。另外，氮化處理部件主要由熱鍛來制造。并且，在將貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)的面積率設(shè)為50%以上時(shí)，控制熱軋或熱鍛的加熱溫度和冷卻速度。熱軋或熱鍛前的加熱溫度如果小于1000°C，則有變形阻力增大，成本升高的可能性。另外，如果添加的合金元素沒有充分固熔，則淬透性降低，還有貝氏體分率降低的擔(dān)憂。所以，優(yōu)選將軋制前或鍛造前的加熱溫度設(shè)為1000°c以上。另一方面，如果加熱溫度超過1300°C，則奧氏體粒界粗大化，因此加熱溫度優(yōu)選為1300°C 以下。進(jìn)而，為了防止貝氏體和馬氏體的分率降低，抑制鐵素體、珠光體組織生成，優(yōu)選在熱軋或熱鍛后控制到500°C以下的冷卻速度。如果到500°C以下的冷卻速度的下限為小于0. I0C /S，則有貝氏體、馬氏體的面積
率降低，有可能變成鐵素體、珠光體組織。另外，為了提高馬氏體的面積率，到500°C以下的冷卻速度的上限優(yōu)選快。但是，從可加工性的觀點(diǎn)出發(fā)，在抑制馬氏體生成時(shí)，優(yōu)選將冷卻速度的上限設(shè)為10°c /s以下。所以，在熱軋或熱鍛后，到冷卻至500°C以下的冷卻速度優(yōu)選設(shè)為0. I 10°C的范圍。另外，能夠使用由熱軋而制造的本發(fā)明的氮化用鋼，冷加工(例如冷鍛、切削加工)為規(guī)定的形狀的部件而制造氮化處理部件。通過對使用了本發(fā)明的氮化用鋼的例如齒輪這樣的部件進(jìn)行氮化處理，能夠抑制熱處理應(yīng)變，并且能夠得到具有有效硬化層深度為300 iim以上、表層硬度為700HV以上的優(yōu)異的特性的表面硬化層的氮化處理部件。具備這樣的優(yōu)異特性的表面硬化層的氮化處理部件在疲勞強(qiáng)度上也優(yōu)異。作為氮化處理，能夠列舉氣體氮化、等離子體氮化、氣體軟氮化、鹽浴軟氮化。為了得到表層硬度為700HV以上、有效硬化層深度為300 以上的氮化層，在進(jìn)行氣體氮化時(shí)，例如在540°C的氨氣氛中，保持20小時(shí)以上。特別是作為氮化處理，例如在使用由570°C的N2+NH3+C02混合氣體進(jìn)行的普通的氣體軟氮化處理時(shí)，以10小時(shí)左右的處理時(shí)間能夠得到所述氮化層。
即，與對于以往的氮化用鋼材實(shí)施相同時(shí)間軟氮化處理時(shí)相比較，將本發(fā)明的氮化用鋼作為原料的部件、或?qū)⑴c本發(fā)明的氮化用鋼具有相同范圍內(nèi)的成分的鋼片進(jìn)行了熱加工而成的部件通過以工業(yè)上實(shí)用的時(shí)間實(shí)施軟氮化處理，能夠得到充分的表層硬度、和更深的有效硬化層。實(shí)施例接著，進(jìn)而用實(shí)施例說明本發(fā)明，但實(shí)施例中的條件是用于確認(rèn)本發(fā)明的可實(shí)施性和效果而采用的一個(gè)條件例，本發(fā)明并不限于這一個(gè)條件例。只要不脫離本發(fā)明的主旨、并達(dá)成本發(fā)明目的，本發(fā)明可以采用各種條件。首先，熔煉具有表I所示的化學(xué)成分的鋼。在表I中帶有下劃線的數(shù)值表示其為本發(fā)明的范圍外。表I
權(quán)利要求
1.一種氮化用鋼，其特征在于， 以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 05 0. 30%,Si :0. 003 0. 50%、Mn :0. 4 3. 0%、Cr :0. 2 0. 9%、Al :0. 19 0. 70%,V:0. 05 I. 0%和Mo :0. 05 0. 50%, Al和Cr的含量滿足0.5%≤ I. 9A1+Cr ≤ I. 8%, 剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化用鋼，其特征在于， 以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有Ti :0. 01 0. 3%和 Nb :0. 01 0. 3%中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化用鋼，其特征在于， 以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有B :0. 0005 0. 005%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氮化用鋼，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)面積率為50%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化用鋼，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)面積率為50%以上。
6.一種氮化處理部件，其特征在于， 以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 05 0. 30%,Si :0. 003 ~ 0. 50%Mn :0. 4 3. 0%、Cr :0. 2 0. 9%、Al :0. 19 0. 70%,V:0. 05 I. 0%和Mo :0. 05 0. 50%, Al和Cr的含量滿足0.5%≤ I. 9A1+Cr ≤ I. 8%, 剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì)，所述氮化處理部件在表層具有氮化層，表層硬度為700HV以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氮化處理部件，其特征在于， 以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有Ti :0. 01 0. 3%和Nb 0. 01 0. 3% 中的一種或兩種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的氮化處理部件，其特征在于， 以質(zhì)量％計(jì)，進(jìn)一步含有B :0. 0005 0. 005%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的氮化處理部件，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)面積率為50%以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化處理部件，其特征在于，貝氏體、馬氏體中的一種或兩種的合計(jì)面積率為50%以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求6、7、10中的任一項(xiàng)所述的氮化處理部件，其特征在于，所述氮化層的有效硬化層深度為300 450 u m。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化處理部件，其特征在于，所述氮化層的有效硬化層深度為 300 450 u m。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化處理部件，其特征在于，所述氮化層的有效硬化層深度為 300 450 u m。
全文摘要
本發(fā)明為氮化用鋼，其特征在于，使氮化前的強(qiáng)度降低而改善切削性，并且為了提高疲勞強(qiáng)度而將氮化層的有效硬化層加深，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.05～0.30％、Si0.003～0.50％、Mn0.4～3.0％、Cr0.2～0.9％、Al0.19～0.70％、V0.05～1.0％和Mo0.05～0.50％，Al和Cr的含量滿足0.5％≤1.9Al+Cr≤1.8％，剩余部分包含F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C23C8/50GK102803542SQ20108002663
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
發(fā)明者千田徹志, 樽井敏三, 平上大輔 申請人:新日本制鐵株式會(huì)社