[发明专利]软氮化用钢和软氮化部件以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及软氮化用钢及由该软氮化用钢得到的软氮化部件以及它们的制造方法，尤其在软氮化处理后疲劳特性优异，可适用于汽车、建设机械用部件。

背景技术

对汽车的齿轮等机械构造部件要求优异的疲劳特性，通常均实施表面固化处理。作为表面固化处理，熟知的有渗碳处理、高频淬火处理以及氮化处理等。

其中，从在高温的奥氏体域中使C侵入·扩散的角度考虑，渗碳处理能够得到深的固化深度，对疲劳强度的提高有效。然而，由于进行渗碳处理会发生热处理变形，所以从静肃性等观点考虑，很难用于对要求严密尺寸精度的部件。

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，因此仍然会发生热处理变形，与渗碳处理同样尺寸精度差。

另一方面，由于氮化处理是在Ac₁变态点以下的较低的温度区域使氮侵入·扩散而提高表面硬度的处理，所以不发生上述那样的热处理变形。然而，存在处理时间长到50～100小时，并且需要在处理后除去表层的脆性化合物层这种问题。

因此，已开发有与氮化处理同程度的处理温度但缩短了处理时间的软氮化处理，近年来以机械构造用部件等作为对象得到了广泛普及。该软氮化处理是在500～600℃的温度区域使N和C同时侵入·扩散来固化表面，所以与以往的氮化处理相比较，能够使处理时间缩短一半以下。

然而，相对于在上述的渗碳处理中通过淬火固化而能使芯部硬度上升，软氮化处理在钢的变态点以下的温度进行处理，因此芯部硬度不上升，与渗碳处理材料相比较，软氮化处理材料的疲劳强度差。

为了提高这样的软氮化处理材的疲劳强度，通常在软氮化处理前进行淬火·回火处理，使芯部硬度上升，但得到的疲劳强度很难说充分，且制造成本上升，而且机械加工性也会降低。

为了解决这样的问题，在专利文献1中提出了通过在钢中含有Ni、Al、Cr、Ti等，从而在软氮化处理后能够得到高弯曲疲劳强度的软氮化用钢。

即，该钢通过软氮化处理，对于芯部，以Ni-Al、Ni-Ti系的金属间化合物或Cu化合物使其时效固化，另一方面，对于表层部，通过在氮化层中使Cr、Al、Ti等氮化物或碳化物析出固化，从而能够提高弯曲疲劳强度。

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％的Cu的钢在热锻中进行锻压拉伸后，空冷，形成固溶有Cu的铁素体主体的组织，在580℃、120分钟的软氮化处理中使Cu析出固化，进而通过并用Ti、V以及Nb碳氮化合物的析出固化，能够在软氮化处理后得到优异的弯曲疲劳特性。

在专利文献3中提出了使Ti-Mo碳化物以及含有Nb、V、W的一种或二种以上的碳化物进行了分散的软氮化用钢。

先行技术文献

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

发明内容

然而，专利文献1中记载的软氮化用钢虽然通过Ni-Al、Ni-Ti系的金属间化合物或Cu的析出固化而使弯曲疲劳强度提高，但很难说加工性的确保充分，并且专利文献2中记载的软氮化用钢需要添加较大量的Cu、Ti、V、Nb，因此存在生产成本变高这种问题。另外，专利文献3中记载的软氮化用钢含有较大量的Ti、Mo，因此也存在高成本这种问题。

本发明为了有利解决上述问题，其目的在于提供一种在软氮化处理前通过抑制固化而确保了机械加工性的软氮化用钢及其制造方法。

另外，本发明的目的在于提供一种在机械加工后通过软氮化处理提高芯部硬度进而能够提高疲劳特性的软氮化部件及其制造方法。

在此，发明人等为了解决上述课题，对钢的成分组成及组织的影响进行了深入研究。

其结果，得到了如下见解：作为钢的成分组成，适量含有V和Nb，并且作为钢组织，以面积率计使贝氏体相超过50％，从而可在不含Ti、Cu之类的较高价的元素的情况下就能够得到优异的机械加工性，并且在软氮化处理后，在芯部使含有V和Nb的微细析出物分散析出而使芯部硬度上升，从而能够得到优异的疲劳特性。

本发明基于上述见解，对其进行进一步研究而完成的。

即，本发明的要旨构成如下。