[发明专利]钢的热处理方法、机械零部件的制造方法及机械零部件

说明书

技术领域

本发明涉及钢的热处理方法、机械零部件的制造方法及机械零部件，尤其特定地涉及包括对由含有3.75质量％以上的铬的钢构成的被处理物进行氮化的工序的钢的热处理方法、由含有3.75质量％以上的铬的钢构成且表层部经过氮化处理的机械零部件及其制造方法。

背景技术

为了提高由钢构成的零部件的表层部的强度，有时进行钢的氮化处理。作为现有的钢的氮化处理方法，代表性的有通过在包含氨等作为氮源的气体的气氛中对钢加热而使氮侵入钢的表层部的气体软氮化处理。但是，铬含量高的钢、例如含有3.75质量％以上的铬的钢的表层部形成有化学性质稳定的氧化膜。因此存在如下问题，即：即使对铬含量高的钢实施上述软氮化处理，氮也无法侵入钢的表层部，钢不被氮化的问题。

针对该问题，提出了如下处理方法，即：将由钢构成的被处理物配置在经减压的炉内，在向该炉内导入包含作为氮源的气体的气体的条件下使被处理物和例如炉壁等与被处理物相对地配置的构件之间产生电位差，从而产生辉光放电，使氮侵入构成被处理物的钢的表层部的处理(等离子体氮化处理)(例如参照日本专利特开平2-57675号公报(专利文献1))。另外，关于等离子体氮化处理的控制，例如提出了基于辉光放电的分光分析来进行等离子体氮化处理的控制的方法、以及基于在被处理物中流动的电流的电流密度来进行等离子体氮化处理的方法(例如参照日本专利特开平7-118826号公报(专利文献2)及日本专利特开平9-3646号公报(专利文献3))。

专利文献1：日本专利特开平2-57675号公报

专利文献2：日本专利特开平7-118826号公报

专利文献3：日本专利特开平9-3646号公报

发明的揭示

然而，上述等离子体氮化处理及其控制方法中，难以避免侵入经等离子体氮化的钢的表层部的氮量达到氮的固溶极限(将析出物所含的氮也包括在内的固溶极限)这个问题。因此，对经过适当的淬火及回火的钢实施等离子体氮化处理时，会形成沿晶界析出的铁的氮化物(Fe₃N、Fe₄N等)。长宽比在2以上且形成为7.5μm以上的长度的铁的氮化物(下面，将长宽比在2以上且具有7.5μm以上的长度、沿晶界形成的铁的氮化物称作晶界析出物)可能会成为剥离或断裂的起点。

更具体而言，如果将因实施等离子体氮化而形成有晶界析出物的被处理物用于机械零部件，则该机械零部件反复受到应力时，可能会很快地发生剥离或断裂(疲劳强度的下降)。此外，如果形成有晶界析出物的机械零部件受到冲击性的应力，则可能会容易发生破损(韧性的下降)。如上所述，构成机械零部件的钢形成有晶界析出物时，虽然表层部具有高硬度，但可能会产生疲劳强度和韧性下降的问题。

于是，本发明的目的是提供一种对表层部进行氮化处理而形成高硬度的表层部并且能抑制晶界析出物的产生的含有3.75质量％以上的铬的钢的热处理方法，对表层部进行氮化处理而形成高硬度的表层部并且能抑制晶界析出物的产生的由含有3.75质量％以上的铬的钢构成的机械零部件的制造方法，以及由含有3.75质量％以上的铬的钢构成且通过对表层部进行氮化处理而具有高硬度的表层部并且晶界析出物的产生得到抑制的机械零部件。

本发明的一种情况下的钢的热处理方法包括：将钢淬火硬化的工序；对该钢进行等离子体氮化的工序；以及将该钢保持于扩散温度的工序。在将钢淬火硬化的工序中，将含有0.77质量％以上0.85质量％以下的碳、0.01质量％以上0.25质量％以下的硅、0.01质量％以上0.35质量％以下的锰、0.01质量％以上0.15质量％以下的镍、3.75质量％以上4.25质量％以下的铬、4质量％以上4.5质量％以下的钼、0.9质量％以上1.1质量％以下的钒、剩余部分由铁和杂质构成的钢淬火硬化。在对钢进行等离子体氮化的工序中，对经淬火硬化的上述钢进行等离子体氮化。在将钢保持于扩散温度的工序中，将经等离子体氮化的钢保持于300℃以上480℃以下的扩散温度。

本发明人针对包括等离子体氮化处理在内的钢的热处理方法中能在赋予表层部以足够的硬度的同时抑制晶界析出物的形成的方法进行了详细研究。结果发现，如下所述，通过将经等离子体氮化的钢保持于300℃以上480℃以下的扩散温度，能在充分确保表层部的硬度的同时减少晶界析出物。