[发明专利]软氮化用钢、软氮化钢部件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在进行软氮化处理后使用的钢部件中使用的软氮化用钢、软氮化钢部件及其制造方法。

本申请基于2010年3月16日提出的日本专利申请特愿2010-59230号并主张其优先权，这里引用其内容。

背景技术

汽车、建筑机械、农业机械、发电用风车以及其它产业机械等中使用的动力传递部件(例如齿轮、轴承、CVT绳轮、轴等)的大部分根据提高部件的疲劳特性和增强耐磨性等目的在实施表面硬化处理后使用。在该各种表面硬化处理之中，渗碳处理因在部件表面的硬度、硬化层的深度、生产效率等方面比其它的表面硬化处理更为优良，因而能够适用于非常多的部件。例如，在齿轮以及轴承部件的情况下，通常采用热锻、冷锻、切削或它们的组合而对JIS的SCM420、SCR420、SNCM220等中碳合金钢实施机械加工，从而使其成为规定的形状，然后进行渗碳处理或渗碳氮化处理。然而，渗碳处理在930℃左右对部件长时间加热保温后进行淬火，所以在高温下的加热保温时部件发生变形。另外，也发生与升温时的奥氏体相变或淬火时的马氏体相变等相变相伴随的体积变化。这样一来，渗碳处理后的部件产生热处理变形，因而与机械加工时的部件相比，存在的缺点是渗碳处理后的部件的精度不可避免地发生劣化。

在软氮化处理中，由于加热到比渗碳处理的加热温度更低的A1温度以下的铁素体区域，因而与渗碳处理相比，热处理变形极小。另外，最近为了提高汽车的性能，要求提高齿面疲劳强度。特别是在齿轮的使用中，由于齿面的表面温度上升到300℃左右，因而提高在300℃下的硬度(或300℃回火后的硬度，以下称为300℃回火硬度)对于齿面疲劳强度的改善是有效的。渗碳齿轮(渗碳部件)如果暴露在比回火温度(通常为150℃左右)更高的温度下，则马氏体经受回火而使硬度降低。然而，实施了通常的软氮化处理的部件在软氮化处理时已经暴露于400℃以上的温度下，因而使用中即使温度上升到300℃附近，硬度也几乎不会降低。因此，实施了软氮化处理的部件从齿面疲劳强度的角度考虑是有利的。

然而，一般地说，实施了软氮化处理的部件与实施了渗碳处理的部件相比，所存在的缺点是硬化层深度较浅。这里，“硬化层(析出硬化层)”不是最表面的化合物层，而是存在于比该化合物层更靠内侧、且通过氮化处理而使氮得以扩散的“扩散层”。因此，为了得到与实施过渗碳处理的部件相同的硬化层深度，有必要大大延长软氮化处理时间。因此，软氮化处理在生产率以及成本方面较差，还不太普及。

作为疲劳特性优良的软氮化用钢，例如在专利文献1～5中，为了得到硬化层，公开了软氮化时与Cr、Ti、V、Mo等元素形成氮化物的技术。然而，在这些技术中，由于基材的碳量较多，因而应该形成氮化物的合金元素以碳化物的形式固定下来，从而硬化层的硬化量以及硬化层深度并不充分。在专利文献6、7中，公开了碳量比较少的软氮化用钢，为了得到硬化层，较多地增加Al的添加量，从而通过软氮化形成Al的氮化物。这样一来，如果Al的添加量较多，则硬化层(扩散层)的硬度增加，但硬化层深度显著减少。因此，在这些技术中，难以得到可以代替渗碳的硬化层深度。在专利文献8中，公开了相对降低碳量，以析出物的形式形成Mo、Ti等元素的碳化物，从而提高部件的疲劳强度的技术。然而，由于Ti的添加量较少，因而硬化层的硬化量以及硬化层深度并不充分。在专利文献9～11中，公开了除氮化物的析出外，还利用Cu的析出，由此提高部件的疲劳强度的技术。然而，由于Ti的添加量较少，因而硬化层的硬化量以及硬化层深度并不充分。在专利文献12中，在钢中极其大量地添加Cu、Ni、Al等元素，除了表层部的氮化物以外，还使金属间化合物在心部析出，从而提高疲劳强度的技术。然而，由于氮化物形成元素的添加量非常多，因而存在的问题是硬化层深度变浅。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3849296号

专利文献2：日本专利第3353698号

专利文献3：日本特开平11-229032号公报

专利文献4：日本专利第3855418号

专利文献5：日本特开2005-281857号公报

专利文献6：日本特开平9-279295号公报

专利文献7：日本特开平5-59488号公报

专利文献8：日本特开2004-3010号公报

专利文献9：日本专利第4291941号

专利文献10：日本特开2002-69571号公报

专利文献11：日本特开平10-306343号公报