[发明专利]氮化用钢材和氮化部件

说明书

技术领域

本发明涉及氮化用钢材和氮化部件。具体而言，本发明涉及切削性、尤其是切屑处理性优异，并且可使实施了氮化处理的部件具备高的芯部硬度和表面硬度以及深的有效硬化层深度，适合作为氮化部件的原材料使用的氮化用钢材及使用其的氮化部件。

本发明中所述的“氮化”不仅仅是“使N侵入和扩散”的严格意义上的“氮化”，也包括作为“使N和C侵入和扩散”的处理的“软氮化”。因此，在以下的说明中，包括“软氮化”在内，简称为“氮化”。

背景技术

齿轮、皮带式无级变速器(CVT)用滑轮等的汽车的变速器等中使用的机械结构用部件从提高弯曲疲劳强度、提高点蚀强度(pitting strength)和提高耐磨耗性的观点出发通常实施表面硬化处理。作为代表性的表面硬化处理，有渗碳淬火、高频淬火、氮化等。

在上述当中，渗碳淬火一般使用低碳钢，是在Ac₃点以上的高温的奥氏体区域使C侵入和扩散之后进行淬火的处理。渗碳淬火的长处是能够获得高的表面硬度和深的有效硬化层深度，但由于是伴有相变的处理，因此具有热处理变形增大的问题。因此，在要求高部件精度的情况下，在渗碳淬火后需要磨削、珩磨(honing)等精加工。另外，还具有表层中生成的晶界氧化层、不完全淬火层等所谓的“渗碳异常层”成为弯曲疲劳等的破坏起点，使疲劳强度降低的问题。

高频淬火是快速加热至Ac₃点以上的高温的奥氏体区域、冷却进行淬火的处理。长处是有效硬化层深度的调整比较容易，但不是如渗碳那样使碳侵入和扩散的表面硬化处理。因此，在高频淬火的情况下，为了获得必要的表面硬度、有效硬化层深度和芯部硬度，一般使用C量高于渗碳用钢的中碳钢。然而，中碳钢的原材料的硬度高于低碳钢，因此具有切削性降低的问题。另外，还需要为每一部件制作高频加热线圈。

与此相对，氮化是在Ac₁点以下的400～550℃左右的温度下使N侵入和扩散从而获得高的表面硬度和适度的有效硬化层深度的处理，与渗碳淬火和高频淬火相比，处理温度低，因此长处是热处理变形小。

另外，氮化之中的软氮化是在Ac₁点以下的500～650℃左右的温度下使N和C侵入和扩散从而获得高的表面硬度的处理，由于处理时间是数小时的短时间，因此是适合于大量生产的处理。

此外，随着最近的以抑制地球变暖为背景的削减温室效应气体的潮流，期望削减诸如渗碳淬火之类的高温下保持的工序。因此，氮化是顺应时代的处理。

然而，以往的氮化用钢材具有如以下的(1)和(2)所示的问题。

(1)氮化不进行始于高温的奥氏体区域的淬火处理，即不能实现伴随有马氏体相变的强化的表面强化处理。因此，为了确保氮化部件具有所需的芯部硬度，必须含有大量的合金元素，因此原材料的硬度增高，切削性差。

(2)作为代表性的氮化用钢，有JIS G4053(2008)中规定的铝铬钼钢(SACM645)。然而，虽然该钢由于Cr、Al等在表面附近生成氮化物，可以获得高的表面硬度，但由于有效硬化层浅，不能确保高的弯曲疲劳强度。

因此，为了消除上述问题，例如在专利文献1和专利文献2中公开了与氮化有关的技术。

专利文献1中公开了能够容易进行具有复杂孔形状的拉削(broaching)加工，且软氮化处理后的表面硬度、硬化深度优异的“氮化部件用原材料”。该“氮化部件用原材料”按质量％计含有C：0.10～0.40％、Si：0.50％以下、Mn：0.30～1.50％、Cr：0.30～2.00％、V：超过0.15～0.50％、Al：0.02～0.50％，根据需要进一步含有选自Ni、Mo、S、Bi、Se、Ca、Te、Nb和Ti中的一种以上，余量由Fe和杂质组成，且是包含铁素体硬度按维氏硬度计为190以上的铁素体贝氏体组织的氮化部件用原材料。

专利文献2中公开了可以获得在表面硬化处理时为低应变、并且耐磨耗性和疲劳强度优异的机械结构用部件的“低应变高强度构件的制造方法”。该“低应变高强度构件的制造方法”是如下的技术：以按质量％计C：0.10～0.25％、Si：0.50％以下、Mn：0.50～1.50％、Cr：0.5～2.0％、Mo：0.1～1.0％、V：0.05～0.50％、Al：0.50％以下、根据需要还含有B：0.0040～0.0200％和N：0.005～0.025％、余量由Fe和杂质组成的钢为原材料，在设定为比通常的热锻造温度低的900～1050℃的温度之后进行锻造加工，机械加工为构件形状之后在550～600℃下实施软氮化处理。

现有技术文献