[发明专利]冷锻氮化用钢、冷锻氮化用钢材及冷锻氮化部件

说明书

技术领域

本发明涉及冷锻氮化用钢、冷锻氮化用钢材以及冷锻氮化部件。具体而言，本发明涉及冷锻性和冷锻后的切削性尤其是切屑处理性优异，同时能够使实施了冷锻和氮化的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，适于用作冷锻氮化部件的原材料的冷锻氮化用钢和冷锻氮化用钢材、以及使用其得到的冷锻氮化部件。

本发明中所称的“氮化”，不仅包括作为“使N侵入、扩散”处理的“氮化”，还包括作为“使N和C侵入、扩散”处理的“软氮化”。因此，以下的说明中，包括“软氮化”在内仅称为“氮化”。

另外，上述“冷锻氮化”指的是进行“冷锻”后进一步实施“氮化”处理。

背景技术

对于齿轮、带式无级变速机(CVT)用滑轮等汽车的变速箱等中使用的机械结构用部件，从弯曲疲劳强度提高、点蚀强度提高和耐磨耗性提高的观点考虑，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。

上述中，渗碳淬火为下述处理：通常使用低碳钢，在Ac₃点以上的高温的奥氏体区域使C侵入、扩散后，进行淬火的处理。渗碳淬火具有得到高的表面硬度和深的有效硬化层深度的优点，但是由于为伴随有相变的处理，存在热处理变形增大的问题。因此，要求高的部件精度时，在渗碳淬火后需要磨削、珩磨等精加工。另外还存在生成在表层的晶界氧化层、不完全淬火层等所谓“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。

高频淬火为急速加热到Ac₃点以上的高温的奥氏体区域、并进行冷却而进行淬火的处理。虽然具有比较容易调整有效硬化层深度的优点，但是并不是如渗碳那样使C侵入、扩散的表面硬化处理。因此高频淬火的情况下，为了得到必要的表面硬度、有效硬化层深度和芯部硬度，通常使用C量比渗碳用钢高的中碳钢。但是，中碳钢由于原材料硬度比低碳钢高，因此存在切削性降低的问题。另外，需要对各个部件分别制作高频加热线圈。

与此相对，氮化为在Ac₁点以下的400～550℃左右的温度下，使N侵入、扩散而得到高的表面硬度和适当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，因此具有热处理变形小的优点。

另外，氮化中软氮化为在Ac₁点以下的500～650℃左右的温度下，使N和C侵入、扩散而得到高的表面硬度的处理，由于处理时间短、为数小时，因此为适于大量生产的处理。

进而，随着近来的以抑制全球变暖为背景的减少温室效应气体的潮流，期待减少渗碳淬火之类高温下保持的工序。因此氮化是顺应时代的处理。

但是，以往的氮化用钢存在以下的<1>～<3>所述的问题。

<1>氮化为不进行从高温的奥氏体区域的淬火处理的表面硬化处理、即为不能进行伴随有马氏体相变的强化的表面硬化处理。因此，为了使氮化部件确保所希望的芯部硬度而需要含有大量的合金元素，结果难以利用冷锻进行成型加工，需要利用热锻等进行成型加工。

<2>作为代表性的氮化用钢，有JIS G 4053(2008)中规定的铝铬钼钢(SACM645)。但是，该钢虽然由于Cr、Al等在表面附近生成氮化物，可以得到高的表面硬度，但是由于有效硬化层浅，因此不能确保高的弯曲疲劳强度。

<3>氮化中软氮化由于在500～650℃左右的温度区域保持数小时，因此部件的芯部易回火软化。其结果，对于负荷高表面压力的部件而言，芯部易产生塑性变形，接触面凹陷而变形。

因此，为了解决前述问题，例如专利文献1和专利文献2中公开了氮化相关的技术。

专利文献1中公开了目的在于提供轧制后的硬度按维氏硬度计为200以下、软氮化性和冷锻性优异的软氮化用钢的“冷锻性优异的软氮化用钢”。上述“软氮化用钢”，按质量％计含有C：0.05～0.25％、Si：0.50％以下、Mn：0.55％以下、Cr：0.50～2.00％、V：0.02～0.35％和Al：0.005～0.050％，根据需要进而含有Nb：0.02～0.35％，剩余部分由Fe和杂质元素组成。