[发明专利]氮碳共渗的曲轴及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过对非调质钢(microalloyed steel)进行氮碳共渗处理获得的氮碳共渗的曲轴和该氮碳共渗的曲轴的制造方法，特别是，通过对贝氏体型非调质钢进行氮碳共渗处理获得的氮碳共渗的曲轴和氮碳共渗的曲轴的制造方法。

背景技术

在用于车辆的往复式发动机的曲轴的情况下，热锻造由碳钢或低合金钢制得的钢材料以粗略地成型，进行如调质等热处理，然后机械加工成沿长度方向弯曲的曲轴的形状。此外，进行如氮碳共渗等表面硬化处理。另外，在使用非调质钢的情况下，可省略热锻造后的热处理并且可直接进行机械加工。特别是，在使用贝氏体型非调质钢以给出主要由贝氏体构成的微金属结构的情况下，可通过控制热锻造期间的热历史来省略如调质等热处理，并且可改进作为曲轴的疲劳强度。

例如，专利文献1公开了省略热锻造后的热处理的情况下，使用贝氏体型非调质钢制造氮碳共渗机械部件如曲轴的方法。通过调节非调质钢的成分组成并且通过优化热锻造前的加热温度和锻造后的冷却速度，将热锻造产品的微金属结构中的贝氏体结构的比例调整至50％以上，并且可提高疲劳强度。另外，通过优化氮碳共渗处理条件，即使当省略热锻造后的热处理时，也可获得具有以下的氮碳共渗机械部件：可进行工业生产方面的如切削等机械加工的此类机械性质；和高疲劳强度。更详细地，通过调整非调质钢的成分组成，将为淬透性的指标的DI值和为产生珠光体的临界冷却温度的指标的Kp值限制在预定范围内，并且限制含有的元素的碳当量，由此确保机械部件需要的硬度和切削加工性(机械加工性)，并且随着Si和Mn的含量可进一步改进疲劳强度。

另外，由于具有沿长度方向弯曲的形状的曲轴在表面硬化处理时容易弯曲，可能有必要表面处理后进行用于矫直弯曲的弯曲矫直处理。同时，通常，作为曲轴的具有高疲劳强度的钢材料具有高机械强度，由此可能难以进行上述弯曲矫直处理。

例如，专利文献2公开了氮碳共渗的曲轴的制造方法，该方法使用具有添加至其中的Mo和V的贝氏体型非调质钢并且在氮碳共渗处理步骤前施加用于释放加工应变的应变释放热处理以抑制通过氮碳共渗处理发生的弯曲，由此省略氮碳共渗处理后的弯曲矫直处理。考虑到加工应变的释放和由于过时效导致的强度降低，上述应变释放热处理优选在300℃-650℃下进行10分钟-180分钟。此外，公开了通过调整C、Si、Mn、Cr、Mo与V的含量和通过将为贝氏体的生成稳定化的指标的Kf值、为热锻造产品硬度的指标的Hf值以及为氮碳共渗处理后的内部硬度的指标的Hg值限制在预定范围，将贝氏体结构的比例调整至70％以上，并且通过控制热锻造后的硬度，可确保机械加工性并且可提高氮碳共渗处理后的内部硬度。

[专利文献1]JP-A-2007-146232

[专利文献2]JP-A-2011-094203

发明内容

制造氮碳共渗的曲轴时，从制造性的观点，优选使用贝氏体型非调质钢，因为可省略热锻造后的热处理，此外，抑制通过氮碳共渗处理发生的弯曲，从而可省略弯曲矫直处理。然而，因为抑制通过氮碳共渗处理发生的弯曲，所以不优选的是牺牲作为曲轴的机械强度。

本发明鉴于上述情况而设计，及其目的是提供在不牺牲作为曲轴的机械强度情况下具有优良的制造性的氮碳共渗的曲轴和氮碳共渗的曲轴的制造方法。

本发明提供通过将贝氏体型非调质钢进行锻造和机械加工，并且进一步将贝氏体型非调质钢至少进行应变释放热处理和随后的氮碳共渗处理获得氮碳共渗的曲轴的制造方法，上述贝氏体型非调质钢包含作为必需添加的元素的，以质量％计：0.10％-0.40％的C；0.10％-1.0％的Si；1.0％-2.0％的Mn；0.05％-0.40％的Mo；以及0.05％-0.40％的V，并且贝氏体型非调质钢可选择地进一步包含作为任意添加的元素的，以质量％计：0.01％-0.1％的S；0.005％-0.2％的Ti；0.001％-0.03％的Al；0.50％以下的Cr；0.5％以下的Cu；以及0.5％以下的Ni，余量为Fe和不可避免的杂质，其中至少将作为不可避免的杂质之一P的含量抑制至0.025％以下，其中选择非调质钢以满足：

[C]+0.27[Mn]+0.32[Cr]+0.27[Mo]+0.38[V]≥0.72，

[C]+0.01[Si]+0.09[Mn]+0.l3[Cr]+0.12[Mo]+0.28[V]<0.65，和