[发明专利]软氮化用钢及软氮化部件以及它们的制造方法

说明书

提供确保了软氮化处理前的机械加工性的软氮化用钢。本发明的软氮化用钢具有下述成分组成和钢组织，成分组成在满足式(1)或(2)的范围内以质量％计含有C：0.02％以上且低于0.15％、Si：0.30％以下、Mn：1.5％以上且2.5％以下、P：0.025％以下、S：0.06％以下、Cr：0.5％以上且2.0％以下、Mo：0.005％以上且0.2％以下、V：0.02％以上且0.20％以下、Nb：0.003％以上且0.20％以下、Al：超过0.020％且为1.0％以下、Ti：超过0.0050％且为0.015％以下、N：0.0200％以下及Sb：0.0030％以上且0.010％以下，余量为Fe及不可避免的杂质，钢组织中，贝氏体相的面积率超过50％，原始奥氏体粒径为100μm以下，圆当量粒径为30nm以下的Ti析出物以300个/μm²以上分散，且Sb偏析于原始奥氏体晶界。

技术领域

本发明涉及软氮化用钢及使用该软氮化用钢的软氮化部件，进而涉及它们的制造方法。本发明特别涉及热锻造性、软氮化处理后的疲劳特性优异且软氮化处理中的热处理应变小的适合作为汽车、工程机械的部件的软氮化用钢。

背景技术

汽车的齿轮等机械结构部件要求优异的疲劳特性，因此，通常实施表面硬化处理。作为该表面硬化处理，已知有渗碳处理、高频淬火处理及氮化处理，等等。

其中，渗碳处理由于使C侵入/扩散到高温的奥氏体区域中，因此能够获得深的硬化深度，对于疲劳强度的提高是有效的。但是，通过渗碳处理而产生热处理应变，因此，对于例如从静音性等观点出发要求严格的尺寸精度的部件，难以应用渗碳处理。

另外，高频淬火处理是通过高频感应加热对表层部进行淬火的处理，因此仍会产生热处理应变。由此，与渗碳处理同样地，高频淬火处理后的部件的尺寸精度变差。

另一方面，氮化处理是在Ac₁相变点以下的较低温度范围内使氮侵入/扩散以提高表面硬度的处理，因此，上述的热处理应变小。但是，存在不仅处理时间长达50～100小时，而且需要在处理后将表层的脆的化合物层除去的问题。

因此，开发了采用与氮化处理相同程度的处理温度使处理时间缩短的软氮化处理，近年来，以机械结构用部件等为对象而广泛应用。该软氮化处理在500～600℃的温度范围内使氮(N)和碳(C)同时侵入/扩散以使表面硬化，与以往的氮化处理比较，能够使处理时间减至一半以下。

但是，在上述的渗碳处理中能够通过淬火硬化使部件的芯部硬度升高，但软氮化处理于钢的相变点以下的温度进行处理，因此，芯部硬度不会提高。由此，软氮化处理材料与渗碳处理材料比较，疲劳强度差。

为了提高这样的软氮化处理材料的疲劳强度，通常在软氮化处理前进行淬火/回火处理以使芯部硬度升高，但所得到的疲劳强度并不充分，另外，制造成本上升，此外，机械加工性也下降。

此外，还开发了通过在上述软氮化处理中添加碳氮化物生成元素来提高疲劳强度的技术。但是，随着碳氮化物的析出而元素扩散，需要进行晶格重组，因此存在产生许多热处理应变、部件精度降低的问题。

为了解决以上的疲劳强度和热处理应变的2个课题，在专利文献1中提出了一种软氮化用钢，其通过在钢中含有Ni、Al、Cr、Ti等而在软氮化处理后获得高弯曲疲劳强度。

即，该钢通过软氮化处理，从而针对芯部利用Ni-Al、Ni-Ti系的金属间化合物或Cu化合物使之时效硬化，另一方面，针对表层部，使Cr、Al、Ti等的氮化物、碳化物析出并固化到氮化层中，从而提高弯曲疲劳强度。

另外，在专利文献2中提出了一种软氮化用钢，其将含有0.5～2％的Cu的钢通过热锻造进行锻造延伸后进行空冷，形成以固溶有Cu的铁素体为主体的组织，然后，在580℃、120分钟的软氮化处理中使Cu析出硬化，进而并用Ti、V及Nb碳氮化物的析出硬化，在软氮化处理后获得优异的弯曲疲劳特性。