[發(fā)明專利]氮化用鋼材和氮化部件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380015617.4
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN104220620A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 行德裕也;堀本雅之;今高秀樹;田中康介
• 申請（專利權(quán)）人: 新日鐵住金株式會社
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C21D1/06;C21D9/32;C23C8/26;C23C8/38;C23C8/50
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化用鋼材和氮化部件。具體而言，本發(fā)明涉及切削性、尤其是切屑處理性優(yōu)異，并且可使實施了氮化處理的部件具備高的芯部硬度和表面硬度以及深的有效硬化層深度，適合作為氮化部件的原材料使用的氮化用鋼材及使用其的氮化部件。

本發(fā)明中所述的“氮化”不僅僅是“使N侵入和擴散”的嚴(yán)格意義上的“氮化”，也包括作為“使N和C侵入和擴散”的處理的“軟氮化”。因此，在以下的說明中，包括“軟氮化”在內(nèi)，簡稱為“氮化”。

背景技術(shù)

齒輪、皮帶式無級變速器(CVT)用滑輪等的汽車的變速器等中使用的機械結(jié)構(gòu)用部件從提高彎曲疲勞強度、提高點蝕強度(pitting?strength)和提高耐磨耗性的觀點出發(fā)通常實施表面硬化處理。作為代表性的表面硬化處理，有滲碳淬火、高頻淬火、氮化等。

在上述當(dāng)中，滲碳淬火一般使用低碳鋼，是在Ac₃點以上的高溫的奧氏體區(qū)域使C侵入和擴散之后進行淬火的處理。滲碳淬火的長處是能夠獲得高的表面硬度和深的有效硬化層深度，但由于是伴有相變的處理，因此具有熱處理變形增大的問題。因此，在要求高部件精度的情況下，在滲碳淬火后需要磨削、珩磨(honing)等精加工。另外，還具有表層中生成的晶界氧化層、不完全淬火層等所謂的“滲碳異常層”成為彎曲疲勞等的破壞起點，使疲勞強度降低的問題。

高頻淬火是快速加熱至Ac₃點以上的高溫的奧氏體區(qū)域、冷卻進行淬火的處理。長處是有效硬化層深度的調(diào)整比較容易，但不是如滲碳那樣使碳侵入和擴散的表面硬化處理。因此，在高頻淬火的情況下，為了獲得必要的表面硬度、有效硬化層深度和芯部硬度，一般使用C量高于滲碳用鋼的中碳鋼。然而，中碳鋼的原材料的硬度高于低碳鋼，因此具有切削性降低的問題。另外，還需要為每一部件制作高頻加熱線圈。

與此相對，氮化是在Ac₁點以下的400～550℃左右的溫度下使N侵入和擴散從而獲得高的表面硬度和適度的有效硬化層深度的處理，與滲碳淬火和高頻淬火相比，處理溫度低，因此長處是熱處理變形小。

另外，氮化之中的軟氮化是在Ac₁點以下的500～650℃左右的溫度下使N和C侵入和擴散從而獲得高的表面硬度的處理，由于處理時間是數(shù)小時的短時間，因此是適合于大量生產(chǎn)的處理。

此外，隨著最近的以抑制地球變暖為背景的削減溫室效應(yīng)氣體的潮流，期望削減諸如滲碳淬火之類的高溫下保持的工序。因此，氮化是順應(yīng)時代的處理。

然而，以往的氮化用鋼材具有如以下的(1)和(2)所示的問題。

(1)氮化不進行始于高溫的奧氏體區(qū)域的淬火處理，即不能實現(xiàn)伴隨有馬氏體相變的強化的表面強化處理。因此，為了確保氮化部件具有所需的芯部硬度，必須含有大量的合金元素，因此原材料的硬度增高，切削性差。

(2)作為代表性的氮化用鋼，有JIS?G4053(2008)中規(guī)定的鋁鉻鉬鋼(SACM645)。然而，雖然該鋼由于Cr、Al等在表面附近生成氮化物，可以獲得高的表面硬度，但由于有效硬化層淺，不能確保高的彎曲疲勞強度。

因此，為了消除上述問題，例如在專利文獻1和專利文獻2中公開了與氮化有關(guān)的技術(shù)。

專利文獻1中公開了能夠容易進行具有復(fù)雜孔形狀的拉削(broaching)加工，且軟氮化處理后的表面硬度、硬化深度優(yōu)異的“氮化部件用原材料”。該“氮化部件用原材料”按質(zhì)量％計含有C：0.10～0.40％、Si：0.50％以下、Mn：0.30～1.50％、Cr：0.30～2.00％、V：超過0.15～0.50％、Al：0.02～0.50％，根據(jù)需要進一步含有選自Ni、Mo、S、Bi、Se、Ca、Te、Nb和Ti中的一種以上，余量由Fe和雜質(zhì)組成，且是包含鐵素體硬度按維氏硬度計為190以上的鐵素體貝氏體組織的氮化部件用原材料。

專利文獻2中公開了可以獲得在表面硬化處理時為低應(yīng)變、并且耐磨耗性和疲勞強度優(yōu)異的機械結(jié)構(gòu)用部件的“低應(yīng)變高強度構(gòu)件的制造方法”。該“低應(yīng)變高強度構(gòu)件的制造方法”是如下的技術(shù)：以按質(zhì)量％計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、根據(jù)需要還含有B：0.0040～0.0200％和N：0.005～0.025％、余量由Fe和雜質(zhì)組成的鋼為原材料，在設(shè)定為比通常的熱鍛造溫度低的900～1050℃的溫度之后進行鍛造加工，機械加工為構(gòu)件形狀之后在550～600℃下實施軟氮化處理。

現(xiàn)有技術(shù)文獻