CN102089452A - 软氮化用钢和软氮化处理部件 - Google Patents

Abstract

本发明为了改善疲劳强度而涉及可得到更深的有效硬化层的钢材，该钢材的特征在于，以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：低于0.1％、Mn：0.4～3％、Cr：0.5～3％、Al：0.01～0.3％，还含有Mo：0.2～1.5％、V：0.05～1.0％中的一种或者两种，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成；由具有50％以上的贝氏体的组织构成。

Description

软氮化用钢和软氮化处理部件

技术领域

本发明涉及具有可加工性和强度、并且可得到深的有效硬化层的软氮化用钢以及对该软氮化用钢进行软氮化处理而制造出的软氮化处理部件。

背景技术

在汽车和各种产业机械上使用数量很多的以疲劳强度的改善为目的实施了表面硬化处理的部件。代表性的表面硬化处理方法是渗碳、氮化、高频淬火等。

氮化处理与其他方法不同，是在钢的相变点以下的低温进行处理，因此具有能够减小热处理变形的优点，但由于是在低温下的处理，因此有效硬化层变浅。

在氨气氛下进行的氮化处理，虽可得到高的表面硬度，但氮的扩散慢，通常需要20小时以上的处理时间。

在含有氮气和碳的浴或者气氛下进行的软氮化处理，能够增大氮的扩散速度，经数小时即能够得到100μm以上的有效硬化层深度，因此是适合于改善疲劳强度的方法。

为了得到疲劳强度更高的钢部件，需要使有效硬化层更深，因此曾提出了为了得到所需要的硬度和深度的有效硬化层而适当添加了用于形成氮化物的合金的钢(例如参照专利文献1和2)。

专利文献2公开了一种软氮化用钢，其特征在于，含有C：0.35～0.65重量％、Si：0.35～2.00重量％、Mn：0.80～2.50重量％、Cr：0.20重量％以下、和Al：0.035重量％以下，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成。

例如，专利文献2中公开的软氮化用钢，具有优异的疲劳强度，并且在弯曲矫正时氮化层不会产生裂纹，适合作为汽车的曲轴用材料，但若只调整成分组成，则在有效硬化层的硬度和深度的提高上存在极限。

于是，曾提出了不仅调整成分组成，还控制钢组织来提高了可加工性和氮化特性的钢(例如，参照专利文献3～8)。

例如，专利文献5公开了一种冷锻造性优异的软氮化用钢，其特征在于，以重量％计，含有C：0.01～0.15％、Si：0.01～1.00％、Mn：0.1～1.5％、Cr：0.1～2.0％、Al：大于0.10％且在1.00％以下、V：0.05～0.40％，还含有Mo：0.10～1.00％，其余部分由铁和不可避免的杂质组成，并具有下述特性：热轧制后或者热锻造后的芯部硬度为HV200以下，其后的冷锻造中的极限压缩率为65％以上。

专利文献5公开的软氮化用钢，是热轧制后的硬度为HV200以下的具有铁素体+贝氏体双相组织的钢，但得不到充分量的贝氏体，在提高强度方面具有极限。

专利文献6公开了一种可拉削加工性优异的氮化部件用材料，其特征在于，以质量％计，含有C：0.10～0.40％、Si：0.50％以下、Mn：0.30％以上且小于1.50％、Cr：0.30～2.00％、Al：0.02～0.50％，其余部分由Fe和杂质元素组成；由硬度为HV210以上的贝氏体组织构成。

专利文献6公开的氮化部件用材料，是硬度为HV210以上的贝氏体组织，因此拉削加工容易，并且，冲击值高，软氮化后的表面硬度优异，但Si浓度高，不能得到充分的硬化层深度。

专利文献7公开了一种曲轴，其特征在于，以质量％计，含有C：0.10～0.30％、Si：0.05～0.3％、Mn：0.5～1.5％、Mo：0.8～2.0％、Cr：0.1～1.0％、V：0.1～0.5％，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成，2.3％≤C+Mo+5V≤3.7％、2.0％≤Mn+Cr+Mo≤3.0％、2.7％≤2.16Cr+Mo+2.54V≤4.0％，并且，将从不受软氮化处理的影响的中心部制取的钢试样在1200℃进行1小时的奥氏体化之后，以从900～300℃通过时的冷却速度为0.5℃/秒的方式进行冷却直到室温时的贝氏体的比率为80％以上、并且在截面测定出的维氏硬度为260～330HV以下，而且，在销部和轴颈部的软氮化层的表面硬度为650HV以上，软氮化层的形成深度为0.3mm以上，中心部硬度为340HV以上。

专利文献7公开的曲轴，尽管对表面实施了软氮化处理，但可削性优异，同时高的疲劳强度也优异，但是关于硬化层，没有具体公开。

现有技术文献

专利文献1  特开昭58-71357号公报

专利文献2  特开平4-83849号公报

专利文献3  特开平7-157842号公报

专利文献4  特开平5-065592号公报

专利文献5  特开平9-279295号公报

专利文献6  特开2006-249504号公报

专利文献7  特开2006-291310号公报

发明内容

与通过现在主流的疲劳强度改善技术即渗碳而处理了的钢相比，上述现有技术中的通过氮化而处理了的钢，有效硬化层深度不足。

本发明为了改善疲劳强度，其课题是提供可得到比现有技术深的有效硬化层的软氮化用钢、和对该软氮化用钢进行软氮化处理而制造的软氮化处理部件。

本发明者们研究了可得到更深的有效硬化层的组成和组织，进而研究了制造部件时的可加工性和最终部件的表层硬度(维氏硬度，以下相同)等。

其结果发现：Si在软氮化处理中无助于表层硬度的提高，减少有效硬化层深度；以及，通过Cr等的碳氮化物元素的有效使用，有效硬化层深度显著地增加。

本发明是基于上述见解而完成的，其要旨如下。

(1)一种软氮化用钢，其特征在于，以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：低于0.1％、Mn：0.4～3％、Cr：0.5～3％、Al：0.01～0.3％，还含有Mo：0.2～1.5％、V：0.05～1.0％中的一种或者两种，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成；由具有面积率为50％以上的贝氏体的组织构成。

(2)根据上述(1)所述的软氮化用钢，其特征在于，贝氏体的面积率(％)与Si、Cr和Al的含量(质量％)满足：

[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)＞350。

(3)根据上述(1)或者(2)所述的软氮化用钢，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(质量％)满足：

$65\≤8.65\×\sqrt{C}\×(1+4.1\mathrm{Mn})\×(1+0.64\mathrm{Si})\×(1+.233\mathrm{Cr})\×(1+3.14\mathrm{Mo})\≤450.$

(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，以质量％计，含有Ti：0.01～0.3％、Nb：0.01～0.3％中的一方或者双方。

(5)根据上述(1)～(4)的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，含有0.0005～0.005％的B。

(6)根据上述(1)～(5)的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，Mn的含量为1.5～3质量％。

(7)根据上述(1)～(6)的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，含有Mo：0.2～1.5％、V：0.5～1.0％中的一种或者两种。

(8)一种软氮化处理部件，其特征在于，以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：低于0.1％、Mn：0.4～3％、Cr：0.5～3％、Al：0.01～0.3％，还含有Mo：0.2～1.5％、V：0.05～1.0％中的一种或者两种，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成；由具有面积率为50％以上的贝氏体的组织构成，在表面具有氮化层，有效硬化层深度为300μm以上，并且，在钢中析出的Cr碳氮化物中含有Mo、V中的一种或者两种。

(9)根据上述(8)所述的软氮化处理部件，其特征在于，贝氏体的面积率(％)与Si、Cr和Al的含量(质量％)满足：

[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)＞350。

(10)根据上述(8)或者(9)所述的软氮化处理部件，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(质量％)满足：

$65\≤8.65\×\sqrt{C}\×(1+4.1\mathrm{Mn})\×(1+0.64\mathrm{Si})\×(1+2.33\mathrm{Cr})\×(1+3.14\mathrm{Mo})\≤450.$

(11)根据上述(8)～(10)的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，以质量％计，含有Ti：0.01～0.3％、Nb：0.01～0.3％中的一方或者双方。

(12)根据上述(8)～(11)的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，含有0.0005～0.005％的B。

(13)根据上述(8)～(12)的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，Mn的含量为1.5～3质量％。

(14)根据上述(8)～(13)的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，含有Mo：0.2～1.5％、V：0.5～1.0％中的一种或者两种。

在本发明中，所谓「软氮化用钢」，是指作为软氮化处理部件的材料使用的钢。

对软氮化用钢进行冷加工，根据需要进行切削加工等，形成为最终制品形状，其后通过软氮化处理，成为软氮化处理部件。

或者，将钢坯、棒钢等的具有本发明的成分的钢材直接热加工成最终制品形状，或热加工成接近于最终制品的形状，制成为本发明的软氮化用钢后，进行切削加工，形成为最终制品形状，其后通过进行软氮化处理，成为软氮化处理部件。

在本发明中，所谓「软氮化处理」，意指：使氮和碳扩散到钢铁的表层中将表层硬化的处理。例如，有气体软氮化、盐浴氮化等。

在本发明中，所谓在软氮化用钢制造中的热加工、以及在软氮化处理之前进行的在软氮化处理部件制造中的热加工，意指将钢材加热至1000℃以上之后进行成形。所谓热加工，是热轧制和热锻造的总称。软氮化用钢主要通过热轧制来制造，软氮化处理部件主要通过热锻造来制造。

制品为软氮化处理部件的情况可通过表层已硬化、并且表层的氮浓度已上升来确认。

在本发明中，所谓「有效硬化层深度」，意指：以JIS G 0557中所记载的钢的渗碳硬化层深度测定方法的定义为参考，从表层到HV为550的位置的距离。

本发明能够提供在软氮化处理中可得到深的有效硬化层的软氮化用钢、以及对该软氮化用钢进行软氮化处理而制造的软氮化处理部件，能够提供热处理变形小且疲劳强度高的部件。

附图说明

图1是对以往的钢材进行了软氮化处理后的部件的有效硬化层的TEM像。

图2是表示对以往的钢材进行了软氮化处理后的部件的有效硬化层的Cr碳氮化物的采用X射线元素分析装置得到的成分分析结果的图。

图3是对本发明的钢材进行了软氮化处理后的部件的有效硬化层的TEM像。

图4是表示对本发明的钢材进行了软氮化处理后的部件的有效硬化层的Cr碳氮化物的采用X射线元素分析装置得到的成分分析结果的图。

图5是表示在本发明的实施例中制作的齿轮的1/2截面的模式图。

图6是表示本发明例和比较例的、[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)与有效硬化层深度的关系的图。

具体实施方式

首先，对于本发明中限定钢材的成分组成的理由进行说明。成分组成的限定，对本发明的软氮化用钢和软氮化处理部件都适用。

C是确保淬硬性、得到贝氏体组织所需要的元素，是在软氮化处理中使合金碳化物析出、也有助于析出强化的元素。C低于0.01％时，得不到必要的强度，而超过0.3％时，锻造前的强度过高，变得难以加工。因此，C的浓度范围限定在0.01～0.3％。为了得到足够的析出强化量，优选C大于0.05％。为了使锻造容易，优选C低于0.15％，更优选低于0.10％。

Si是作为脱氧剂而需要的元素，但在本发明中，在软氮化处理中无助于表层硬度的提高，会使有效硬化层深度较浅，因此需要限制其含量。因此，Si的浓度范围限定为低于0.1％。进而，为了得到深的有效硬化层，更优选为0.05％以下。

Mn是确保淬硬性、得到贝氏体组织所需的元素。Mn低于0.4％时不能确保足够的淬硬性，而超过3％时组织变为马氏体，锻造前的强度过高，变得难以加工。因此，Mn的浓度范围限定在0.4～3％。为了得到足够的淬硬性，更优选的Mn的浓度范围为1.5～3％。

Cr是与在软氮化处理时渗入的N和钢中的C形成碳氮化物，通过碳氮化物的析出强化而使表面的硬度显著上升的元素。Cr含量低于0.5％时，不能得到足够的有效硬化层深度，而超过3.0％时其效果饱和，因此将Cr的浓度范围限定在0.5～3％。

Al是作为脱氧元素而需要的元素，另外，与在软氮化处理时渗入的N形成氮化物，使表面的硬度显著上升。Al与Si同样是当过剩地添加时会使有效硬化层较浅的元素。Al低于0.01％时，在炼钢时不能充分脱氧，另外，有时表面的硬度的上升变得不充分。当添加Al而超过0.3％时，有效硬化层变浅。因此，Al的浓度范围限定在0.01％～0.3％。

Mo和V是对确保淬硬性、得到贝氏体组织有效的元素，可添加其中的一种或者两种。另外，它们是通过与在软氮化时渗入的N和钢中的C形成碳氮化物，或者与Cr形成复合碳氮化物来得到高的表层硬度和深的有效硬化层深度所需要的元素。

当Mo低于0.2％以及V低于0.05％时，不能充分得到上述效果，当Mo大于1.5％以及V大于1.0％时，不能得到与成本相匹配的效果，Mo的浓度范围限定在0.2～1.5％，V的浓度范围限定在0.05～1.0％。V的更优选的浓度范围为0.5～1.0％。

关于C、Mn、Si、Cr和Mo的浓度，用下述的式子表示的淬硬性倍数，从确保淬硬性的观点出发为65以上，从容易进行冷加工和锻造加工的观点出发优选为450以下。

所谓淬硬性倍数，是表示合金元素对淬硬性产生影响的程度的数值，上述式中的C、Mn、Si、Cr和Mo为各元素的质量百分比浓度。

Ti和Nb都是对确保淬硬性、得到贝氏体组织有效的元素，优选添加其中的一方或者双方。Ti、Nb，与Mo、V同样是与在软氮化时渗入的N和钢中的C形成碳氮化物，对得到高的表层硬度和深的有效硬化层深度有效果的元素。

Ti或Nb低于0.01％时，不能充分得到其效果，而超过0.3％时，不能完全固溶体化，因此其效果饱和。因此，优选Ti和Nb的浓度范围为0.01～0.3％。

B是对提高淬硬性、得到贝氏体组织有效的元素，优选添加B。B低于0.0005％时，不能充分得到其效果，而超过0.005％时，其效果饱和，因此将其浓度范围限定在0.0005～0.005％。

接着，对在本发明中将软氮化用钢的组织限定为具有面积率为50％以上的贝氏体的组织的理由进行说明。为了提高有效硬化层深度，需要使钢在氮化时充分析出强化、使钢的硬度提高。因此，需要在软氮化处理前预先使析出所需要的合金元素充分固溶于钢中，为此，组织是马氏体或者贝氏体较适宜。

另一方面，考虑到冷锻造性和可切削性，马氏体为主体的组织由于硬度过高因此不适宜。从以上所述来看，贝氏体为主体的组织是最佳的，为了充分地进行析出强化，需要面积率为50％以上的组织是贝氏体。为了更有效地析出强化，优选是贝氏体面积率为70％以上的组织。另外，除了贝氏体以外的其余部分的组织为铁素体、珠光体和马氏体中的一种或者两种。

钢组织中的贝氏体，通过在镜面研磨后用硝酸乙醇腐蚀溶液进行腐蚀，能够用光学显微镜进行观察。例如，用光学显微镜在500倍下观察与测定硬度的位置相当的区域的5个视场并拍摄照片，通过目视来确定贝氏体部分，对其进行图像解析，能够求出贝氏体的面积率。

在对本发明的软氮化用钢不进行热加工，而是通过冷加工、切削加工等形成为最终制品形状之后，进行软氮化处理，从而制成为软氮化处理部件的场合，软氮化用钢的组织中需具有50％以上的贝氏体。

即使在对具有与本发明的软氮化用钢同样的成分组成的钢材进行热锻造等的热加工，根据需要进行切削加工等，形成为最终制品形状的场合，也优选该钢材的组织的50％以上为贝氏体。原因是容易得到在最终的热加工中贝氏体为50％以上的本发明的软氮化用钢。

通过将本发明的软氮化用钢冷加工后，根据需要进行切削加工等，其后进行软氮化处理来制造软氮化处理部件，能够得到本发明的效果。

对具有与上述的软氮化用钢同样的成分组成的钢材进行热锻造等的热加工，使贝氏体面积率为50％以上之后，根据需要进行切削加工等，从而形成为最终制品形状，其后进行软氮化处理，也能够制成为软氮化处理部件。在该场合，钢材未必需要是贝氏体为50％以上的组织。

钢材可以为铸造态，也可以在铸造后实施热锻造、热轧制等的热加工。

本发明的软氮化处理部件，需要面积率为50％以上的组织是贝氏体。软氮化处理部件的贝氏体面积率，可采用与软氮化处理用钢的贝氏体面积率同样的方法求出。

通过软氮化处理而使表层硬化的机理，认为是由合金或铁的氮化物带来的析出强化、氮的固溶强化。本发明者们着眼于认为对强化最有影响的合金氮化物，进行了详细调查。

本发明者们发现，为了在软氮化处理中得到高的表层硬度和深的有效硬化层深度，在钢中复合添加了Cr和选自Mo和V中的一方或者双方，并使Cr碳氮化物中含有Mo和/或V是有效的。通过使在软氮化处理时析出的Cr碳氮化物中含有Mo和/或V，强度高效率地提高，而且在软氮化时不会妨碍氮的扩散，因此能够得到深的有效硬化层。

在本发明中，如果将钢或者部件进行10小时以上的软氮化处理，则能够得到有效硬化层深度为300μm以上、表层硬度为HV700以上的钢或者部件。

Cr碳氮化物中是否含有Mo和V，可采用X射线元素分析装置等进行分析。X射线元素分析装置等的精度，只要能够检测出含有0.5％以上的元素即可。

在对具有本发明所规定的成分组成，并具有面积率为50％以上的贝氏体的软氮化用钢进行冷加工之后，进行软氮化处理而得到的软氮化处理部件中，通过使钢中析出的Cr碳氮化物中含有Mo、V的一种或者两种，能够得到本发明的效果。

另外，在对具有本发明所规定的成分组成的钢材进行热加工，形成为具有50％以上的贝氏体的组织之后，进行软氮化处理而得到的软氮化处理部件中，通过使钢中析出的Cr碳氮化物中含有Mo、V的一种或者两种，能够得到本发明的效果。

本发明者们发现，为了通过软氮化处理得到更深的有效硬化层，软氮化处理前的贝氏体面积率与Cr、Si和Al的含量满足[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)＞350是有效的。在此，贝氏体面积率为百分率，Si、Cr、Al为质量百分比浓度。除了贝氏体以外的其余部分的组织是铁素体、珠光体、和马氏体中的一种或者两种。由于在软氮化处理前后贝氏体面积率不发生变化，因此软氮化处理后的贝氏体面积率满足上述条件即可。若满足该条件，则在一般的软氮化处理中，经10小时左右的处理时间即能够得到330μm以上的有效硬化层深度。

接着，对本发明的软氮化用钢和软氮化处理部件的制造方法的一例进行说明。

50％以上的贝氏体组织，可通过控制用于制造软氮化用钢的热轧制、或者用于制造软氮化处理部件的热锻造而得到。具体地讲，可通过规定棒钢热轧制或者热锻造的温度和/或热轧制或者热锻造后的冷却速度而得到。

当热轧制和热锻造前的加热温度低于1000℃时，变形抗力提高，成本提高，并且添加的合金元素未充分固溶体化，因此淬硬性变低，贝氏体的面积率变低。因此，轧制前和锻造前的加热温度优选为1000℃以上。当加热温度超过1300℃时，奥氏体晶界粗大化，因此加热温度优选为1300℃以下。

在热轧制或者热锻造后直到冷却至500℃的冷却速度，当在本发明钢材的成分下低于0.1℃/秒时，贝氏体的面积率降低、或者铁素体-珠光体组织增加，因此冷却速度优选为0.1℃/秒以上。当冷却速度超过10℃/秒时，由于马氏体增加，冷锻造或者切削前的强度变高，导致成本提高，因此冷却速度优选为10℃/秒以下。

使用在上述的条件下热轧制而制造的软氮化用钢，冷加工(例如冷锻造、切削加工)成所规定的形状的部件而制造出的部件，通过进行软氮化处理，能够抑制变形并提高疲劳强度。

为了使Cr碳氮化物中含有Mo和/或V，需要含有Mo：0.2～1.5％、V：0.05～1.0％中的一种或者两种，并且形成为具有50％以上的贝氏体的组织，并进行软氮化处理。

关于软氮化处理，例如，通过进行10小时的580℃的N₂+NH₃+CO₂混合气体下的气体软氮化处理，可得到表层硬度HV700以上、有效硬化层深度300μm以上的硬化层。即，采用工业上实用的时间能够得到足够的表层硬度和比以往的钢材深的有效硬化层。

对现有技术的CrMn钢进行软氮化处理而得到的部件的有效硬化层的由透射电镜观察到的结果示于图1，使用X射线元素分析装置得到的有效硬化层部分的Cr碳氮化物中的成分分析结果示于图2。

对本发明的CrMoV钢进行软氮化处理而得到的部件的有效硬化层的由透射型显微镜观察到的结果示于图3。与现有技术的钢部件相比，析出了很多的微细的Cr碳氮化物，可知已充分地析出强化。

图4表示使用X射线元素分析装置得到的本发明部件的有效硬化层部分的Cr碳氮化物中的成分分析结果。可知Cr碳氮化物中含有Mo和V。

实施例

炼制了具有表1中所示的成分组成的钢。

在表2中所示的实施例中，将厚度50mm的钢坯在表2所示的条件下进行热轧制，制成为厚度25mm的钢板，其后切削成Φ10mm的试件，进行冷锻造加工，制成为厚度10mm、直径14mm的冷锻造部件。

在表3所示的实施例中，将Φ25mm的钢坯在表3所示的条件下进行热锻造，制成为厚度10mm、直径35mm的热锻造部件。热锻造部件在锻造后切削成齿轮形状。图5表示齿轮上的1个齿51的形状。

在表1～3中附带下划线的数值和记号表示在本发明范围以外。

热轧制后的硬度，通过按照JIS Z 2244，以显现试件的L截面的方式切断、研磨，在直径的1/4的位置测定HV0.3(2.9N)来求出。热锻造后的硬度，通过在图5的52所示的位置测定HV0.3来求出。

热轧制后的贝氏体的面积率，通过下述方式求出：在镜面研磨后，用硝酸乙醇腐蚀溶液进行腐蚀，用光学显微镜在500倍下观察与测定了上述硬度的位置相当的区域的5个视场，并拍摄照片，通过目视确定贝氏体部分，对其进行图像解析。

软氮化处理，是在体积分率为NH₃∶N₂∶CO＝50∶45∶5的混合气体中在580℃×10小时(hr)的条件下进行了气体软氮化处理。

表层硬度为距表面为50μm的内部的位置的HV0.3。

有效硬化层深度，是以JIS G 0557为参考，从表层到HV为550的位置的距离。

另外，从有效硬化层部分制取薄膜试件，使用透射电镜观察了硬化层部分。其结果，在硬化层部分中观察到微细的Cr碳氮化物。

进而，使用X射线元素分析装置来分析Cr碳氮化物的成分，调查了在Cr碳氮化物中是否含有Mo、V的一种或者两种。在本实施例中使用的X射线元素分析装置的精度能够检测出含有0.5％以上的元素。

表2的No.1～12和表3的No.21～24是本发明的实施例，得到了HV700以上的表层硬度和300μm以上的有效硬化层深度的冷锻造部件和热锻造部件。

No.31和34，由于C量、Mn量比本发明规定的下限少，因此贝氏体的面积率低于50％，有效硬化层与实施例的有效硬化层比较较浅。

No.32，由于铝量超过本发明规定的上限，No.33由于Si量超过本发明规定的上限，因此它们的有效硬化层与实施例的有效硬化层比较都较浅。在No.33中，在Cr碳氮化物中不含有Mo、V的原因推定是因为Mo和V添加量和贝氏体的面积率较低的缘故。

No.42由于Mo量、V量比本发明规定的下限少，因此贝氏体的面积率低于50％，在Cr碳氮化物中不含有Mo、V，因此有效硬化层与实施例的有效硬化层比较较浅。

No.32和41，由于C量、Mn量超过本发明规定的上限，因此热轧制后、热锻造后的硬度非常高，从其后的锻造或者切削加工的成本提高的观点出发是不优选的。

No.35，由于热轧制的冷却速度慢，No.36由于热轧制的加热温度低，因此贝氏体的面积率低于50％，因此有效硬化层与实施例的有效硬化层比较较浅。

图6表示本发明的实施例和比较例的[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)与有效硬化层深度的关系。由图6可知，在两者之间具有密切的关系，当使用贝氏体的面积率(％)与Si、Cr和Al的含量(质量％)满足[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)＞350的软氮化用钢时，对得到有效硬化层深度为300μm以上的氮化处理部件较有效。

附图标记说明

11  Cr碳氮化物

31  含有Mo和V的Cr碳氮化物

51  齿轮上的1个齿

52  热锻后硬度测定位置

本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims (14)

1.一种软氮化用钢，其特征在于，以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：低于0.1％、Mn：0.4～3％、Cr：0.5～3％、Al：0.01～0.3％，还含有Mo：0.2～1.5％、V：0.05～1.0％中的一种或者两种，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成；由具有面积率为50％以上的贝氏体的组织构成。

2.根据权利要求1所述的软氮化用钢，其特征在于，贝氏体的面积率(％)与Si、Cr和Al的含量(质量％)满足：

[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)＞350。

3.根据权利要求1或2所述的软氮化用钢，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(质量％)满足：

$65\≤8.65\×\sqrt{C}\×(1+4.1\mathrm{Mn})\×(1+0.64\mathrm{Si})\×(1+.233\mathrm{Cr})\×(1+3.14\mathrm{Mo})\≤450.$

4.根据权利要求1～3的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，以质量％计，含有Ti：0.01～0.3％、Nb：0.01～0.3％中的一方或者双方。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，含有0.0005～0.005％的B。

6.根据权利要求1～5的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，Mn的含量为1.5～3质量％。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的软氮化用钢，其特征在于，含有Mo：0.2～1.5％、V：0.5～1.0％中的一种或者两种。

8.一种软氮化处理部件，其特征在于，以质量％计，含有C：0.01～0.3％、Si：低于0.1％、Mn：0.4～3％、Cr：0.5～3％、Al：0.01～0.3％，还含有Mo：0.2～1.5％、V：0.05～1.0％中的一种或者两种，其余部分由Fe和不可避免的杂质组成；由具有面积率为50％以上的贝氏体的组织构成，在表面具有氮化层，有效硬化层深度为300μm以上，并且，在钢中析出的Cr碳氮化物中含有Mo、V中的一种或者两种。

9.根据权利要求8所述的软氮化处理部件，其特征在于，贝氏体的面积率(％)与Si、Cr和Al的含量(质量％)满足：

[贝氏体面积率]×Cr/(1.3Si+Al)＞350。

10.根据权利要求8或9所述的软氮化处理部件，其特征在于，C、Mn、Si、Cr和Mo的含量(质量％)满足：

$65\≤8.65\×\sqrt{C}\×(1+4.1\mathrm{Mn})\×(1+0.64\mathrm{Si})\×(1+2.33\mathrm{Cr})\×(1+3.14\mathrm{Mo})\≤450.$

11.根据权利要求8～10的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，以质量％计，含有Ti：0.01～0.3％、Nb：0.01～0.3％中的一方或者双方。

12.根据权利要求8～11的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，含有0.0005～0.005％的B。

13.根据权利要求8～12的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，Mn的含量为1.5～3质量％。

14.根据权利要求8～13的任一项所述的软氮化处理部件，其特征在于，含有Mo：0.2～1.5％、V：0.5～1.0％中的一种或者两种。

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