CN103827334A

CN103827334A - 马氏体时效钢

Info

Publication number: CN103827334A
Application number: CN201280047002.5A
Authority: CN
Inventors: 大石胜彦; 上原利弘; 岸上一郎
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: TWI473890B; WO2013047078A1; CN103827334B; TW201319274A; US20140230968A1; JPWO2013047078A1; EP2762586A1; JP5333686B1; EP2762586B1; EP2762586A4

Abstract

本发明提供一种马氏体时效钢，其被进行了氮化处理之后具有优异的疲劳强度，且能够获得稳定的高强度。一种马氏体时效钢，其按质量百分比计含有C：0.008%以下、Si：0.5%以下、Mn：0.5%以下、Cr：0.5%～1.5%、Ni：16.0%～22.0%、Co：3.0%～7.0%、Mo：3.0%～7.0%，厚度为0.5mm以下，并被进行了氮化处理，该马氏体时效钢按质量百分比计还含有Al：0.6%～1.3%，剩余部分由Fe和杂质构成，作为上述杂质，被限制为Ti：0.01%以下、Nb：0.01%以下、Ta：0.01%以下、W：0.01%以下，而且Al和Ti之比满足Al/Ti≥250，按照维氏硬度，马氏体时效钢的表面硬度为800HV～1050HV、内部硬度为570HV以下。

Description

马氏体时效钢

技术领域

本发明涉及一种例如适用于CVT（Continuously Variable Transmission：连续可变传动）用的金属环形带的、进行了氮化处理的马氏体时效钢。

背景技术

马氏体时效钢具有2000MPa左右的非常高的拉伸强度，因此，例如可将马氏体时效钢加工成0.5mm以下的钢带，而使用于CVT的要求高强度的金属环形带等。

在马氏体时效钢的代表性的组成中，按质量百分比计，具有18%的Ni、8%的Co、5%的Mo、0.45%的Ti、0.1%的Al，其余部分为Fe。

但是，上述马氏体时效钢虽然能够获得非常高的拉伸强度，可是其疲劳强度未必很高。使马氏体时效钢的疲劳强度降低的最大原因可列举出TiN夹杂物。该TiN夹杂物的尺寸容易变大，而且形状也呈立方体状，因此，容易发生以夹杂物为起点的疲劳断裂。

因此，提出了一种不添加Ti的马氏体时效钢。对于金属环形带用的进行氮化处理的马氏体时效钢来讲，Ti是一种不仅能提高合金的基体（matrix）的强度、还能提高氮化层的强度的重要元素。若不添加该Ti，则基体和氮化层这两者的强度都会降低。因此，对未添加Ti的马氏体时效钢来讲，需要使用能够代替Ti的元素来强化基体和氮化层。

作为强化基体和氮化层的第一种方法，有这样的方法：增加有助于强化基体的Co、Mo的含有量，并且，使用Cr来强化氮化层。该第一种方法在例如本申请的申请人申请的日本特开2009－013464号公报（专利文献1）、日本特开2008－088540号公报（专利文献2）、日本特开2007－186780号公报（专利文献3）、国际公开WO2009/008071公报（专利文献4）等中公开。

作为第二种方法，有这样的方法：共同减少Ti和Co的含有量，而积极添加Al、Si、Mn中的任一种以上的元素。该第二种方法在例如本申请的申请人申请的日本特开2001－240943号公报（专利文献5）、日本特开2001－240944号公报（专利文献6）等中公开，其中，提出了一种具有高疲劳强度的马氏体时效钢：该马氏体时效钢按质量百分比计含有C：0.008%以下、Si：2.0%以下（含O）、Mn：3.0%以下（含O）、P：0.010%以下、S：0.005%以下、Ni：12%～22%、Mo：3.0%～7.0%、Co：小于7.0%、Ti：0.1%以下、Al：2.0%以下、3Si＋1.8Mn＋Co/3＋Mo＋2.6Ti＋4Al：8.0%～13.0%、N：小于0.005%、O：0.003%以下，剩余部分实质上由Fe组成，作为选择元素，含有Cr：4.0%以下、B：0.01%以下、Nb：1.0%以下、Ta：2.0%以下、W：2.0%以下。

专利文献

专利文献1：日本特开2009－013464号公报

专利文献2：日本特开2008－088540号公报

专利文献3：日本特开2007－186780号公报

专利文献4：国际公开WO2009/008071公报

专利文献5：日本特开2001－240943号公报

专利文献6：日本特开2001－240944号公报

上述专利文献1～专利文献4的马氏体时效钢以Co的含有量超过7.0%的范围含有价格高昂的Co。Co是稀有金属，也担心未来Co原料的价格会高涨。

另一方面，在专利文献5及专利文献6所记载的马氏体时效钢中，为了减少对提高疲劳强度有害的夹杂物TiN而共同抑制Ti、N的含有量，而且，为了降低价格而将Co的含有量降到小于7.0%，此外，还进行添加元素的适量添加，从而能够以较低的价格同时获得高强度和高疲劳强度。

但是，在CVT的金属环形带等用途中，要求的是：最大限度地发挥特别是在进行氮化处理之后的氮化物生成所带来的析出强化的效果，稳定地实现优异的强度。针对这样较高的要求，上述第二种方法的以往的马氏体时效钢的强度未必充分，并要求实现更优异的疲劳强度和稳定的高强度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种进行了氮化处理后的马氏体时效钢具有优异的疲劳强度、并且能够稳定地获得较高的强度的马氏体时效钢。

本发明人以专利文献5及专利文献6所记载的马氏体时效钢为基础，为了能够最大限度地发挥在进行氮化处理之后的氮化物生成所带来的析出强化的效果，且能够稳定地获得优异的强度，对最佳组成进行了研究。其结果发现：为了确保良好的韧性、延性，减少以往为了提高强度而添加了的Si和Mn的含有量的做法更为有利。

而且，本发明人还重新验证了有助于提高强度的Al的效果，其结果发现：通过将Al设定在特定量的范围，并且与此同时使组成最佳化以及对硬度进行调整，从而能够获得高强度和高疲劳强度特性，而完成了本发明。

即，本发明是一种马氏体时效钢，其按质量百分比计含有C：0.008%以下、Si：0.5%以下、Mn：0.5%以下、Cr：0.5%～1.5%、Ni：16.0%～22.0%、Co：3.0%～7.0%、Mo：3.0%～7.0%，厚度为0.5mm以下，并被进行了氮化处理，其特征在于，该马氏体时效钢按质量百分比计还含有Al：0.6%～1.3%，剩余部分由Fe和杂质构成，作为上述杂质，被限制为Ti：0.01%以下、Nb：0.01%以下、Ta：0.01%以下、W：0.01%以下，而且Al和Ti之比满足Al/Ti≥250，按照维氏硬度，马氏体时效钢的表面硬度为800HV～1050HV、内部硬度为570HV以下。

优选的是，上述Al按质量百分比计为0.7%～1.2%的范围。

而且，在本发明中，除了上述组成之外，该马氏体时效钢按质量百分比计还能够含有Mg：0.0001%～0.0030%、Ca：0.0001%～0.0030%中的任一者或者两者。而且，在本发明中，除了上述组成之外，该马氏体时效钢按质量百分比计还能够含有B：0.0001%～0.0030%。

采用本发明的马氏体时效钢，通过使Al含有量最佳化、与此同时使组成最佳化以及对硬度进行调整，能够实现适当的针对经过氮化处理后的马氏体时效钢表面缺陷的敏感性，从而能够获得高强度和高疲劳强度特性。

因而，当将本发明的马氏体时效钢用于像CVT的金属环形带那样的要求高疲劳强度的构件时，能够实现较长的疲劳寿命等，具有极其优异的机械特性。

附图说明

图1是表示Al含有量与拉伸强度之间的关系的图。

具体实施方式

如上所述，本发明的特征是基于上述新见解而成的，以下对本发明中最重要的元素即Al的作用进行描述。并且，元素的含有量按质量百分比计。

Al：0.6%～1.3%

Al是本发明中最重要的元素，从各种实验中可知：为了获得高强度、高疲劳强度，就必须将Al的含有量限制在适当的范围。就本发明的减少了Ti等的含有量之后的马氏体时效钢而言，Al与Ni相结合而形成为了获得内部硬度所需要的金属间化合物NiAl、Ni₃Al，从而具有提高基体的强度的效果。而且，与通常的含有Ti的马氏体时效钢相比，在熔化－凝固过程中析出的AlN比TiN更细微，因此，在提高疲劳强度方面也是有利的。此外，Al是氮化处理时能够形成细微的AlN从而获得氮化层的硬度的重要元素。

但是，当Al含有量较多时，金属间化合物过多而使内部硬度上升，并且，在氮化处理后细微的AlN过度增加而使得表面硬度过高。由此可知，这样会使对钢中的缺陷、表面缺陷变得敏感，引起强度或者疲劳强度降低，并且导致强度偏差。

因此，在本发明中，将Al量的上限限制为1.3%以下。若Al在1.3%以下，就能够使金属间化合物、氮化物的量停留在适当的范围，因此能够获得高强度、高疲劳强度。若想更可靠地减少强度偏差，则优选的是将Al的上限设定为1.25%。更优选的上限为1.2%，进一步优选的上限为1.15%。

另一方面，当Al含有量较少时，上述那样的金属间化合物、氮化物过少，无法获得内部硬度、氮化处理后的表面硬度，因此，将Al量的下限值设定为0.6%以上。更优选的Al的下限为0.7%，进一步优选的Al的下限为0.8%。

此外，还可知：在本发明中，若想最大限度地发挥上述Al的效果，则除了后述的Ti之外，在专利文献5及专利文献6所记载的马氏体时效钢中所公开的Ta、W、Nb也都是应限制在杂质元素等级以下的元素。原因在于，上述这些元素容易与C、N、Ni等相结合而形成化合物，会导致韧性降低、强度偏差。该理由见后述。

Al和Ti之比为Al/Ti≥250

接着，对能够最大限度地发挥上述Al的作用效果的Al和Ti之比进行说明。

如后述，Ti在本发明中为应被限制的杂质元素。由于Ti是非常活性的元素，因此，在熔化时容易与N相结合而形成非金属夹杂物TiN，会降低高循环区域（日文：サイクル域）的疲劳强度。而且，对本发明的含有0.6%～1.3%的Al的马氏体时效钢而言，当杂质Ti过度残留时，在热处理时会形成含Ti的金属间化合物即Ni₃Ti，这样会阻碍本来应该形成的Al的金属间化合物Ni₃Al的形成。而且，在氮化处理时由于在氮化层中优先形成了Ti的氮化物，因此，本来应该形成的氮化层中的细微的AlN的形成不充分，因而无法获得高强度、高疲劳强度。因此，在本发明中，将Al的质量百分比和Ti的质量百分比之比按Al/Ti计控制为250以上。若Al和Ti之比按Al/Ti计小于250时，上述杂质Ti的影响会波及到氮化层，从而会阻碍氮化层中的AlN的形成，这样就无法最大限度地发挥Al的作用效果。

Al的质量百分比和Ti的质量百分比之比的更优选的范围是：按Al/Ti计为300以上。进一步优选的是350以上，更进一步优选的是400以上。

Ti：0.01%以下

接着，对Ti进行说明。Ti本来是马氏体时效钢中的重要的强化元素之一，但是，Ti也是一种无益元素：除了在上述氮化层形成TiN之外，还形成作为夹杂物的TiN或者Ti（C、N），从而会降低特别是在超高循环区域的疲劳强度。因此，在本发明中，需要将作为杂质的Ti的含有量抑制得较低。而且，Ti容易在表面形成薄且稳定的氧化膜，形成该氧化膜时会阻碍氮化反应，因此难以获得氮化表面的充分的压缩残留应力。为了容易进行氮化，且为了增大氮化后的表面的压缩残留应力，需要将Ti的含有量抑制得较低。当Ti多于0.01%时，在减少TiN或者Ti（C、N）方面无法获得充分的效果，而且还容易在表面形成稳定的氧化膜，因此，将Ti的含有量限制为0.01%以下。更优选的是限制为0.008%以下则较佳。

Nb：0.01%以下

若将Nb暴露在固溶化热处理温度那样的800℃以上的高温化的条件下时，会形成稳定相即δ（Ni₃Nb），从而可能导致强度降低、强度偏差变大，因此，将Nb的含有量限制为0.01%以下。

Ta：0.01%以下

Ta是一种这样的元素：其与B、C、N形成细微的化合物，在冷加工之后的固溶化处理中使旧奥氏体粒径细微化从而有助于强化，并且能够期待抑制表面粗糙的效果，但另一方面，其也会使韧性降低，因此，将Ta的含有量限制为0.01%以下。

W：0.01%以下

W与Ta同样，会形成化合物而导致韧性降低，因此，将W的含有量限制为0.01%以下。

接着，对本发明所限定好的硬度进行说明。

按照维式硬度，马氏体时效钢的表面硬度为800HV～1050HV

在本发明中，马氏体时效钢的表面硬度是指经过氮化处理生成氮化物的马氏体时效钢的表面附近处的硬度。

对本发明的含有0.6%～1.3%的范围的Al的马氏体时效钢而言，能够确认的是：若在氮化处理之后马氏体时效钢的表面硬度高达所需硬度以上时，针对表面缺陷的敏感性增高，因此，强度以及疲劳强度会降低。

通常，对像本发明那样的、添加有Al、Cr的材料进行氮化时，会在表面附近析出氮化物，由于在析出的同时发生硬化或因氮化物析出导致体积发生变化，因此，会产生残留应力而提高强度、疲劳强度。特别是表面硬度对强度、疲劳强度具有较大的影响，对零缺陷的材料而言，硬度越高，强度、疲劳强度越是提高。

但是，工业上生产的钢或其产品中存在些许差异，存在缺陷，因此，硬度较高时反而会导致强度降低、疲劳强度降低。特别是表面硬度与在制造过程中不可避免的数μm尺寸的表面缺陷的敏感性有关系，当表面硬度较高时，针对表面缺陷的敏感性增高，因此，将本发明的马氏体时效钢的按维式硬度计的表面硬度设定为1050HV以下。另一方面，当表面硬度小于800HV时，难以用于要求耐摩耗性的、例如CVT的金属环形带等，因此，将表面硬度的下限设定为800HV。

马氏体时效钢的按维式硬度计的内部硬度为570HV以下

在本发明中，马氏体时效钢的内部硬度是指自马氏体时效钢的表面离开至不受上述表面的氮化处理的影响的程度的位置处的硬度。

通常为了获得强度、疲劳强度而将马氏体时效钢的内部硬度调整在570HV左右。但是，就本发明的不含Ti的马氏体时效钢而言，通过析出NiAl、Ni₃Al等Al的金属间化合物而获得了内部硬度。这些金属间化合物、例如NiAl虽然能够在很大程度上有助于体现强度，但当析出量增多时硬度也增高，与上述那样的表面缺陷的敏感性同样，针对内部缺陷的敏感性也增高。因此，针对在疲劳试验中重复次数为10⁷次以上的超高循环区域产生的夹杂物所导致的内部破坏的敏感性增高，因此，将本发明的马氏体时效钢的按维式硬度计的内部硬度设定为570HV以下。另一方面，对内部硬度的下限并未特别限定，但若小于490HV时，可能会使强度降低，因此，将490HV作为下限则较佳。内部硬度的更优选的下限为500HV。

以下对本发明的上述元素以外的各元素的作用进行描述。

C：0.008%以下

C与Mo形成碳化物，会减少应该析出的金属间化合物而使强度降低，因此，需要将C的含有量抑制得较低。而且，当过量地添加C时，例如在用于CVT用的金属环形带的情况下，所需的焊接性降低的危险性增高。从这样的理由考虑，将C的含有量设定为0.008%以下。C的含有量的更优选的上限为0.006%，进一步优选的上限为0.005%。

Si：0.5%以下

Si是一种这样的元素：其能够通过使时效处理时析出的金属间化合物细微化、或者与Ni共同形成金属间化合物来补充因减少Ti的含有量而导致强度降低的部分。但是，若想确保良好的韧性、延性，将Si的含有量抑制得较低的做法更为有利。因此，在本发明中，将Si的含有量设定为0.5%以下。为了更可靠地确保韧性、延性，更优选的范围是0.1%以下。进一步优选的是0.05%以下。

Mn：0.5%以下

Mn是在时效处理时与Ni共同形成金属间化合物、从而有助于时效硬化的元素，因此，Mn是能够补充因减少Ti的含有量而导致强度降低的部分的元素。但是，若想确保良好的韧性、延性，将Mn的含有量抑制得较低的做法更为有利。因此，在本发明中，将Mn的含有量设定为0.5%以下。为了更可靠地确保韧性、延性，更优选的范围是0.1%以下。进一步优选的是0.05%以下。

Cr：0.5%～1.5%

Cr是一种这样的元素：其在进行氮化的情况下与N之间的亲和力较强，且能够使氮化深度变浅，提高氮化硬度，或者能够增加氮化表面的压缩残留应力，因此Cr是必须添加的元素。但是，当Cr的含有量少于0.5%时，效果会降低，另一方面，即使添加了大于1.5%的Cr也不会看到显著的提高效果，而且，氮化处理后的强度会降低，因此，将Cr的含有量设定为0.5%～1.5%。更优选的Cr的范围为0.8%～1.2%。

Ni：16.0%～22.0%

Ni具有以下的作用：能够使马氏体时效钢的基体组织即低C马氏体组织稳定地形成，以及能够与Al形成金属间化合物而有助于提高强度，因此，需要添加16.0%的Ni。但是，当超过22.0%时，奥氏体组织较稳定，就难以引发马氏体转变，因此，将Ni的含有量设为16.0%～22.0%。Ni的更优选的范围为大于18.0%而小于等于21.0%。

Co：3.0%～7.0%

Co是一种重要的元素：其对基体的马氏体组织的稳定性并无太大影响，而通过在固溶化处理温度条件下增加Mo、Al等的时效析出物形成元素的固溶度、降低时效析出温度区域的Mo、Al的固溶度来促进含Mo、Al的细微的金属间化合物析出，有助于时效析出强化。因此，从强度方面、韧性方面考虑，需要添加较多的Co。当Co小于3.0%时，对减少了Si、Mn、Ti的马氏体时效钢而言就难以获得充分的强度，另一方面，当添加到大于7.0%的程度时，硬度上升，随之而来的针对表面缺陷的敏感性也增加，这样反而会使强度降低，因此，将Co的含有量范围设定为3.0%～7.0%。更优选的Co的范围为大于4.0%而小于等于6.0%。

Mo：3.0%～7.0%

Mo是一种能够在时效处理时形成Ni₃Mo、Fe₂Mo等细微的金属间化合物、而有助于析出强化的重要的元素。而且，Mo是在通过氮化来增大表面的硬度及压缩残留应力方面较为有效的元素。因此，当Mo少于3.0%时，拉伸强度不充分，另一方面，当多于7.0%时，则容易形成以Fe、Mo为主要元素的粗大的金属间化合物，因此，将Mo的含有量设为3.0%～7.0%。Mo的更优选的范围为大于4.0%而小于等于6.0%。

以上为本发明中作为必须的规定元素。接着，对可选择性地添加的元素进行说明。

Mg：0.0001%～0.0030%、Ca：0.0001%～0.0030%

在本发明中，按质量百分比计，可含有Mg：0.0001%～0.0030%、Ca：0.0001%～0.0030%。

本发明的马氏体时效钢能够通过在真空感应熔解、或者在真空感应熔解之后继续进行真空电弧重熔或者电渣重熔等真空环境中的熔化而制成钢锭。但是，即使进行上述这些真空环境中的熔化，完全消除夹杂物在技术上也存在困难。

在本发明的情况下，由于以提高强度为目的而添加了Al，因此，存在例如形成大于25μm那样的粗大且硬质的Al₂O₃夹杂物的危险性、或Al₂O₃团簇化的可能性。Al₂O₃夹杂物为硬质、高熔点的物质，例如在热塑性加工过程中也几乎不会变形。因此，例如可能使冷轧时的辊产生伤痕并产生马氏体时效钢的表面缺陷，因此，通过使Al₂O₃夹杂物与其他氧化物形成复合夹杂物来降低硬度或者降低熔点的做法较佳。而且，优选的是，与此同时添加能够防止团簇化的元素，从而能够防止夹杂物缺陷。

作为能够有效地使Al₂O₃成为复合夹杂物的元素，能够列举出Si、Mn、Ca、Mg，但是，在本发明中，Si、Mn作为会降低韧性和延性的元素而被限制其添加量。因此，通过添加除了Si、Mn以外的Ca、Mg中的任一者或者两者来使Al₂O₃夹杂物成为复合夹杂物的做法较佳。而且，Ca、Mg也具有防止Al₂O₃夹杂物团簇化的效果。因此，在本发明中，含有Ca：0.003%以下、或者进一步Mg：0.003%以下。

此外，若想可靠地获得该Ca和Mg的效果，将Ca的下限设为0.0001%、将Mg的下限设为0.0001%则较佳。而且，对Mg能够期待一种使氧化物系夹杂物、氮化物系夹杂物细微化的效果。因此，例如在将本发明的马氏体时效钢应用于需要防止以夹杂物为起点的疲劳断裂的CVT用的金属环形带的情况下，优选的是选择添加Mg。当然，也可以复合添加Mg和Ca。

B：0.0001%～0.0030%

B是一种具有这样的效果的元素：其在冷加工之后进行了固溶化处理时可使旧奥氏体结晶颗粒细微化而有助于强化，并且能够抑制表面粗糙，因此适当添加B较佳。当B多于0.01%时韧性会降低，因此，将B的含有量设定为0.0030%以下。更优选的是0.001%以下则较佳。能够可靠地使旧奥氏体结晶颗粒细微化的优选的B的下限为0.0001%。

此外，除上述元素以外，剩余部分为Fe和杂质。

虽然优选的是杂质含有量越少越好，但只要在以下的范围内即可。

P≤0.05%、S≤0.05%、N≤0.005%、O≤0.003%

由于本发明的马氏体时效钢几乎不含可能会阻碍氮化的、在表面形成稳定的氧化膜的Ti，因此，能够容易进行通常的气体氮化、气体软氮化、渗硫氮化、离子氮化、盐浴氮化等各种氮化处理。

例如在加工成0.5mm以下的厚度而用于CVT的金属环形带的情况下，就不含Ti的组成的马氏体时效钢而言，在容易降低的氮化层的压缩残留应力的绝对值方面，利用具有提高氮化硬度、氮化层的压缩残留应力的绝对值的效果的Cr、Al也能够提高氮化层的压缩残留应力的绝对值。

本发明的马氏体时效钢具有高拉伸强度、高疲劳强度，且通过氮化处理具有优异的疲劳特性，因此，适用于CVT的金属环形带。

实施例

利用以下的实施例对本发明进行更加详细的说明。

使用真空感应熔解炉来制成重量为10kg的7种钢块。为了更可靠地防止混入应被限制的元素即Ti、Nb、Ta及W，添加的合金原料采用了高纯度的合金原料。

对制好的钢块实施均匀化退火之后进行了热锻加工。然后通过热轧、冷轧制成厚度约为0.2mm的马氏体时效钢，作为CVT的金属环形带用的马氏体时效钢。

表1表示所得到的马氏体时效钢的化学组成和Al/Ti比率。将所有的马氏体时效钢中的C的含有量调整为0.008%以下的范围，从而防止了焊接性降低。此外，No.1、No.2及No.7的马氏体时效钢的Al含有量超出本发明的范围，特别是No.7的Al／ti比率也超出本发明的范围。

而且，作为表1中未示出的杂质，P均为O.002％以下，S为O.001％。

表1

(质量％)

钢No.	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Co	Al	Mg	Ca	B
												1	0.004	0.01	0.01	1.O	18.9	4.9	5.1	1.47	0.0003	-	-
2	0.002	0.01	0.01	1.O	19.1	4.9	5.1	1.35	O.0026	-	O.0006
												3	0.004	0.01	0.01	1.0	19.1	4.9	5.1	1.19	0.0020	0.0003	-
4	0,004	0.01	0.01	1.0	19.1	5.0	5.1	1.01	0.0026	0.0005	-
												5	0,004	0.01	0.01	1.0	19.1	5.0	5.1	O.81	0.0028	0.0003	-
6	0.003	0.01	0.01	1.0	19.1	5.0	5.1	O.63	0.0022	-	0.0009
												7	0.004	0.01	0.01	1.0	19.1	5.0	5.1	O.44	0.0011	-	0.0006

在氢气氛中900℃的条件下对表1所示的马氏体时效钢进行了固溶化处理，之后在480℃的条件下进行了时效处理，之后作为氮化处理在450℃～500℃的温度范围的条件下进行了气体氮化处理。此外，在气体氮化处理过程中使马氏体时效钢的表面硬度分三个阶段发生变化，并对Al含有量和表面硬度的影响进行了调查。

从经过氮化处理后的马氏体时效钢中取得内部硬度、表面硬度、拉伸试验片、疲劳强度测量用的各种试验片，并进行了各试验。在测量内部硬度时，使用从马氏体时效钢的宽度方向中央部取得试样并对截面进行研磨后得到的试验片，然后对试验片的厚度方向上的中央部进行按压并压出压痕，然后对其维式硬度进行了测量。在测量表面硬度时，按压马氏体时效钢的宽度方向上的中央部表面并压出压痕，然后对其维式硬度进行了测量。

表2表示经过氮化处理之后的内部硬度、表面硬度、及拉伸强度、疲劳试验结果。疲劳试验包括旋转弯曲、拉伸压缩、扭转等各种应力负载方式，由于本发明的马氏体时效钢为带状构件，因此适用负载弯曲应力的评价方法。因此，在重复弯曲疲劳试验的过程中，对在平均应力为679MPa、最大应力为1300MPa的范围内施加了重复弯曲应力时的、发生断裂之前的重复次数进行了计数。在设定平均应力及最大应力时，设定了能够明确体现各马氏体时效钢的差异的应力等级。当平均应力小于679MPa、最大应力小于1300MPa时，难以发生断裂，此外，当平均应力大于679MPa、最大应力大于1300MPa时，较早发生断裂，疲劳特性的指标即疲劳极限不明确，从这些理由考虑，将重复弯曲试验的应力等级设定为平均应力为679MPa、最大应力为1300MPa。

然后，利用1000倍、10视场的电子显微镜对No.1～No.6的马氏体时效钢的截面进行了观察，无法观察到Al₂O₃夹杂物。

表2

从表2所示的本发明及比较例的马氏体时效钢的内部硬度、表面硬度、拉伸强度、疲劳试验的断裂重复次数的结果可知：本发明的马氏体时效钢根据表面硬度及内部硬度的不同，其拉伸强度、断裂重复次数也在变化。可知：特别是，表面硬度越低，拉伸强度、断裂重复次数越大。

但是，在Al的含有量为本发明所限定的上限附近的No.3中，仅使表面硬度稍微增高，针对钢表面缺陷的敏感性就增高，断裂重复次数减少至44933次。

而且，在本发明的No.3～No.6中，拉伸强度、断裂重复次数较大。而且，根据Al含有量的不同，硬度也发生变化，特别是在本发明的No.3～No.5中，内部硬度为500HV～570HV这样的最佳结果。在本发明的No.6中，由于Al含有量在本发明的下限附近，因此，内部硬度稍低。

另一方面，可知：在Al含有量较高的比较例No.1中，当内部硬度为589HV、表面硬度为1062HV那样较高的值时，拉伸强度、断裂重复次数较小。而且，No.7的比较用钢的Al含有量较少，能够体现内部硬度的金属间化合物的量较少，因此内部硬度均为490HV以下这样的较低水准，若将该马氏体时效钢应用于动力传递金属带那样的要求硬度的构件，可能会发生问题。从以上内容可知：根据Al含有量的不同，特性变化较大，应将Al含有量控制在适当范围。

而且，在比较例的No.7中，Al/Ti比率低至150，利用透射型电子显微镜对氮化层进行了观察发现，几乎观察不到有AlN形成。因此，比较例的No.7中的疲劳试验的断裂重复次数为较低水准。

接着，为了进一步确认Al的效果，在以目标为表面硬度达到850HV的氮化处理条件下进行了同批次的氮化处理，之后进行了拉伸试验。图1表示其结果。图1是表示分别对3条马氏体时效钢进行拉伸试验之后得到的结果的图，黑色的方块表示的是平均值，纵柱表示测量值的偏差。

根据图1可知：就含有大于1.3%的Al的No.1而言，即使调整了硬度，拉伸强度的偏差依然显著。当Al含有量较多时，在时效处理时会促进生成金属间化合物，从而导致硬度上升。可以认为是该结果导致拉伸强度、疲劳强度特性的偏差。而且，可知，如果是本发明所限定的Al添加量，就能够抑制偏差。

而且，图1示出了当添加了含有量超过1.2%的Al时会导致强度偏差增加和拉伸强度降低的情况。另一方面，根据表2的结果能够确认：当Al为0.7%～1.2%的范围、且设定了适当的氮化条件（例如表面硬度为900HV～950HV）时，能够获得大于950000次的断裂重复次数，因此，能够谋求适当的针对钢表面缺陷的敏感性，并体现优异的疲劳强度。

从拉伸强度及强度的偏差、疲劳强度的观点考虑，通过将Al量调整为0.7%～1.2%的范围，能够获得具有特别优异的特性的马氏体时效钢。

如上所述，可知：在使组成最佳化的基础上，再通过时效处理及氮化处理设定成适当水准的内部硬度、表面硬度，能够获得高强度、高疲劳强度特性、乃至偏差较少的稳定的强度特性。

产业上的可利用性

本发明的马氏体时效钢具有优异的高强度和疲劳强度，因此，适用于CVT的金属环形带。

Claims

1.一种马氏体时效钢，其按质量百分比计含有C：0.008%以下、Si：0.5%以下、Mn：0.5%以下、Cr：0.5%～1.5%、Ni：16.0%～22.0%、Co：3.0%～7.0%、Mo：3.0%～7.0%，厚度为0.5mm以下，并被进行了氮化处理，其特征在于，

该马氏体时效钢按质量百分比计还含有Al：0.6%～1.3%，剩余部分由Fe和杂质构成，作为上述杂质，被限制为Ti：0.01%以下、Nb：0.01%以下、Ta：0.01%以下、W：0.01%以下，而且Al和Ti之比满足Al/Ti≥250，按照维氏硬度，马氏体时效钢的表面硬度为800HV～1050HV、内部硬度为570HV以下。

2.根据权利要求1所述的马氏体时效钢，其特征在于，

上述Al按质量百分比计为0.7%～1.2%。

3.根据权利要求1或2所述的马氏体时效钢，其特征在于，

除了上述组成之外，该马氏体时效钢按质量百分比计还含有Mg：0.0001%～0.0030%、Ca：0.0001%～0.0030%中的任一者或者两者。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的马氏体时效钢，其特征在于，

除了上述组成之外，该马氏体时效钢按质量百分比计还含有B：0.0001%～0.0030%。