CN112888796A - 氮化部件粗形材及氮化部件 - Google Patents

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Abstract

一种氮化部件粗形材及对该氮化部件粗形材进行氮化处理而得到的氮化部件，该氮化部件粗形材具有规定的化学组成，在氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为14.5mm的位置处的组织的面积率为：回火马氏体与回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织的面积率为：回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。

Description

氮化部件粗形材及氮化部件
技术领域
本申请涉及氮化部件粗形材及氮化部件。
背景技术
对于汽车、船舶、产业机械等中使用的机械部件，有可能为了提高疲劳强度而实施氮化处理。对于氮化部件，不仅要求高的疲劳强度，而且有时还要求用于矫正氮化时的变形的矫正性。疲劳强度存在表层硬度越高则越优异的倾向，矫正性存在表层部的硬度越低则越优异的倾向，两特性成为此消彼长的关系。作为用于兼顾疲劳强度与矫正性的技术，例如在专利文献1中有公开。
具体而言，在专利文献1中公开了一种技术，其通过将钢成分最优化，控制氮化处理后的氮化层的硬度分布和氮化的影响波及不到的芯部的硬度，从而谋求了疲劳强度与矫正性的兼顾。
一般而言，通过在氮化处理之前对钢实施淬火回火、正火之类的前热处理，从而氮化处理后的矫正性、疲劳强度提高。特别是，如果在氮化前实施淬火回火处理后再实施氮化处理，则与对热锻造状态的钢实施氮化处理的情况相比，矫正性和疲劳强度提高。
专利文献2中公开了一种技术，其通过在氮化前实施淬火回火处理来兼顾氮化处理后的疲劳强度和矫正性。具体而言，在专利文献2中，通过按照回火马氏体与贝氏体的混合组织成为主体的方式控制钢的组织，能够兼顾疲劳强度和矫正性。
专利文献1：日本特开2004-162161号公报
专利文献2：WO2017-056896号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述的专利文献1中记载的技术是通过将钢成分最优化从而控制了氮化处理后的氮化层的硬度分布和氮化的影响波及不到的芯部的硬度。但是，由于未进行钢组织的最优化，因此难以说能够以充分高的水平兼顾疲劳强度和矫正性。
另外，专利文献2中记载的技术以高水平兼顾了疲劳强度和矫正性。另一方面，从机械部件的制造性的观点出发，如果除了专利文献2中记载的效果以外，在氮化处理前的粗形材中切削性也良好，则进一步优选。
专利文献2中记载的氮化部件即氮化曲轴设想了曲轴轴颈直径小的曲轴，部件整体是以回火组织作为主体，表层部组织和内部组织没有差异，因此在氮化处理前的粗形材中切削性存在改善的余地。
特别是，直径或宽度为60～130mm的范围的部位由于是实施切削(特别是深孔加工)的部位，因此要求切削性。
因此，本申请的课题是提供可得到直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的切削性(特别是深孔加工性)优异、并且氮化处理后的疲劳强度及矫正性优异的氮化部件的氮化部件粗形材及对该氮化部件粗形材进行了氮化处理而得到的疲劳强度及矫正性优异的氮化部件。
用于解决课题的手段
上述课题通过以下的手段来解决。
<1>一种氮化部件粗形材，其是具有直径或宽度为60～130mm的范围的部位的氮化部件粗形材，其具有下述化学组成：
以质量％计含有：
C：0.35～0.45％、
Si：0.10～0.50％、
Mn：1.5～2.5％、
P：0.05％以下、
S：0.005～0.100％、
Cr：0.15～0.60％、
Al：0.001～0.080％、
N：0.003～0.025％、
Mo：0～0.50％、
Cu：0～0.50％、
Ni：0～0.50％、
Ti：0～0.050％、
Nb：0～0.050％、
Ca：0～0.005％、
Bi：0～0.30％、及
V：0～0.05％、
剩余部分为Fe及杂质，
在上述氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为14.5mm的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体与回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，
在上述氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
<2>根据<1>所述的氮化部件粗形材，其以质量％计含有下述元素中的1种或2种以上：Mo：超过0且为0.50％以下、Cu：超过0且为0.50％以下、及Ni：超过0且为0.50％以下。
<3>根据<1>或<2>所述的氮化部件粗形材，其以质量％计含有下述元素中的1种或2种：Ti：超过0且为0.050％以下、及Nb：超过0且为0.050％以下。
<4>根据<1>～<3>中任一项所述的氮化部件粗形材，其以质量％计含有下述元素中的1种或2种以上：Ca：超过0且为0.005％以下、Bi：超过0且为0.30％以下、及V：0～0.05％。
<5>一种氮化部件，其是以<1>～<4>中任一项所述的氮化部件粗形材作为原材料的氮化部件，
在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为0.5mm的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，
在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，
在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为0.05mm的位置处的维氏硬度为350～550HV。
<6>根据<5>所述的氮化部件，其中，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中具有深度L与直径D之比即L/D为8以上、且深度L为60mm以上的单个或多个孔，
该孔的深度方向的总长度的50％以上通过了具有下述组织的部位：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
发明效果
根据本申请，能够提供可得到直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的切削性(特别是深孔加工性)优异、并且氮化处理后的疲劳强度及矫正性优异的氮化部件的氮化部件粗形材及对该氮化部件粗形材进行氮化处理而得到的疲劳强度及矫正性优异的氮化部件。
附图说明
图1是表示由实施例中制作的圆棒采集的小野式旋转弯曲疲劳试验片的示意图。
图2是表示由实施例中制作的圆棒采集的四点弯曲试验片的示意图。
图3是表示孔的特性的评价中的圆棒的直径为55mm或65mm的情况下的圆棒截面、孔与评价部的位置关系的示意图。
图4是表示孔的特性的评价中的圆棒的直径为80mm的情况下的圆棒截面、孔与评价部的位置关系的示意图。
图5是表示孔的特性的评价中的圆棒的直径为100mm的情况下的圆棒截面、孔与评价部的位置关系的示意图。
图6是表示孔的特性的评价中的圆棒的直径为140mm的情况下的圆棒截面、孔与评价部的位置关系的示意图。
图7是表示曲轴(Crankshaft)的一个例子的示意图。
具体实施方式
以下，对本申请的一个例子即实施方式进行详细说明。
需要说明的是，在本说明书中，化学组成的各元素的含量的“％”表述是指“质量％”。
有时将化学组成的各元素的含量表述为“元素量”。例如，C的含量有时表述为C量。
使用“～”表示的数值范围是指包含“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值的范围。
对“～”的前后记载的数值标注“超过”或“低于”的情况的数值范围是指不含这些数值作为下限值或上限值的范围。
“工序”的术语不仅包括独立的工序，即使是在无法与其他的工序明确相区别的情况下，只要可达成本工序的所期望的目的，则也包含于本术语中。
将“氮化部件粗形材的距离表面的深度为14.5mm的位置”也称为氮化部件粗形材的表层部。
将“氮化部件粗形材或氮化部件的距离表面的深度为15mm以上的位置”也称为内部。
将“氮化部件的距离表面的深度为0.5mm的位置”也称为氮化部件的表层部。
本实施方式的氮化部件粗形材是具有直径或宽度为60～130mm的范围的部位的氮化部件粗形材，其具有规定的化学组成，在氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为14.5mm的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体与回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体；在氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
本实施方式的氮化部件粗形材通过上述构成，成为可得到直径(最大径)或宽度为60～130mm的范围的部位中的切削性(特别是深孔加工性)优异、并且氮化处理后的疲劳强度及矫正性优异的氮化部件的氮化部件粗形材。而且，该本实施方式的氮化部件粗形材通过进行氮化处理，可得到直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的疲劳强度和矫正性优异的氮化部件。
这样的本实施方式的氮化部件粗形材通过下面的见解被发现。
对于氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位，为了兼顾氮化处理后的疲劳强度及矫正性、并且进一步具备高水平的切削性(特别是深孔加工性)，制成最有助于疲劳强度及矫正性的表层部附近的组织即可。另外，将虽然不影响疲劳强度及矫正性但影响深孔加工时的切削性的内部的组织制成不同的组织即可。
例如，在专利文献2中记载的技术中，氮化部件的组织是以回火马氏体及回火贝氏体(以下，也称为“淬火组织”)为主体，表层部组织和内部组织没有差异。另一方面，在内部组织中，通过利用切削性优异的铁素体及珠光体(以下，也称为“非淬火组织”)，能够制成特别是深孔加工时的切屑处理性优异的部件。
于是，本发明的发明者们研究了下述技术：在实施通常的氮化部件的生产工序中进行的淬火回火工序的情况下，氮化部件的表层部附近成为疲劳强度及矫正性优异的组织、并且氮化部件的内部成为切削性(特别是深孔加工性)优异的组织。其结果是，本发明的发明者们得到了下述(a)～(c)的见解。
(a)如果将钢的表层部制成淬火组织、并且将内部的组织制成非淬火组织，则能够得到疲劳强度及矫正性和切削性(特别是深孔加工性)都优异的氮化部件。
(b)为了将钢的表层部制成淬火组织、并且将内部的组织制成非淬火组织所必要的要件之一是：将实施深孔加工的部位的直径及厚度控制在一定的范围内。
(c)为了将钢的表层部制成淬火组织、并且将内部的组织制成非淬火组织所必要的另一个要件是：将氮化部件粗形材的淬透性控制在一定的范围内。
接下来，本发明的发明者们使用在钢的表层部和内部中组织产生了差异的各种钢，对氮化特性和深孔加工性提高的条件进行了研究。其结果是，本发明的发明者们得到了下述(d)～(e)的见解。
(d)仅仅将钢的表层部组织制成淬火组织主体时，有可能疲劳强度及矫正性不会充分提高。为了充分提高疲劳强度及矫正性，需要在增加Mn量的同时将Cr量抑制在适宜的范围。
(e)仅仅将钢的内部组织制成非淬火组织主体时，有可能虽然切屑处理性提高、但由于生成粗大的渗碳体从而切削阻力不会降低。为了在将内部组织制成非淬火组织主体的基础上来使切削阻力有效地降低，应该降低渗碳体的体积率，需要将C量设定为一定量以下。
由以上的见解发现：本实施方式的氮化部件粗形材成为直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的切削性(特别是深孔加工性)优异、并且氮化处理后疲劳强度及矫正性优异的氮化部件粗形材。而且发现：该本实施方式的氮化部件粗形材通过进行氮化处理，可得到直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的疲劳强度和矫正性优异的氮化部件。
所得到的氮化构件变得适宜作为汽车、产业机械及建设机械等机械部件来使用。
以下，对本实施方式的氮化部件粗形材的详细情况进行说明。
[化学组成]
本实施方式的氮化部件粗形材的化学组成含有下述的元素。需要说明的是，在化学组成的说明中，将氮化部件粗形材及氮化部件也称为“钢材”。
(必需元素)
C：0.35～0.45％
碳(C)会提高钢材的硬度及疲劳强度。如果C量过低，则得不到上述效果。另一方面，如果C量过高，则非淬火组织的切削阻力上升，切削性降低。因此，C量为0.35～0.45％。C量的下限优选为0.36％，更优选为0.38％。C量的上限优选为0.43％，更优选为0.42％，进一步优选为0.41％，特别优选为0.40％。
Si：0.10～0.50％
硅(Si)是固溶于铁素体中来将钢材强化(固溶强化)。如果Si量过低，则得不到上述效果。另一方面，如果Si量过高，则回火时的软化被过度抑制，切削性劣化。因此，Si量为0.10～0.50％。Si量的下限优选为0.13％，更优选为0.15％，进一步优选为0.27％以上。Si量的上限优选为0.45％，更优选为0.40％，进一步优选为0.35％。
Mn：1.5～2.5％
锰(Mn)会提高组织的淬透性，将表层部的组织制成淬火组织。由此，会提高氮化部件的氮化层(表层部)的硬度及疲劳强度。如果Mn量过低，则得不到上述效果。另一方面，如果Mn量过高，则钢的淬透性过度提高，因此内部成为淬火组织，切削性及矫正性劣化。因此，Mn量为1.5～2.5％。Mn量的下限优选为1.60％，更优选为1.70％，进一步优选为1.75％。Mn量的上限优选为2.4％，更优选为2.3％，更优选为2.2％。
P：0.05％以下
磷(P)为杂质。P在晶体晶界处偏析，引起晶界脆化开裂。因此，P量优选尽可能低。因此，P量的上限为0.05％以下。P含量的上限优选为0.02％以下。
需要说明的是，P是可以不含有的元素，P量的下限为0％。但是，从抑制脱P成本的增加的方面出发，P量的下限例如设定为超过0％(优选为0.003％)为宜。
S：0.005～0.100％
硫(S)在钢材中与Mn结合而形成MnS，提高钢材的切削性。如果S量过低，则得不到上述效果。另一方面，如果S量过高，则形成粗大的MnS，钢材的疲劳强度降低。因此，S量为0.005～0.100％。S量的下限优选为0.010％，更优选为0.015％，更优选为0.020％。S量的上限优选为0.080％，更优选为0.070％，更优选为0.060％。
Cr：0.15～0.60％
铬(Cr)与由氮化处理导入至钢材内的N结合而在氮化层中形成CrN，强化氮化层。如果Cr量过低，则得不到上述效果。另一方面，如果Cr量过高，则氮化层过度硬化，矫正性劣化。另外，切削性也劣化。因此，Cr量为0.15～0.60％。Cr量的下限优选为0.20％，更优选为0.25％，更优选为0.30％。Cr量的上限优选为0.55％，更优选为0.50％。
Al：0.001～0.080％
铝(Al)是将钢脱氧的元素。另一方面，如果Al量过高，则形成微细的氮化物，将钢过度硬化，使矫正性劣化。因此，Al量为0.001～0.080％。Al量的下限优选为0.005％，更优选为0.010％。Al量的上限优选为0.060％，更优选为0.050％，更优选为0.040％。
N：0.003～0.025％
氮(N)固溶于钢材中来提高钢材的强度。如果N量过低，则得不到上述效果。另一方面，如果N量过高，则在钢材中生成气泡。由于气泡成为缺陷，因此优选抑制气泡的产生。因此，N量为0.003～0.025％。N量的下限优选为0.005。N含量的上限优选为0.020％，更优选为0.018％。
剩余部分：Fe及杂质
所谓杂质是指在工业上制造钢材时从作为原料的矿石、废料或制造环境等混入的物质，是指在不对本实施方式的氮化部件粗形材造成不良影响的范围内被容许的物质。具体而言，作为杂质，可容许下述的元素。
Pb：0.09％以下
W：0.1％以下
Co：0.1％以下
Ta：0.1％以下
Sb：0.005％以下
Mg：0.005％以下
REM：0.005％以下
(任选元素)
本实施方式的氮化部件粗形材也可以包含Mo、Cu及Ni中的1种或2种以上。由Mo、Cu及Ni构成的组具有提高氮化部件的强度的作用。此外，Mo、Cu及Ni的含量的下限为0％。
Mo：0～0.50％
钼(Mo)在含有的情况下，通过提高钢的淬透性来提高钢材的强度。其结果是，钢材的疲劳强度变高。然而，如果Mo量变得过多，则该效果饱和，而且钢材的成本变高。因此，Mo量为0(或超过0)～0.50％。Mo量的下限优选为0.03％，更优选为0.05％。Mo量的上限优选为0.40％，更优选为0.30％，进一步优选为0.20％。
Cu：0～0.50％
铜(Cu)在含有的情况下，固溶于铁素体中来提高钢材的强度。因此，钢材的疲劳强度提高。然而，如果Cu量变得过多，则在热锻造时在钢的晶界处偏析而诱发热开裂。因此，Cu量为0(或超过0)～0.50％。Cu量的下限优选为0.05％，更优选为0.10％。Cu量的上限优选为0.30％，更优选为0.20％。
Ni：0～0.50％
镍(Ni)在含有的情况下，固溶于铁素体中来提高钢材的强度。因此，钢材的疲劳强度提高。进而，在钢材含有Cu的情况下，Ni抑制起因于Cu的热开裂。然而，如果Ni量过多，则其效果饱和，制造成本变高。因此，Ni量为0(或超过0)～0.50％。Ni量的下限优选为0.05％，更优选为0.10％。Ni量的上限优选为0.30％，更优选为0.20％。
本实施方式的氮化部件粗形材也可以包含Ti及Nb中的1种或2种。由Ti及Nb构成的组具有奥氏体晶粒的粗大化防止作用。此外，Mo、Ti及Nb的含量的下限为0％。
Ti：0～0.050％
钛(Ti)与N结合而形成TiN，在热锻造时抑制淬火回火时的晶粒的粗大化。然而，如果Ti量过高，则生成TiC从而钢材的硬度的不均变大。因此，Ti量为0(或超过0)～0.05％。Ti量的下限优选为0.005％，更优选为0.010％。Ti量的上限优选为0.04％，更优选为0.03％。
Nb：0～0.050％
铌(Nb)与N结合而形成NbN，在热锻造时抑制淬火回火时的晶粒的粗大化。Nb进一步在热锻造时延迟淬火回火时的再结晶，抑制晶粒的粗大化。然而，如果Nb量过高，则生成NbC从而钢材的硬度的不均变大。因此，Nb量为0(或超过0)～0.050％。Nb的下限优选为0.005％，更优选为0.010％。Nb量的上限优选为0.040％，更优选为0.030％。
本实施方式的氮化部件粗形材也可以包含Ca、Bi及V中的1种或2种以上。此外，Ca、Bi及V的含量的下限为0％。
Ca：0～0.005％
钙(Ca)在含有的情况下，会提高钢材的切削性。然而，如果Ca量过高，则生成粗大的Ca氧化物，钢材的疲劳强度降低。因此，Ca量为0(或超过0)～0.005％。用于稳定地获得上述效果的Ca量的下限优选为0.0001％，更优选为0.0003％。Ca量的上限优选为0.003％以下，更优选为0.002％。
Bi：0～0.30％
铋(B)在含有的情况下，会提高钢材的切削性。然而，如果Bi量过高，则热加工性劣化。因此，Bi量为0(或超过0)～0.30％。用于稳定地获得上述效果的Bi量的下限优选为0.05％，更优选为0.10％。Bi量的上限优选为0.25％以下，更优选为0.20％。
V：0～0.05％
钒(V)在钢扩散相变时在铁素体与奥氏体的界面析出。进而，在将钢淬火后在回火时也进行析出，因此非淬火组织硬化，使切削性劣化。因此，V量需要限制为0(或超过0)～0.05％以下。V量的上限优选为0.03％，更优选为0.02％。
此外，经常包含于实用性的氮化部件粗形材(及氮化部件)中的V需要降低其含量。但是，从降低制造成本的观点出发，V量的下限设定为超过0％(或0.001％)为宜。
[氮化部件粗形材的表层部的组织]
本实施方式的氮化部件粗形材是将钢原材料通过热锻造来粗成型为氮化部件形状后进行淬火回火而得到的构件。本实施方式的氮化部件粗形材为了提高直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的氮化处理后的疲劳特性及矫正性，将直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的氮化的影响所波及的表层部的组织制成淬火回火组织。如果控制氮化部件粗形材的从表面至15mm深度为止的组织，则在切削加工后的表层部也出现目标组织。
具体而言，在氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，将距离表面的深度为14.5mm的位置处的组织以面积率计制成：回火马氏体与回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。氮化后的氮化部件的疲劳特性和矫正性提高。
回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的下限优选为80％，更优选为85％。
另一方面，回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的上限无论多高都可以，也可以为100％。
残余奥氏体的面积率也可以为0％，如果为5％以下，则不会影响氮化处理后的氮化部件的疲劳特性和矫正性。
残余奥氏体的面积率的下限也可以超过0％或为1％。
残余奥氏体的面积率的上限优选为3％，更优选为2％。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率也可以为0％，如果为30％以下，则难以影响氮化处理后的氮化部件的疲劳特性和矫正性，因此是优选的。
[氮化部件粗形材的内部的组织]
本实施方式的氮化部件粗形材为了提高直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的氮化处理后的氮化部件的切削性，需要将氮化处理的影响波及不到的内部的组织的大半制成非淬火组织。
具体而言，在氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，将距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织以面积率计制成：回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。由此，氮化处理后的氮化部件的切削性(特别是深孔加工性)提高。
回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的下限也可以为0％，如果低于50％，则难以影响氮化处理后的氮化部件的切削性(特别是深孔加工性)。
回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的下限也可以为超过0％、为5％或为10％。
另一方面，回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的上限优选为40％，更优选为35％，进一步优选为30％，特别优选为20％。
残余奥氏体的面积率也可以为0％，如果为5％以下，则不会影响氮化处理后的氮化部件的切削性(特别是深孔加工性)。
残余奥氏体的面积率的下限也可以超过0％或为1％。
残余奥氏体的面积率的上限优选为3％，更优选为2％。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率为超过50％且为100％以下。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率的下限优选为60％，更优选为65％，进一步优选为70％，特别优选为80％。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率的上限不论多高都可以，也可以为100％。
需要说明的是，氮化处理是在钢的A1点以下的温度区域来进行，氮化部件粗形材的内部组织直接被氮化部件的内部组织延续。
<氮化部件>
本实施方式的氮化部件是以上述本实施方式的氮化部件粗形材作为原材料的氮化部件。具体而言，是在对氮化部件粗形材实施制成规定的形状的切削加工后进行氮化处理而得到的氮化部件。
而且，本实施方式的氮化部件满足下述(1)～(3)的特性。
(1)在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为0.5mm的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
(2)在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
(3)在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为0.05mm的位置处的维氏硬度为350HV以上且低于550HV。
本实施方式的氮化部件如上述那样成为切削性(特别是深孔加工性)优异、并且疲劳强度及矫正性优异的氮化部件。
[氮化部件的表层部的组织]
本实施方式的氮化部件由于是对氮化部件粗形材实施氮化处理，因此在表层形成了氮化层。氮化层的厚度例如为0.1～1.0mm。
而且，本实施方式的氮化部件为了提高直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的疲劳特性及矫正性，优选直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的氮化层的组织为淬火组织。
具体而言，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，将距离表面的深度为0.5mm的位置处的组织以面积率计制成：回火马氏体及回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的下限优选为80％，更优选为85％。
另一方面，回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的上限无论多高都可以，也可以为100％。
残余奥氏体的面积率也可以为0％，如果为5％以下，则不会影响氮化部件的疲劳特性和矫正性。
残余奥氏体的面积率的下限也可以超过0％或为1％。
残余奥氏体的面积率的上限优选为3％，更优选为2％。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率也可以为0％，如果为30％以下，则由于难以影响氮化部件的疲劳特性和矫正性，因此是优选的。
需要说明的是，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，如果距离表面位于深度为0.5mm的组织的面积率满足上述规定，则比其更接近表面的部位由于更容易淬火，因此该组织自然满足上述规定。
[氮化部件的内部组织]
本实施方式的氮化部件在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，为了提高切削性，需要将氮化处理的影响波及不到的内部的组织的大半制成非淬火组织。
具体而言，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，将距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织的面积率设定为：回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。由此，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，切削性(特别是深孔加工性)提高。
回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的下限也可以为0％，如果低于50％，则难以影响氮化部件的切削性(特别是深孔加工性)。
回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的下限也可以为超过0％、为5％或为10％。
另一方面，回火马氏体与回火贝氏体的合计的面积率的上限优选为40％，更优选为35％，进一步优选为30％，特别优选为20％。
残余奥氏体的面积率也可以为0％，如果为5％以下，则不会影响氮化部件的切削性(特别是深孔加工性)。
残余奥氏体的面积率的下限也可以超过0％或为1％。
残余奥氏体的面积率的上限优选为3％，更优选为2％。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率为超过50％且为100％以下。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率的下限优选为60％，更优选为65％，进一步优选为70％，特别优选为80％。
剩余部分的“铁素体及珠光体”的合计的面积率的上限无论多高都可以，也可以为100％。
[氮化部件的表层部的维氏硬度]
本实施方式的氮化部件为了提高直径或宽度为60～130mm的范围的部位中的疲劳特性及矫正性，需要氮化部件的表层部的维氏硬度适宜。如果表面附近的硬度低，则得不到充分高的疲劳强度。另一方面，如果表面附近的硬度过高，则矫正性劣化。因此，将氮化部件的表层部的维氏硬度设定为350～550HV。
具体而言，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，将距离表面的深度为0.05mm的位置处的维氏硬度设定为350～550HV。
氮化部件的表层部的维氏硬度的下限优选为370HV，更优选为380HV。
氮化部件的表层部的维氏硬度的上限优选为520HV，更优选为500HV。
[氮化部件的贯通孔]
本实施方式的氮化构件也可以在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位具有单个或多个孔。孔例如通过钻头切削来设置。
孔例如设定为深度L与直径D之比即L/D为8以上(优选为8～50)、且深度L为60mm以上(优选为60～250mm)的贯通孔。
该形状的孔的钻头切削加工为难切削加工，关于被钻头切削的部分的组织，较少地存在切削性差的回火马氏体及回火贝氏体、且大量地存在切削性优异的铁素体及珠光体组织是有利的。
因此，该形状的孔的深度方向的总长度的50％以上(优选为60％，更优选为70％)通过了具有下述组织的部位为宜：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
即，例如，在钻头所贯通的部分的组织之中，孔的深度方向的总长度的50％以上的组织是以上述铁素体及珠光体作为主体的组织为宜。
此外，以上述铁素体及珠光体作为主体的组织的优选方案与氮化部件的距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织的优选方案是同样的。
这里，孔的组织是以孔的周围的组织来进行评价。具体而言，通过以下那样的方法来进行评价。
首先，将孔的深度在深度方向上进行十等分，规定10个区域。在各区域中，将孔沿着深度方向进行纵切，在纵截面上，将在孔的距离表面(壁面)的深度为200μm以内的随机的位置处所取得的视场设定为被检视场。
从一个或多个被检视场中按照每各个区域的被检面积成为0.2mm2以上的方式选择视场，以可观察组织的适当的倍率拍摄照片。由所拍摄的照片求出每各个区域的组织的面积率。该孔中的满足组织的面积率的规定的长度(孔的深度方向的长度)成为下述值：该孔的表面(壁面)的各区域内满足上述的组织的面积率的规定的区域的数目乘以孔的长度的1/10。对全部的孔进行这样的评价，求出满足组织的面积率的规定的长度之和相对于孔的深度方向的总长度的比例。
此外，在氮化部件具有多个贯通孔、并且该孔及具有孔的部位具有对称的形状、或者在由重复的同一形状构成的部位具有同一形状的孔的情况等下，如果孔的周围的组织相同，则对于可合理地推定的多个孔，仅对它们中的一个孔评价孔的周围的组织，其他孔的周围的组织的面积率也可以视为与其评价结果相同。
[组织的面积率及维氏硬度]
本实施方式的氮化部件粗形材及氮化部件中的组织的面积率及维氏硬度是依据后述的实施例中记载的方法来测定的。
[制造方法]
以下，对本实施方式的氮化部件粗形材及氮化部件的制造方法的一个例子进行说明。
本实施方式的氮化部件的制造方法包含：钢原材料准备工序、成型工序、淬火回火工序、切削加工工序和氮化处理工序。此外，本实施方式的氮化部件粗形材包含：钢原材料准备工序、成型工序和淬火回火工序。
以下，对各个工序进行说明。
[钢原材料准备工序]
制造满足本实施方式的氮化部件粗形材的钢的化学组成的钢液。使用所制造的钢液，通过一般的连续铸造法制成铸坯(板坯、钢块)。或者，使用钢液，通过铸锭法制成钢锭。将铸坯或钢锭进行热加工，制造钢坯。热加工可以是热轧，也可以是热锻造。进而，将钢坯以一般的条件进行加热、轧制、冷却来制造棒钢，将其作为氮化部件的原材料。
[成型工序]
将所制造的上述棒钢通过热锻造而成型为具有直径或宽度为60～130mm的范围的部位的氮化部件粗形材。如果热锻造的加热温度过低，则会对锻造装置造成过度的负荷。另一方面，如果加热温度过高，则氧化皮损耗大。因此，优选的加热温度为1000～1300℃。
热锻造的优选的成品温度为900℃以上。这是由于：如果成品温度过低，则对模具的负担变大。另一方面，成品温度的优选的上限为1250℃。
[淬火回火处理]
对热锻造后的氮化部件粗形材实施淬火回火处理。此时，淬火温度为(1)式所表示的A3点以上并且1000℃以下。另外，回火温度为570℃以上并且(2)式所表示的A1点以下。回火时间优选为30分钟以上。
A3＝910-203C+44.7Si-30Mn-11Cr (1)
A1＝723-10.7Mn+29.1Si-16.9Ni+16.9Cr (2)
需要说明的是，(1)式及(2)式中，元素符号表示各元素的含量(质量％)。
为了将即将淬火前的组织制成奥氏体单相，淬火温度需要设定为A3点以上。如果淬火温度过高，则有可能淬透性提高，连内部也被淬火，切削性劣化。因此，淬火温度优选为950℃以下。淬火温度更优选为920℃以下，进一步优选为900℃以下。
通过淬火使得粗形材的表层部组织成为以马氏体及贝氏体作为主体的组织。如果将这样的组织直接氮化，则合金氮化物的析出被促进，表层部过度硬化，矫正性劣化。为了通过回火处理来抑制马氏体及贝氏体中的合金氮化物的析出，优选以570℃以上的温度进行回火。回火温度更优选为590℃以上，进一步优选为600℃以上。另一方面，为了抑制回火时的逆相变，回火温度需要设定为A1点以下。
经由以上的工序，可得到本实施方式的氮化部件粗形材。
[切削加工工序]
对所得到的氮化部件粗形材实施切削加工而制成规定的氮化部件形状。
[氮化处理]
对切削加工后的氮化部件实施氮化处理。本实施方式中，采用周知的氮化处理。氮化处理例如为气体氮化、盐浴氮化、离子氮化等。在氮化中导入炉内的气体可以仅为NH3，也可以为含有NH3与N2和/或H2的混合气体。另外，也可以使这些气体中含有渗碳性的气体来实施软氮化处理。因此，本说明书中所谓的“氮化”也包含“软氮化”。
在实施气体软氮化处理的情况下，例如只要在将吸热型改性气体(RX气体)与氨气以1：1混合而成的气氛中，将均热温度设定为550～630℃来均热1～3小时即可。
通过以上的制造工序制造的氮化部件具有切削性(特别是深孔加工性)优异、并且疲劳强度及矫正性优异的特性。
[氮化部件的用途]
氮化部件可以适宜地应用于曲轴、各种机械滑动部件(凸轮轴、轴承等)、钢材制品的成型用模具(压制成型用冲模、制管用插塞等)等部件。
在氮化部件为曲轴的情况下，具体而言，从得到上述表层部及内部的组织的观点出发，优选具有曲轴轴颈直径(最大径)为60～130mm(优选为60～120mm，更优选为65～100mm)的曲轴(参照图7)。
如果是曲轴轴颈直径过小的曲轴，则存在下述倾向：表层部及内部都成为回火组织主体(回火马氏体和回火贝氏体为主体)的组织，成为在表层部及内部没有差异的组织。另一方面，如果是曲轴轴颈直径过大的曲轴，则存在下述倾向：表层部及内部都成为铁素体及珠光体为主体的组织、成为在表层部及内部没有差异的组织。
因此，氮化部件优选为具有上述曲轴轴颈直径(最大径)为60～130mm(优选为60～120mm，更优选为65～100mm)的曲轴。
同样地，氮化部件粗形材也是优选具有相当于曲轴轴颈的部位的直径(最大径)为60～130mm(优选为60～120mm，更优选为65～100mm)的曲轴粗形材。
这里，在图7中，10表示曲轴(Crankshaft)，12表示曲轴轴颈，14表示曲柄销，16表示曲柄臂，18表示平衡块。
此外，在曲轴中，作为“直径或宽度为60～130mm的范围的部位”的一个例子，曲轴轴颈符合。
实施例
以下，列举出实施例对本申请进一步进行具体说明。但是，这些各实施例并不限制本申请。
首先，使用真空熔炼炉来制造具有表1中所示的化学组成的钢C、E、H的300kg的钢锭以及A、B、D、F、G、I～U的50kg的钢锭。
Figure BDA0003032773250000201
在表1中的“A1”、“A3”栏中，分别记载了式(1)所定义的A1点(℃)、式(2)所定义的A3点(℃)。
将各标记的钢锭加热至1250℃。将加热后的钢锭进行热锻造，制造了具有表2中所示的直径φ的棒钢。以棒钢作为原材料，实施了模拟氮化部件粗形材的制造的热处理。首先，实施了再现热锻造工序的1200℃加热、空气冷却。接下来，对于经空气冷却的圆棒，以表2中的第一段的热处理栏中记载的条件进行热处理(淬火处理)，在冷却至150℃以下之后，以表2中的第二段的热处理栏中记载的条件进行了热处理(回火处理)。
经由以上的工序，制作了作为氮化部件粗形材的圆棒。
<评价试验>
使用各试验编号的圆棒，实施了下述的试验。
[组织的面积率及维氏硬度的测定]
采集以试验编号1～30的二阶段的热处理后的圆棒的横截面(沿与圆棒的长度方向正交的方向切断的截面)作为被检面的样品。在所采集的样品的距离圆棒的表面(外周面)的深度为14.5mm的位置(表层部)处的任意7点，测定基于JIS Z 2244(2009)的维氏硬度(HV)。试验力设定为9.8N。将所得到的7个维氏硬度的平均值定义为表层部的维氏硬度。
对于表层部的维氏硬度测定后的样品，用包含3质量％的硝酸的硝酸乙醇进行腐蚀而使组织显现出。之后，以测定了硬度的位置(表层部)作为中心，在7个部位拍摄倍率为200倍的光学显微镜照片，由图像解析求出回火马氏体、回火贝氏体、铁素体及珠光体的面积率。
对于相同的样品，使用XRD(X射线衍射装置)测定了残余奥氏体的体积分率。以距离圆棒的表面(外周面)的深度为14.5mm的位置作为中心，照射φ1.0mm的光斑尺寸的X射线，将所得到的残余奥氏体的体积分率定义为表层部的残余奥氏体的面积率。
残余奥氏体包含于回火马氏体及回火贝氏体中。因而，从由光学显微镜照片测定的回火马氏体及回火贝氏体的面积率的合计中减去由XRD测定的残余奥氏体的面积率，将该值设定为回火马氏体及回火贝氏体的真正的合计的面积率。
通过相同的方法还测定了距离圆棒的表面(外周面)的深度为15mm以上的位置(内部)的维氏硬度和组织的面积率。具体而言，如以下那样进行了测定。
在将圆棒的半径设为R(mm)的情况下，在距离圆棒的表面(外周面)成为深度15(mm)、深度15+(R-15)/4×1(mm)、深度15+(R-15)/4×2(mm)、15+(R-15)/4×3(mm)及深度R(mm)的5个位置附近测定了各3个点的维氏硬度(HV)。试验力设定为9.8N。将所得到的15个点的维氏硬度的平均值定义为内部的硬度。
对于内部的维氏硬度测定后的样品，用包含3质量％的硝酸的硝酸乙醇进行腐蚀而使组织显现出。之后，以测定了硬度的位置作为中心，拍摄倍率为200倍的光学显微镜照片，由图像解析求出各深度位置处的回火马氏体、回火贝氏体、铁素体及珠光体的面积率。
进而，对于测定了维氏硬度的样品，使用XRD测定了残余奥氏体的体积率。以测定了硬度的位置作为中心，照射φ1.0mm的光斑尺寸的X射线，将所得到的残余奥氏体的体积率定义为内部的残余奥氏体的面积率。
从由光学显微镜照片测定的回火马氏体及回火贝氏体的面积率的合计中减去由XRD测定的残余奥氏体的面积分率，将该值设定为回火马氏体及回火贝氏体的合计的面积率。
然后，将所得到的15个点的回火马氏体及回火贝氏体的合计的面积率以及残余奥氏体的面积率的平均值定义为内部的硬度。
[小野式旋转弯曲疲劳试验片及四点弯曲试验的试验片的制作]
从各试验编号的圆棒中采集多个图1中所示的小野式旋转弯曲疲劳试验片。图中的长度L1为80mm，直径D1为φ12mm。试验片中央部的缺口部的曲率半径R1为3mm，缺口底处的试验片横截面的直径R3为φ8mm。此时，使小野式旋转弯曲疲劳试验片的中心距离圆棒的表面成为10mm的深度。即，小野式旋转弯曲疲劳试验片的缺口底距离圆棒的表面相当于6～14mm的深度。
进而，从各试验编号的圆棒中采集图2中所示的四点弯曲试验片。四点弯曲试验片的长度L2为180mm，直径D2为φ12mm。试验片中央部的缺口部的曲率半径R2为3mm，缺口底处的试验片横截面的直径R4为φ8mm。此时，使四点弯曲试验片的中心距离圆棒的表面成为10mm的深度。即，四点弯曲试验片的缺口底距离圆棒的表面相当于6～14mm的深度。
对于所采集的小野式旋转弯曲疲劳试验片及四点弯曲试验片，实施了580℃×2.5h的软氮化处理。作为处理气体，将氨气与RX气体按照流量成为1：1的方式导入炉内。然后，经过2.5小时后，将试验片从热处理炉中取出，用100℃的油进行了骤冷。
经由以上的工序，制作了作为氮化部件的小野式旋转弯曲疲劳试验片及四点弯曲试验片。
[氮化层(表层部)及内部的组织的面积率的测定]
使用各试验编号的氮化后的小野式旋转弯曲疲劳试验片之中的一部分，求出疲劳试验片的氮化层(表层部)附近的组织的面积率。按照可观察疲劳试验片的缺口底的横截面的方式制作组织观察用的样品，用硝酸乙醇进行腐蚀而使组织显现出后，供于组织观察。在将横截面的圆的表面的任意点置于0°的情况下的0°位置、90°位置、180°位置、270°位置这4个部位，与上述同样地操作来测定了以距离表面的深度为0.5mm的位置为中心的组织的面积率。将4个部位的组织的面积率的平均值定义为氮化层的组织的面积率。
另一方面，疲劳试验片的内部的组织的面积率由于不会受到氮化处理的影响，因此与作为氮化构件粗形材的圆棒的内部的组织的面积率相同，因此测定省略。
[氮化层(表层部)的维氏硬度测定]
使用各氮化层的组织的面积率测定中使用的试验片，求出了氮化层的表层部的维氏硬度。具体而言，在距离表面的深度为0.05mm的位置附近的任意5个点处，测定了基于JISZ 2244(2009)的维氏硬度(HV)。试验力设定为2.9N。将所得到的5个维氏硬度的平均值定义为氮化层(表层部)的维氏硬度。
[小野式旋转弯曲疲劳试验(疲劳强度(MPa))]
使用进行了上述的氮化处理的小野式旋转弯曲疲劳试验片，实施了小野式旋转弯曲疲劳试验。在室温(25℃)的大气气氛中实施了依据JIS Z 2274(1978)的旋转弯曲疲劳试验。试验是以转速为3000rpm的对称交变条件来实施的。将重复次数直至1.0×107次为止未断裂的试验片中的最高的应力定义为该试验编号的疲劳强度(MPa)。在疲劳强度为550MPa以上的情况下，判断为疲劳强度优异。
[四点弯曲试验(弯曲矫正性(可矫正的应变量(με)))]
使用进行了上述的氮化处理的四点弯曲试验片，在室温、大气中实施了四点弯曲试验。支点间距离(试验片的最靠近端部的支点与最靠近该支点的支点之间的试验片的轴向的距离)设定为51mm。压入速度设定为0.5mm/分钟。为了测定试验片的缺口底的应变量，在缺口底的中央与试验片的轴向平行地贴附了应变仪。以上述压入速度来增加压入冲程，使得在压入冲程增加0.01mm时的应变仪的值的增量达到2400με以上时在试验片中产生龟裂，将刚好在此之前的应变量定义为可矫正的应变量(με)。在可矫正的应变量为15000με以上的情况下，评价为弯曲矫正性优异。
[钻头寿命评价试验]
将各试验编号的淬火回火后的圆棒切断成长度为100mm。关于所切断的圆棒中的直径大于65mm的圆棒，实施将某一侧面和该面的相反侧的侧面各切削除去10mm宽度(圆棒的直径向的长度)的表面找正加工，制作了具有与圆棒的底面垂直且互相平行的两个面、并且横截面的高度(平行的两个面间的长度)为60mm、80mm或120mm的成为桶形状的试验片(参照图3～图6)。
关于所切断的圆棒中的直径为55mm或65mm的圆棒，将切削除去的宽度设定为5mm，制作了横截面的高度为45mm或55mm的试验片(参照图3～图6)。
然后，针对进行了表面找正加工的试验片的面，评价了切削性。
所使用的钻头使用高速钢制φ5mm的钻头，切削时的进给设定为0.15mm/转，转速设定为1000rpm。另外，在切削时，通过外部供油以10L/分钟供给了水溶性乳液。在该条件下，对于横截面的高度为60mm以上的试验片，穿孔深度为50mm的孔，将直至无法穿孔为止的穿孔数设定为可穿孔数。对于横截面的高度为55mm以下的试验片，穿孔深度为40mm的孔，将直至无法穿孔为止的穿孔数乘以0.8而得到的值的小数点以下四舍五入后的值设定为可穿孔数。总穿孔数以216个孔作为结束。在发生了钻头的折损、异响或电流值的上升(第2个孔的平均值的2倍以上)中的任一者的情况下，判断为无法穿孔。
[孔的特性评价(钻头贯通部组织)]
对于孔所通过的组织的判定，如以下那样来进行。以下，将以面积率计回火马氏体及回火贝氏体的合计为0以上且低于50％、残余奥氏体为0～5％、剩余部分为铁素体及珠光体的组织记载为非淬火组织。为了使孔的深度方向的总长度的50％通过非淬火组织，在孔的总长度为40mm的情况下，只要其中的20mm通过非淬火组织即可。非淬火组织越远离圆棒的中心则变得越多。
因此，如果与圆棒的中心相距10mm的位置为非淬火组织，则该孔的总长度的50％以上通过了非淬火组织。即，如果是圆棒的直径为55mm者，则对距离表面为17.5mm位置的组织进行评价；如果是圆棒的直径为65mm者，则对距离表面为22.5mm位置的组织进行评价。将圆棒的直径为55mm或65mm的情况下的试验片截面、孔与评价部(即组织判定位置)的位置关系示于图3中。
同样地，在孔的总长度为50mm的情况下，只要孔之中的25mm通过非淬火组织即可。因此，如果圆棒的直径为80mm，则评价距离表面为27.5mm位置的组织是否为非淬火组织；在圆棒的直径为100mm或140mm的情况下，评价35mm位置的组织是否为非淬火组织。将圆棒的直径为80mm、100mm或140mm的情况下的试验片截面、孔与评价部(即组织判定位置)的位置关系分别示于图4～6中。
对于各试验编号，对上述的位置的组织进行解析，判定了孔的深度方向的总长度的50％以上是否通过了非淬火组织。然后，在通过的情况下，评价为Y，将没有通过的情况评价为N。
需要说明的是，图3中，D表示圆棒的直径(55mm或65mm)。图3～图6中，H表示孔，SJP表示组织判定位置，在组织判定位置为非淬火组织的情况下，NQS表示视为非淬火组织的区域。
以下，在表2～表3中示出了试验结果。表3中的“组织分率”是指构成钢的各组织的分率。“疲劳强度”是指小野式旋转弯曲试验中得到的疲劳强度(MPa)，“应变量”是指可矫正的应变量(με)，“钻头穿孔数”设定为钻头寿命评价试验中得到的穿孔数。
此外，表2～表3中的简略表述如下所述。
·φ：圆棒的直径(mm)
·TMA+TBA+残余γ：回火马氏体、回火贝氏体与残余奥氏体的合计的面积率(％)
·α+PA：铁素体及珠光体的合计的面积率(％)
·残余γ：残余奥氏体的面积率(％)
·硬度：维氏硬度(Hv)
·氮化层硬度：氮化部件的氮化层(表层部)的维氏硬度(Hv)
表2实施例的疲劳强度与可矫正的应变量
Figure BDA0003032773250000271
带下划线的钢的成分脱离了本申请的规定的范围。
带下划线的性状脱离了本申请的规定范围。
Figure BDA0003032773250000281
[试验结果]
参照表3，就试验编号1～试验编号17而言，化学组成和钢的微细组织为本申请的范围内。可知：这些试验编号的钢的疲劳强度为550MPa以上、可矫正的应变量为16558με以上、钻头穿孔数为160孔以上、兼具了疲劳强度、矫正性和切削性。
与此相对，在脱离了本申请的规定的试验编号18～30的“比较例”的情况下，化学组成和钢的组织为本申请的范围外，得不到目标性能。具体而言，如下所述。
就试验编号18而言，是C量过量的例子，钻头穿孔数少，切削性劣化。
就试验编号19而言，是V量过量的例子，弯曲矫正性劣化。
就试验编号20而言，是C量低的例子，疲劳强度劣化。
就试验编号21而言，是Mn少的例子，粗形材及氮化部的表层部及内部的所有组织都成为非淬火组织(铁素体及珠光体为主体的组织)，氮化层的硬度及疲劳强度劣化。
就试验编号22而言，是Mn量过量的例子，矫正性劣化，并且钻头穿孔数少，切削性劣化。
就试验编号23而言，是Cr量过量的例子，矫正性劣化，并且钻头穿孔数少，切削性劣化。
就试验编号24而言，是Mn少的例子，粗形材及氮化部的表层部及内部的所有组织都成为非淬火组织(铁素体及珠光体为主体的组织)，氮化层的硬度及疲劳强度劣化。
就试验编号25、27及29而言，试验片(圆棒)的直径小，粗形材及氮化部的表层部及内部的所有组织都成为淬火组织(回火马氏体及回火贝氏体为主体的组织)，钻头穿孔数少，切削性劣化。
就试验编号26、28及30而言，试验片(圆棒)的直径大，粗形材及氮化部的表层部及内部的所有组织都成为非淬火组织(铁素体及珠光体为主体的组织)，疲劳强度劣化。
以上，对本申请的实施方式进行了说明。然而，上述的实施方式只不过是用于实施本申请的例示。因此，本申请并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以将上述的实施方式适当变更来实施。
需要说明的是，日本专利申请第2018-202914号的全部公开内容通过参照的形式被纳入本说明书中。
本说明书中记载的全部文献、专利申请及技术标准与具体且分别记载了各个文献、专利申请及技术标准通过参照的形式被纳入的情况相同程度地通过参照的形式被纳入本说明书中。

Claims (6)

1.一种氮化部件粗形材，其是具有直径或宽度为60～130mm的范围的部位的氮化部件粗形材，其具有下述化学组成：
以质量％计含有：
C：0.35～0.45％、
Si：0.10～0.50％、
Mn：1.5～2.5％、
P：0.05％以下、
S：0.005～0.100％、
Cr：0.15～0.60％、
Al：0.001～0.080％、
N：0.003～0.025％、
Mo：0～0.50％、
Cu：0～0.50％、
Ni：0～0.50％、
Ti：0～0.050％、
Nb：0～0.050％、
Ca：0～0.005％、
Bi：0～0.30％、及
V：0～0.05％、
剩余部分为Fe及杂质，
在所述氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为14.5mm的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体与回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，
在所述氮化部件粗形材的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
2.根据权利要求1所述的氮化部件粗形材，其以质量％计含有下述元素中的1种或2种以上：Mo：超过0且为0.50％以下、Cu：超过0且为0.50％以下、及Ni：超过0且为0.50％以下。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的氮化部件粗形材，其以质量％计含有下述元素中的1种或2种：Ti：超过0且为0.050％以下、及Nb：超过0且为0.050％以下。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的氮化部件粗形材，其以质量％计含有下述元素中的1种或2种以上：Ca：超过0且为0.005％以下、Bi：超过0且为0.30％以下、及V：0～0.05％。
5.一种氮化部件，其是以权利要求1～权利要求4中任一项所述的氮化部件粗形材作为原材料的氮化部件，
在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为0.5mm的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：70～100％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，
在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为15mm以上的位置处的组织为：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体，
在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中，距离表面的深度为0.05mm的位置处的维氏硬度为350～550HV。
6.根据权利要求5所述的氮化部件，其中，在氮化部件的直径或宽度为60～130mm的范围的部位中具有深度L与直径D之比即L/D为8以上、且深度L为60mm以上的单个或多个孔，
该孔的深度方向的总长度的50％以上通过了具有下述组织的部位：以面积率计，回火马氏体及回火贝氏体的合计：0以上且低于50％、残余奥氏体：0～5％、剩余部分：铁素体及珠光体。
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