時(shí)效硬化性鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及時(shí)效硬化性鋼。更詳細(xì)而言，本發(fā)明設(shè)及極其適宜用作進(jìn)行了如下操 作的用于制造汽車、工業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械等機(jī)械部件的原材料的鋼：通過熱鍛和切削加工來 加工為規(guī)定的形狀之后，實(shí)施時(shí)效硬化處理（W下簡(jiǎn)稱為"時(shí)效處理"），通過該時(shí)效處理從 而確保期望的強(qiáng)度和初性。
【背景技術(shù)】
[0002] 從W引擎的高輸出化、提高油耗率為目的的輕量化等觀點(diǎn)出發(fā)，在汽車、工業(yè)機(jī) 械、建筑機(jī)械等的機(jī)械部件中要求高疲勞強(qiáng)度。若僅使鋼具備高疲勞強(qiáng)度，則利用合金元素 和/或熱處理，提高鋼的硬度，從而能夠容易地達(dá)成。然而，通常對(duì)于上述的機(jī)械部件，通過 熱鍛而成形，然后，通過切削加工而精制成規(guī)定的制品形狀。因此，成為上述機(jī)械部件的原 材料的鋼必須同時(shí)具備高疲勞強(qiáng)度W及足夠的切削性。通常，對(duì)于疲勞強(qiáng)度，原材料的硬度 越高越優(yōu)異。另一方面，切削性之中，對(duì)于切削阻力與工具壽命存在原材料的硬度越高越差 的傾向。
[0003] 因此，公開了如下各種技術(shù)：為了兼具疲勞強(qiáng)度與切削性，在要求良好的切削性的 成形階段中可W將硬度抑制為較低，另一方面，在之后實(shí)施時(shí)效處理、要求強(qiáng)度的最終的制 品階段中可W提高硬度。
[0004] 例如，專利文獻(xiàn)1中所公開的如下的時(shí)效硬化鋼。
[0005] 旨P、公開了一種"時(shí)效硬化鋼"，其特征在于，W質(zhì)量％計(jì)，含有C:0. 11~0. 60%、 Si:0. 03 ~3. 0 %、Mn:0.Ol~2. 5 %、Mo:0. 3 ~4. 0 %、V:0. 05 ~0. 5 %U及Cr:0. 1 ~ 3. 0%，根據(jù)需要包含Al:0.OOl~0. 3%、N:0. 005 ~0. 025%、佩：0. 5%W下、Ti:0. 5%W 下、Zr:0. 5%W下、Cu:1. 0%W下、Ni:1. 0%W下、S:0.Ol~0. 20%、Ca:0. 003 ~0. 010%、 Pb:0. 3%W下W及Bi:0. 3%W下之中的1種W上，余量由化和不可避免的雜質(zhì)組成，在各 成分間，滿足如下關(guān)系：
[0006] 4C+Mn+0. 7Cr+0. 6MO-0. 2V> 2. 5、
[0007] C>M0/I6+V/5. 7、
[0008] V+0. 15Mo> 0. 4
[0009] 在社制、鍛造或烙體化處理后，在溫度800°C~300°C之間W0. 05~10°C/秒的 平均冷卻速度冷卻，在時(shí)效處理前，貝氏體組織的面積率為50%W上、并且硬度為40HRCW 下，通過時(shí)效處理使硬度與時(shí)效處理前的硬度相比變高7HRCW上。
[0010] 專利文獻(xiàn)2中公開了如下的貝氏體鋼。
[0011] 目日、公開了一種"貝氏體鋼"，其特征在于，^質(zhì)量％計(jì)，含有0:0.14~0.35%、5王： 0. 05 ~0. 70%、Mn:1. 10 ~2. 30%、S:0. 003 ~0. 120%、Cu:0.Ol~0. 40%、Ni:0.Ol~ 0. 40%、Cr:0.Ol~0. 50%、Mo:0.Ol~0. 30%、W及V:0. 05 ~0. 45%，根據(jù)需要含有選 自Ti:0.OOl~0. 100%W及Ca:0. 0003~0. 0100%中的1種W上，余量由化W及不可避 免的雜質(zhì)組成，滿足：
[0012] 13[幻+8[Si]+10[Mn]+3[Cu]+3[Ni]+22[Mo]+11[V]《30、
[0013] 5 [幻+ [Si]+2 [Mn]+3 [Cr]+2 [Mo]+4 [V]《7. 3、
[0014] 2. 4《0. 3[C]+1.l[Mn]+0. 2[Cu]+0. 2[Ni]+l. 2[Cr]+l. 1[M0]+0. 2[V]《3. 1、
[0015] 2. 5《[幻+ [Si]+4 [Mo]+9 [V]、
[0016] [幻 > [Mo]/16+[V]/3。
[0017] 專利文獻(xiàn)3中公開了如下的時(shí)效硬化型高強(qiáng)度貝氏體鋼。
[0018] 目P、提出了一種時(shí)效硬化型高強(qiáng)度貝氏體鋼，其特征在于，將化學(xué)組成W質(zhì)量％計(jì) 含有C:0. 06 ~0. 20%、Si:0. 03 ~1. 00%、Mn:1. 50 ~3. 00%、Cr:0. 50 ~2. 00%、Mo: 0. 05 ~1. 00%、A1 :0. 002 ~0. 100%、V:0. 51 ~1. 00%、N:0. 0080 ~0. 0200%、根據(jù)需要 含有選自Ti:0.Ol~0. 10%、Nb:0.Ol~0. 10%、S:0. 04 ~0. 12%、Pb:0.Ol~0. 30%、 Ca:0.0005~0.01%W及REM:0.001~0. 10%中的1種W上、余量由化W及不可避免雜 質(zhì)組成的鋼在1150~1300°C的加熱溫度下進(jìn)行熱社或熱鍛后，將800~500°C的溫度范 圍的平均冷卻速度：CVCC/min)設(shè)為 40/(Mn% +0. 8Cr% +1. 2Mo% )《CV《500/(Mn% +0. 8%化+1. 2Mo% )冷卻至200°CW下的溫度，從而使硬度為400HVW下、使組織為貝氏體 率70%W上并且原奧氏體晶體粒徑80ymW下，然后，根據(jù)需要施加切削加工或塑性加工， 進(jìn)而，在之后在550~700°C的溫度下實(shí)施時(shí)效處理，從而使屈服點(diǎn)或0. 2%耐力為900MPa W上。
[0019] 此外，在專利文獻(xiàn)4W及專利文獻(xiàn)5中公開了：具有規(guī)定的化學(xué)組成或組織的時(shí)效 硬化性鋼，專利文獻(xiàn)6W及專利文獻(xiàn)7中作為得到機(jī)械構(gòu)造用鋼部件的方法公開了：熱鍛后 將鋼材W規(guī)定的速度進(jìn)行冷卻，然后在規(guī)定的溫度范圍實(shí)施時(shí)效處理的方法。
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 陽OW 專利文獻(xiàn)
[0022] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-37177號(hào)公報(bào)
[0023] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2011-236452號(hào)公報(bào)
[0024] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2000-17374號(hào)公報(bào) 陽0巧]專利文獻(xiàn)4:國際公開第2010/090238號(hào) 陽0%] 專利文獻(xiàn)5:國際公開第2011/145612號(hào)
[0027] 專利文獻(xiàn)6:國際公開第2012/161321號(hào)
[0028] 專利文獻(xiàn)7:國際公開第2012/161323號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0巧]發(fā)巧要解決的間顆
[0030] 然而，希望通過時(shí)效處理使微細(xì)的二次相在鋼中析出從而得到高強(qiáng)度時(shí)，鋼的初 性劣化。
[0031] 初性劣化的鋼的缺口敏感性高。缺口敏感性升高時(shí)，鋼的疲勞強(qiáng)度容易受到微細(xì) 的表面?zhèn)挠绊憽?br>[0032] 此外，對(duì)于初性低的鋼，一旦產(chǎn)生疲勞裂紋時(shí)，裂紋迅速加劇、并且破壞的規(guī)模也 擴(kuò)大。
[0033] 進(jìn)而，希望采用冷加工來矯正熱鍛中產(chǎn)生的變形時(shí)，鋼的初性過度降低時(shí)，還存在 冷加工也難W矯正情況。
[0034] 對(duì)于專利文獻(xiàn)1中公開的鋼，時(shí)效處理前的硬度允許至40HRC、硬度非常高，因此 難W確保切削性，具體而言，切削阻力高、工具壽命變短，因此切削成本增大。對(duì)于作為具體 的例子而公開的鋼，也包含時(shí)效處理前的硬度低于40HRC的情況，但它們含有1. 4%W上的 Mo、并且完全未考慮初性。
[0035] 對(duì)于專利文獻(xiàn)2中公開的鋼，W滿足特定的參數(shù)式的方式調(diào)整合金元素的含量， 從而使Mo的含量較少、并且時(shí)效處理前（熱鍛后）的硬度為300HVW下、且時(shí)效處理后的 硬度為300HVW上。然而，對(duì)于提高時(shí)效處理后的初性的研究仍不充分。
[0036] 對(duì)于專利文獻(xiàn)3中公開的鋼，C含量被抑制低至0. 06~0. 20%、V含量非常高達(dá) 到0. 51~1. 00%，因此通過時(shí)效硬化使其顯著強(qiáng)化，反而不是初性優(yōu)異的鋼。
[0037] 因此，本發(fā)明的目的在于提供滿足下述的<1〉~<3〉的時(shí)效硬化性鋼。
[0038] <1〉與切削阻力W及工具壽命相關(guān)的熱鍛后的硬度低。需要說明的是，在W下的說 明中，將上述的熱鍛后的硬度稱為"時(shí)效處理前的硬度"。
[0039] <2〉通過時(shí)效處理能夠使機(jī)械部件具有期望的疲勞強(qiáng)度。
[0040] <3〉時(shí)效處理后的初性高。
[0041] 具體而言，本發(fā)明的目的在于提供時(shí)效處理前的硬度為310HVW下、時(shí)效處理后 的后述的疲勞強(qiáng)度為480MPaW上、進(jìn)而使由JISZ2242中記載的使用帶缺口深度2mm且 缺口底半徑Imm的U型缺口的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)片而實(shí)施的夏比沖擊試驗(yàn)評(píng)價(jià)的時(shí)效處理后的20°C 下的吸收能量為12JW上的時(shí)效硬化性鋼。
[0042] 用于解決間顆的方案
[0043] 本發(fā)明人等為了解決前述的課題，首先使用對(duì)化學(xué)組成進(jìn)行各種調(diào)整得到的鋼， 實(shí)施調(diào)查。其結(jié)果得到下述（a)~（C)的見解。
[0044] (a)對(duì)于V，從高溫開始的放置冷卻時(shí)的碳化物的析出峰為750~700°C左右。例 如，在包含0.3質(zhì)量％的V和0.1質(zhì)量％的C的鋼中，V-旦在基體中固溶時(shí)，在至850°C附 近不析出，因此比較容易地抑制熱鍛中的析出。
[0045] (b)V的碳化物在奧氏體向鐵素體相變時(shí)容易在相界面析出。因此，在熱鍛后的冷 卻中大量產(chǎn)生先共析鐵素體的情況下，V的碳化物在相界面析出、固溶V的量減少，因此無 法確保在時(shí)效處理中析出、硬化所需量的固溶V。
[0046] (C)因此，為了在時(shí)效處理前的階段確保固溶V，需要在熱鍛后的組織中將主相設(shè) 為貝氏體。
[0047] 因此，接著本發(fā)明人等對(duì)于包含0. 25質(zhì)量％W上的V的鋼，使鋼的化學(xué)組成發(fā)生 各種變化，調(diào)查用于使組織的貝氏體的面積率穩(wěn)定、變高的條件。進(jìn)而，調(diào)查對(duì)運(yùn)些鋼實(shí)施 時(shí)效處理時(shí)的時(shí)效硬化能力。其結(jié)果，得到下述（d)~（f)的見解。
[0048] (d)熱鍛后的組織與C、MnXrW及Mo的含量具有密切的關(guān)系。目P，控制上述元素 的含量，W使后述的顯示澤透性的指標(biāo)的由式（1)表示的值在特定的范圍，則抑制對(duì)確保 固溶V有害的先共析鐵素體的大量析出。因此，容易成為W貝氏體為主相的組織、即W面積 率計(jì)70%W上為貝氏體的組織，能夠確保足夠量的固溶V。
[0049] (e)C、MnXrW及Mo的含量僅滿足上述（d)中所述的式（1)處于特定的范圍的條 件時(shí)，由于固溶強(qiáng)化等作用，導(dǎo)致時(shí)效處理前的硬度變高，因此存在切削加工時(shí)的切削阻力 上升、工具壽命降低的情況。
[0050] 訊另一方面，若控制C、Si、Mn、化、VW及Mo的含量使得由后述的式似表示的 值處于特定的范圍，則可W抑制上述時(shí)效處理前的硬度過度變高的情況。
[0051] 因此，進(jìn)一步，本發(fā)明人等調(diào)查了 ：在對(duì)于包含0.25質(zhì)量％W上的V且C、Si、Mn、 化、MoW及V的含量均滿足由上述的（d)W及（f)敘述的條件的鋼進(jìn)行熱鍛之后實(shí)施時(shí)效 處理，由使用帶缺口深度2mm且缺口底半徑Imm的U型缺口的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)片而實(shí)施