時效硬化性鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及時效硬化性鋼。更具體而言，本發(fā)明設及通過熱鍛和切削加工而被加 工為規(guī)定形狀后施W時效硬化處理（W下簡稱為"時效處理"）并因該時效處理而確保期望 的強度和初性且可極適合作為用于制造汽車、工業(yè)機械、建筑機械等的機械部件的原材料 使用的鋼。
【背景技術】
[0002] 從發(fā)動機的高輸出化、W提升油耗率為目標的輕量化等的觀點來看，要求汽車、工 業(yè)機械、建筑機械等的機械部件有高的疲勞強度。若僅是使鋼具備高的疲勞強度，則可通過 利用合金元素和/或熱處理來提高鋼的硬度而容易地實現(xiàn)。然而，通常上述機械部件通過 熱鍛而成形，此后通過切削加工而精加工成規(guī)定的制品形狀。因此，作為上述機械部件的原 材料的鋼必須同時具備高的疲勞強度和充分的切削性。一般而言，原材料的硬度越高而疲 勞強度越優(yōu)異。另一方面，切削性之中，有原材料的硬度越高而切削阻力和工具壽命越差的 傾向。
[0003] 因此，為了兼顧疲勞強度和切削性，公開了可在要求良好的切削性的成形階段降 低硬度、而可于此后實施時效處理在要求強度的最終制品階段提高硬度的各種技術。
[0004] 例如，專利文獻1中公開了如下的時效硬化鋼。
[0005] 旨P，公開了特征如下的"時效硬化鋼"，W質(zhì)量％計，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%和Cr:0. 1 ~3. 0%， 根據(jù)需要含有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下和Bi:0. 3%W下中的1種W上，余量由化和不可避免的雜質(zhì)組成，各成分間滿 足如下的關系：
[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，溫度800°C~300°C之間WO. 05~10°C/秒的平均 冷卻速度冷卻，在時效處理前，貝氏體組織的面積率為50%W上且硬度為40HRCW下，通過 時效處理，硬度較時效處理前的硬度提高7HRCW上。
[0010] 專利文獻2中公開了如下的貝氏體鋼。 W11]旨P，公開了特征如下的"貝氏體鋼"，W質(zhì)量％計，含有C:0. 14~0.35%、Si: 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%、M〇 :0.Ol~0. 30%和V:0. 05 ~0. 45%，根據(jù)需要含有選自Ti: 0.OOl~0. 100%和化：0. 0003~0. 0100%中的1種W上，余量由化和不可避免的雜質(zhì)組 成，并滿足下式：
[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] 另外，專利文獻3和專利文獻4中公開了具有規(guī)定的化學組成或組織的時效硬化 性鋼，專利文獻5和專利文獻6中作為得到機械結(jié)構(gòu)用鋼部件的方法公開了將鋼材熱鍛后 W規(guī)定的速度冷卻、此后W規(guī)定的溫度范圍實施時效處理的方法。
[0018] 現(xiàn)有技術文獻
[0019] 專利文獻
[0020] 專利文獻1 :日本特開2006-37177號公報
[0021] 專利文獻2 :日本特開2011-236452號公報 陽02引專利文獻3 :國際公開第2010/090238號
[0023] 專利文獻4 :國際公開第2011/145612號
[0024] 專利文獻5 :國際公開第2012/161321號
[0025] 專利文獻6 :國際公開第2012/161323號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026] 發(fā)巧要解決的間顆
[0027] 然而，欲通過時效處理使鋼中析出微細的二次相來得到高強度時，鋼的初性劣化。
[0028] 初性劣化的鋼的缺口感受性提高。缺口感受性提高時，鋼的疲勞強度變得易受微 細的表面?zhèn)鄣挠绊憽?br>[0029] 另外，初性低的鋼一旦產(chǎn)生疲勞裂紋時，裂紋迅速加劇，且破壞的規(guī)模擴大。
[0030] 此外，欲進行冷加工來矯正因熱鍛產(chǎn)生的變形時，若鋼的初性過度降低，則也存在 即便進行冷加工也難W矯正的情況。
[0031] 專利文獻1所公開的鋼允許時效處理前的硬度達到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，因此切削成本會升高。作為具體例所公 開的鋼雖然也包括時效處理前的硬度低于40HRC的鋼，但它們不僅含有1. 4%W上的Mo,而 且完全未考慮初性。
[0032] 專利文獻2所公開的鋼通過調(diào)整合金元素的含量W滿足特定的參數(shù)式，從而不僅 Mo的含量比較少，而且時效處理前（熱鍛后）的硬度為300HVW下且時效處理后的硬度為 300HVW上。然而，對于提高時效處理后的初性并未充分下功夫。
[0033] 因此，本發(fā)明的目的在于提供滿足下述的< 1 >~< 3 >的時效硬化性鋼。
[0034] < 1 >與切削阻力和工具壽命有關系的熱鍛后的硬度足夠低。需要說明的是，W 下的說明中，將熱鍛后的硬度稱為"時效處理前的硬度"。
[0035] < 2 >通過時效處理而硬化，可使機械部件具備期望的疲勞強度。
[0036] < 3 >時效處理后的初性高。
[0037] 具體而言，本發(fā)明的目的在于，采用鋼中的Mo含量為1.0質(zhì)量％W下的化學組成 而提供如下的時效硬化性鋼：時效處理前的硬度為290HVW下，通過時效處理使硬度WHV 計硬化25W上，且后述的疲勞強度為350MPaW上，此外由使用JISZ2242記載的帶缺口 深度2mm且缺口底半徑Imm的U型缺口的標準試驗片而實施的夏比沖擊試驗評價的時效處 理后的20°C下的吸收能量為16JW上。
[0038] 用于解決間顆的方案
[0039] 本發(fā)明人等為了解決前述問題，首先使用對化學組成進行了各種調(diào)整的鋼來實施 調(diào)查。其結(jié)果，得到下述（a)~（C)的見解。
[0040] (a)V的自高溫起放冷時的碳化物的析出峰為750~700°C左右。例如，對于含有 0.3質(zhì)量％的V和0.1質(zhì)量％的C的鋼，若V先固溶在基體中，則截至850°C附近也不析出， 所W較容易抑制熱鍛中的析出。
[OOW 化)V的碳化物在奧氏體相變?yōu)殍F素體時容易在相界面析出。因此，在熱鍛后的冷 卻中大量生成先共析鐵素體時，V的碳化物在相界面析出、固溶V的量減少，因而變得無法 確保在時效處理中析出而硬化所需量的固溶V。
[0042] (C)因此，為了在時效處理前的階段確保固溶V，熱鍛后的組織需要W貝氏體為主 相。
[0043] 進而，本發(fā)明人等針對含有0. 25質(zhì)量％W上的V的鋼，使鋼的化學組成發(fā)生各種 變化，調(diào)查了穩(wěn)定提高組織的貝氏體的面積率所需的條件。此外，調(diào)查了對運些鋼實施時效 處理時的時效硬化能力。其結(jié)果，得到下述（d)~（f)的見解。 W44] (d)熱鍛后的組織與C、Mn、化和Mo的含量有密切的關系。即，若控制上述元素的 含量使體現(xiàn)后述澤透性的指標的式（1)所示的值為特定的范圍，則妨礙確保固溶V的先共 析鐵素體的大量析出被抑制。因此，容易形成W貝氏體為主相的組織、即形成W面積率計 70%W上為貝氏體的組織，可W確保足量的固溶V。
[0045] (e)C、Mn、化和Mo的含量僅滿足使上述（d)所述的式（1)為特定的范圍運一條件 時，通過固溶強化等的作用，時效處理前的硬度提高，所W會有切削時的切削阻力上升、工 具壽命降低的情況。 W46] 訊另一方面，若控制C、Si、Mn、化、V和Mo的含量使后述式似所示的值為特定 的范圍，則可W保證上述時效處理前的硬度低。
[0047] 進而，本發(fā)明人等在將含有0. 25質(zhì)量％W上的V且C、Si、Mn、化、Mo和V的含量 同時滿足上述（d)和（f)所述條件的鋼熱鍛之后實施時效處理，調(diào)查了使由使用了帶缺口 深度2mm且缺口底半徑Imm的U型缺口的標準試驗片而實施的夏比沖擊試驗評價的時效處 理后的20°C下的吸收能量為16JW上的條件。其結(jié)果，得到下述（g)~（i)的見解。 W48] (g)使時效處理后的初性劣化的元素是C、V、Mo和Ti。其中，Ti與N和/或C鍵 合而形成TiN和/或TiC。TiN和/或TiC析出時，雖然疲勞強度也提高，卻使初性大幅降 低。Ti使初性劣化的作用的強度遠大于同為析出強化元素的V和Mo。因此，必須極力限制 Ti。C在鋼中形成滲碳體，會成為解理斷裂的起點。即便對含有相對C量來說過量的V、Mo 的鋼進行時效處理的情況下，也會有部分滲碳體殘留。V和Mo也因時效處理而在基體的同 一晶面析出碳化物，從而助長解理斷裂的加劇而使初性劣化。因此，為了提高初性，需要減 少C、V和Mo的含量。 W例 化）另外，為了提高初性，需要使貝氏體組織微細化。為了將貝氏體組織微細化，降 低由奧氏體相變成貝氏體的相變溫度即可。為了降低貝氏體的相變溫度，增加使貝氏體相 變開始溫度降低的Mn和化的含量即可。
[0050] (i)根據(jù)W上的情況，為了對具有高強度的時效硬化性鋼賦予足夠的