軟氮化處理用鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供成形性和耐疲勞特性優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板。一種軟氮化處理用鋼板，其具有如下組成：以質(zhì)量％計，含有C：0.05％以上且0.10％以下、Si：0.5％以下、Mn：0.7％以上且1.5％以下、P：0.05％以下、S：0.01％以下、Al：0.01％以上且0.06％以下、Cr：0.5％以上且1.5％以下、V：0.03％以上且0.30％以下、N：0.005％以下，且固溶V量與所述V含量之比(固溶V量/V含量)大于0.50，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，并且具有包含鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。
【專利說明】軟氮化處理用鋼板及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合于汽車的變速器部件等要求疲勞強度、耐磨損性的機械結(jié)構(gòu)用部 件的軟氮化處理用鋼板，尤其是涉及軟氮化處理前的成形性優(yōu)良并且軟氮化處理后的耐疲 勞特性優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于汽車用的變速器部件等長時間持續(xù)在應(yīng)力負荷的狀態(tài)下使用的機械結(jié)構(gòu)用 部件而言，要求疲勞強度、耐磨損性。因此，這些機械結(jié)構(gòu)用部件通常通過將鋼原材加工成 所期望的部件形狀后實施表面硬化熱處理來制造。在實施表面硬化熱處理時，鋼表面發(fā)生 硬化，并且在鋼表層部導(dǎo)入有壓縮殘余應(yīng)力，因此疲勞強度和耐磨損性提高。
[0003] 作為上述表面硬化熱處理的代表例，可以列舉滲碳處理和氮化處理。滲碳處理是 將鋼加熱至^相變點以上的溫度而使碳在鋼的表層部擴散、滲透（滲碳）的處理，通常通過 將處于高溫狀態(tài)的滲碳后的鋼直接進行淬火來實現(xiàn)鋼的表面硬化。該滲碳處理中，在A 3相 變點以上的高溫范圍內(nèi)使碳在鋼表層部擴散、滲透，因此，碳擴散、滲透至距離鋼表面較深 的位置，結(jié)果得到大的表面硬化層深度。
[0004] 但是，在采用滲碳處理作為上述表面硬化熱處理的情況下，無法避免因淬火時的 相變應(yīng)變、熱應(yīng)變引起的部件形狀精度的降低。另外，在滲碳后進行了淬火的狀態(tài)下，鋼的 韌性顯著降低。因此，在實施滲碳處理來制造部件的情況下，在淬火后必須實施以矯正部件 形狀、恢復(fù)韌性為目的的回火（例如加壓回火處理），制造工序數(shù)增多，因此，在制造成本方 面變得極其不利。
[0005] 另一方面，氮化處理是將鋼加熱至A1相變點以下的溫度而使氮在鋼表層部擴散、 滲透（氮化）的處理，可以在不像滲碳處理那樣進行淬火的情況下實現(xiàn)鋼的表面硬化。艮P， 氮化處理的處理溫度比較低，并且不伴有鋼的相變，因此，如果實施氮化處理來制造部件， 則能夠使部件的形狀精度保持良好。但是，在使用氨氣的氣體氮化的情況下，氮化所需要的 時間顯著長，為約25小時?約150小時，不適合于以大量生產(chǎn)為前提的汽車部件等。
[0006] 作為有利地解決氣體氮化中出現(xiàn)的上述問題的方法，近年來，越來越普及的是軟 氮化處理。軟氮化處理是通過利用滲碳性氣氛而使氮化反應(yīng)迅速進行的氮化處理，被處理 物在550?600°C的處理氣氛中保持數(shù)小時，通過生成鐵碳化物，使氮從鋼表面向鋼中擴散 導(dǎo)入。利用該軟氮化處理，雖然所得到的鋼表面硬度低于以往的氮化處理（氣體氮化），但 能夠大幅縮短氮化處理時間。
[0007] 軟氮化處理大致分為在鹽浴中進行處理的方法和在氣體中進行處理的方法。在鹽 浴中進行處理的方法（鹽浴軟氮化處理）中，由于使用氰系浴，因此需要防止環(huán)境污染的對 策。另一方面，在氣體中進行處理的方法（氣體軟氮化處理）中，由于使用以氨為主要成分 的混合氣體，因此，導(dǎo)致環(huán)境污染的排放物少?；谏鲜隼碛?，軟氮化處理中，尤其是在氣體 中進行處理的氣體軟氮化處理的普及率不斷提高。
[0008] 另一方面，以汽車的變速器部件為代表的機械結(jié)構(gòu)用部件以往通常通過對利用鑄 造、鍛造得到的中間品實施機械加工而加工、接合為期望的形狀來制造，但近年來，積極地 使用鋼板（薄鋼板）作為原材料，對鋼板（薄鋼板）實施沖壓加工等而成形為期望的形狀 來制造。由此，與以往相比，能夠減少制造工序，能夠大幅削減制造成本?；谏鲜霰尘埃m 合于汽車的變速器部件等機械結(jié)構(gòu)用部件的原材料的、成形性優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板的 期望增高，到目前為止已提出了各種技術(shù)。
[0009] 例如，在專利文獻1和專利文獻2中，公開了一種成形性優(yōu)良的氮化用鋼板的制 造方法，其中，將以重量比計含有C :0. 01以上且低于0. 08%、Si :0. 005?1. 00 %、Mn : 0· 010 ?3. 00%、P :0· 001 ?0· 150%、N :0· 0002 ?0· 0100%、Cr :超過 0· 15 且 5. 00% 以 下、Al :超過0. 060且2. 00%以下并且還含有Ti :0. 010%以上且低于4C[% ]、V :0. 010? 1. 00%中的一種或兩種的組成的鋼在熱軋后在500°C以上進行卷取，或者，然后以50%以 上的軋制率實施冷軋，進行再結(jié)晶退火；并且公開了具有上述組成的成形性優(yōu)良的氮化用 鋼板。另外，根據(jù)該技術(shù)，將對成形性帶來不良影響的C含量抑制為低于0.08%，并且含有 Cr、Al等作為氮化促進元素，由此形成成形性和氮化性優(yōu)良的氮化用鋼板。
[0010] 另外，在專利文獻3中，提出了一種軟氮化處理用鋼，其中，使組成為以質(zhì)量％計 含有 C :0.03 % 以上且低于 0· 10%、Si :0.005 ?0· 10 %、Mn :0· 1 ?1.0%、Cr :0.20 ? 2.00%，雜質(zhì)為3:0.01%以下、？：0.020%以下、8〇1^1:0.10%以下、^0.01%以下，余量 實質(zhì)上由Fe構(gòu)成，并且，使按照JIS G 0552中規(guī)定的鐵素體結(jié)晶粒度以粒度號計為5以上 且12以下。而且，根據(jù)該技術(shù)，由于不添加 Ti、V等價格昂貴的元素而得到廉價的鋼板，并 且，通過對鋼的結(jié)晶粒徑進行微細化而得到?jīng)_壓加工性優(yōu)良的鋼板。
[0011] 另外，在專利文獻4中，提出了一種氮化處理用薄鋼板，其中，使組成為以質(zhì)量％ 計含有 C :超過 0.01 %且 0.09% 以下、Si :0.005 ?0.5%、Mn :0.01 ?3.0%、Al :0.005 ? 2. 0%、Cr :0. 50?4. 0%、P :0. 10%以下、S :0. 01%以下和N :0. 010%以下或者進一步含有 選自V :0· 01?I. 0%、Ti :0· 01?L 0%和Nb :0· 01?L 0%中的一種或兩種以上，并且使 每單位體積的晶界面積Sv為80mm 1以上且1300mm 1以下。而且，根據(jù)該技術(shù)，在不阻礙鋼 板的成形性的范圍內(nèi)含有Cr、Al、V、Ti、Nb這樣的氮化物形成元素，在此基礎(chǔ)上，將每單位 體積的晶界面積控制在預(yù)定的范圍，由此，在氮化處理后同時得到高的表面硬度和充分的 硬化深度這兩者。
[0012] 另外，在專利文獻5中，提出了一種軟氮化用鋼板，其含有C :0. 01?0. 10質(zhì)量％、 Si :0. 1質(zhì)量％以下、Mn :0. 1?I. 0質(zhì)量％、P :0. 05質(zhì)量％以下、S :0. 01質(zhì)量％以下、Al : 0· 01 ?0· 06 質(zhì)量％、Cr :0· 05 ?0· 50 質(zhì)量％、V :0· 01 ?0· 30 質(zhì)量％、N :0· 01 質(zhì)量％ 以下， 余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。并且，根據(jù)該技術(shù)，通過含有Cr :0. 05?0. 50質(zhì)量％和 V :0. 01?0. 30質(zhì)量％作為氮化促進元素，由軟氮化處理產(chǎn)生的表面硬化特性提高，能夠在 不添加大量合金元素的情況廉價地制造軟氮化處理前的成形性優(yōu)良、由軟氮化處理產(chǎn)生的 表面硬化特性也優(yōu)良的軟氮化處理鋼板。
[0013] 另外，在專利文獻6中，提出了一種軟氮化處理用鋼板，其含有C :0. 04?0. 08質(zhì) 量％、Si :0. 1質(zhì)量％以下、Mn :0. 05?0. 6質(zhì)量％、P :0. 03質(zhì)量％以下、S :0. 01質(zhì)量％ 以下、Al :0. 1質(zhì)量％以下、Cr :0. 6?1. 2質(zhì)量％、V :0. 002以上且低于0. 01質(zhì)量％和N : 0. 01質(zhì)量％以下，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。并且，根據(jù)該技術(shù)，通過含有極微量的 V(0. 002以上且低于0. 01質(zhì)量％ )，通過軟氮化處理而為高硬度并且能夠形成多孔層的形 成少的氮化層，因此，可以得到加工性優(yōu)良并且耐磨損性也優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0015] 專利文獻
[0016] 專利文獻1 :日本特開平9-25513號公報
[0017] 專利文獻2 :日本特開平9-25543號公報
[0018] 專利文獻3 :日本特開2003-105489號公報
[0019] 專利文獻4 :日本特開2003-277887號公報
[0020] 專利文獻5 :日本特開2005-171331號公報
[0021] 專利文獻6 :日本特開2008-280598號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 發(fā)明所要解決的問題
[0023] 但是，對于專利文獻1和專利文獻2中提出的技術(shù)而言，由于含有大量Al作為氮 化促進元素，因此擔心會產(chǎn)生因 Al夾雜物引起的內(nèi)部缺陷和表面缺陷。另外，還發(fā)現(xiàn)如下 問題：在精煉時生成大量Al系熔渣，因此會導(dǎo)致熔煉成本的高漲。
[0024] 另外，對于專利文獻3中提出的技術(shù)而言，雖然由于不含有價格昂貴的元素而可 以得到廉價的軟氮化處理用鋼板，但其強度以拉伸強度計最高為約420MPa，因此，面向在高 應(yīng)力負荷狀態(tài)下使用的部件的應(yīng)用受到限制。
[0025] 另外，對于專利文獻4中提出的技術(shù)而言，雖然可以得到具有超過500MPa的拉伸 強度的氮化處理用薄鋼板，但對于氮化處理后的板厚方向的硬度分布并未考慮，實際上實 施氮化處理后的部件耐久性能未達到所需的足夠的水平的情況較多。
[0026] 另外，對于專利文獻5中提出的技術(shù)而言，雖然可以得到由軟氮化處理產(chǎn)生的表 面硬化特性優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板，但其拉伸強度也沒有達到390MPa。因此，難以應(yīng)用于 負荷高應(yīng)力的機械結(jié)構(gòu)用部件，缺乏通用性。
[0027] 另外，對于專利文獻6中提出的技術(shù)而言，通過含有Cr (0.6?1.2質(zhì)量％ )和極 微量的V(0. 002以上且低于0. 01質(zhì)量％ )而形成優(yōu)質(zhì)的氮化層，從而得到耐磨損性優(yōu)良的 軟氮化處理用鋼板，但其強度以拉伸強度計最高為約400MPa，因此，與專利文獻3中提出的 技術(shù)同樣，面向在高應(yīng)力負荷狀態(tài)下使用的部件的應(yīng)用受到限制。
[0028] 此外，在對鋼板實施軟氮化處理的情況下，通常將鋼板加熱至約550°C?約600°C 的處理溫度，在該處理溫度下保持約1小時?約5小時，因此，通過軟氮化處理，鋼板表層部 的硬度顯著上升，另一方面，鋼板內(nèi)部（非氮化部）的強度有時會降低。因此，可假設(shè)到如 下情況：即使在軟氮化處理前具有所期望的強度（拉伸強度），鋼板內(nèi)部（非氮化部）的強 度也會因軟氮化處理而大幅降低，無法對軟氮化處理后的最終制品賦予所期望的強度以及 耐疲勞特性。
[0029] 基于上述理由，對于軟氮化處理用鋼板而言，即使在軟氮化處理后在鋼板的板厚 內(nèi)部（非氮化部）也具有所期望的強度是重要特性之一。但是，在上述任意一個現(xiàn)有技術(shù) 中，對于在軟氮化處理前后出現(xiàn)的板厚內(nèi)部的強度變化均沒有進行任何研究。
[0030] 本發(fā)明的目的在于有利地解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提供具有所期望的強 度（拉伸強度：440MPa以上）并且軟氮化處理后的耐疲勞特性優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板及 其制造方法。
[0031] 用于解決問題的方法
[0032] 為了解決上述問題，本發(fā)明人對影響軟氮化處理用鋼板的強度、成形性以及在軟 氮化處理前后出現(xiàn)的鋼板內(nèi)部（非氮化部）的強度變化的各種因素進行了深入研究。其結(jié) 果，得到了如下見解。
[0033] 1)通過使鋼板組織為包含鐵素體和珠光體的復(fù)合組織，可以抑制軟氮化處理后的 強度降低，可以得到強度穩(wěn)定性優(yōu)良的鋼板。
[0034] 2)關(guān)于鋼板組成，通過含有期望量的V并使該V含量中的大半部分為固溶V，經(jīng)過 軟氮化處理，不僅鋼板的表層部強度增加，而且鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度也增 力口，耐疲勞特性提高。
[0035] 3)軟氮化處理后，鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的硬度增加超過軟氮化處理前的 硬度的5%，由此耐疲勞特性穩(wěn)定提高。
[0036] 本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其主旨如下所述。
[0037] (1) -種軟氮化處理用鋼板，其特征在于，
[0038] 具有如下組成：以質(zhì)量％計，含有C :0. 05%以上且0. 10%以下、Si :0. 5%以下、 Mn :0. 7% 以上且 1. 5% 以下、P :0. 05% 以下、S :0. 01 % 以下、Al :0. 01 % 以上且 0. 06% 以 下、Cr :0. 5%以上且1. 5%以下、V :0. 03%以上且0. 30%以下、N :0. 005%以下，且固溶V量 與所述V含量之比即固溶V量/V含量大于0. 50,余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0039] 并且具有包含鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。
[0040] ⑵如⑴所述的軟氮化處理用鋼板，其特征在于，在上述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì) 量％計還含有Nb :0. 005%以上且0. 025%以下。
[0041] (3) -種軟氮化處理用鋼板的制造方法，其特征在于，
[0042] 在對鋼片進行加熱，實施由粗軋和精軋構(gòu)成的熱軋，精軋結(jié)束后，進行冷卻、卷取 而制成熱軋鋼板時，
[0043] 使上述鋼片為如下組成：以質(zhì)量％計，含有C :0.05%以上且0. 10%以下、Si : 0. 5%以下、Mn :0. 7%以上且1. 5%以下、P :0. 05%以下、S :0. 01 %以下、Al :0. 01 %以上且 0. 06%以下、Cr :0. 5%以上且1. 5%以下、V :0. 03%以上且0. 30%以下、N :0. 005%以下，余 量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0044] 將上述熱軋的加熱溫度設(shè)定為IKKTC以上且1300°C以下，將上述精軋的精軋溫 度設(shè)定為Ar 3相變點以上且（Ar3相變點+KKTC )以下，將上述冷卻的平均冷卻速度設(shè)定為 30°C /秒以上，將上述卷取的卷取溫度設(shè)定為500°C以上且600°C以下。
[0045] (4)如（3)所述的軟氮化處理用鋼板的制造方法，其特征在于，上述鋼片在上述組 成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計還含有Nb :0. 005%以上且0. 025%以下。
[0046] 發(fā)明效果
[0047] 根據(jù)本發(fā)明，可以得到具有所期望的強度（拉伸強度：440MPa以上）并且軟氮化 處理前的成形性和軟氮化處理后的耐疲勞特性優(yōu)良的軟氮化處理用鋼板。如果是這樣的鋼 板，則也能夠用于汽車的變速器部件等在高應(yīng)力負荷狀態(tài)下使用的部件，能夠大幅削減制 造成本，在工業(yè)上發(fā)揮顯著的效果。

【具體實施方式】
[0048] 以下，對本發(fā)明詳細地進行說明。
[0049] 首先，對本發(fā)明鋼板的成分組成的限定理由進行說明。需要說明的是，只要沒有特 別說明，則以下的表示成分組成的％是指質(zhì)量％。
[0050] C :0· 05 % 以上且 0· 10 % 以下
[0051] C是通過固溶強化和形成第二相而有助于鋼的高強度化的元素。C含量低于 0. 05 %時，無法確保作為汽車的變速器部件等在高應(yīng)力負荷狀態(tài)下使用的部件的原材料所 要求的鋼板強度。另一方面，C含量超過0.10%時，鋼板強度過度升高，成形性降低。因此， C含量設(shè)定為0. 05%以上且0. 10%以下。優(yōu)選為0. 05%以上且0. 08%以下。
[0052] Si :0.5 % 以下
[0053] Si是固溶強化元素，是對于鋼的高強度化有效的元素，并且還作為脫氧劑發(fā)揮作 用。為了得到這樣的效果，優(yōu)選含有〇. 03%以上，但Si含量超過0. 5%時，生成難剝離性氧 化皮而使鋼板的表面性狀顯著變差。因此，Si含量設(shè)定為0.5%以下。優(yōu)選為0.1%以下。
[0054] Mn :0· 7% 以上且 1. 5% 以下
[0055] Mn是固溶強化元素，是對于鋼的高強度化有效的元素。另外，還作為以析出物的 方式將鋼中作為雜質(zhì)存在的S固定從而降低因 S引起的對鋼的不良影響的元素發(fā)揮作用。 Mn含量低于0. 7%時，不能確保所期望的鋼板強度。另一方面，Mn含量超過1. 5%時，鋼板 強度過度升高，成形性降低。因此，Mn含量設(shè)定為0.7 %以上且1.5 %以下。優(yōu)選為1.0 % 以上且1.5%以下。進一步優(yōu)選為1.2%以上且1.5%以下。
[0056] P :0.05% 以下
[0057] P是使鋼板的成形性、韌性降低的元素，在本發(fā)明中優(yōu)選盡量減少P。因此，P含量 設(shè)定為0.05%以下。優(yōu)選為0.03%以下。
[0058] S :0.01 % 以下
[0059] S與P同樣是使鋼板的成形性、韌性降低的元素，在本發(fā)明中優(yōu)選盡量減少S。因 此，S含量設(shè)定為0.01 %以下。優(yōu)選為0.005%以下。
[0060] Al :0· 01% 以上且 0· 06% 以下
[0061] Al是作為脫氧劑發(fā)揮作用的元素，為了可靠地得到該效果，Al含量設(shè)定為0. 01% 以上。另一方面，Al含量超過0. 06%時，作為脫氧劑的效果飽和，并且Al系夾雜物增加而 導(dǎo)致鋼板的內(nèi)部缺陷和表面缺陷。因此，Al含量設(shè)定為0.01%以上且0.06%以下。優(yōu)選 為0. 02%以上且0. 05%以下。
[0062] Cr :0· 5% 以上且 1. 5% 以下
[0063] Cr是通過軟氮化處理而在鋼中形成氮化物從而具有提高鋼板表層部的硬度的效 果的元素，是本發(fā)明中的重要元素。為了使這樣的效果變得顯著，需要使Cr含量為0.5% 以上。另一方面，Cr含量超過1.5%時，通過軟氮化處理得到的表面硬化層（氮化層）的脆 化變得顯著。因此，Cr含量設(shè)定為0.5%以上且1.5%以下。優(yōu)選為0.5%以上且1.0%以 下。
[0064] V :0· 03 % 以上且 0· 30 % 以下
[0065] V是具有通過軟氮化處理在鋼中形成氮化物而提高鋼板表層部的硬度的效果、并 且具有通過軟氮化處理而提高鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度的效果的元素，是本發(fā) 明中最重要的元素。另外，在軟氮化處理前的鋼中析出的V也具有通過粒子分散強化（析 出強化）而提高軟氮化處理用鋼板的強度的效果。V含量低于0.03%時，不能充分表現(xiàn)出 這些效果。另一方面，V含量超過0.30%時，通過軟氮化處理得到的表面硬化層（氮化層） 的脆化變得顯著，并且鋼板的強度提高效果飽和，因此在經(jīng)濟上變得不利。因此，V含量設(shè) 定為0. 03%以上且0. 30%以下。優(yōu)選為0. 05%以上且0. 20%以下。
[0066] N :0.005% 以下
[0067] N是使鋼板的成形性降低的有害元素。另外，N也是在軟氮化處理前與Cr等氮化 促進元素化合而導(dǎo)致有效的氮化促進元素量降低的元素。因此，在本發(fā)明中優(yōu)選盡量降低 N含量，設(shè)定為0.005%以下。優(yōu)選為0.003%以下。
[0068] 固溶V量與V含量之比（固溶V量/V含量）：大于0· 50
[0069] 鋼板中的固溶V在通過軟氮化處理提高鋼板的表層部和板厚內(nèi)部（非氮化部）的 強度、確保軟氮化處理后的耐疲勞特性的方面擔負重要作用。因此，在本發(fā)明中，使軟氮化 處理用鋼板、即軟氮化處理前的鋼板中的固溶V量與V含量之比大于0. 50。
[0070] 如上所述，假設(shè)如下情況：如果對鋼板實施軟氮化處理，則有時鋼板的板厚內(nèi)部 (非氮化部）的強度會因經(jīng)過軟氮化處理的熱歷程而降低，在軟氮化處理后不能得到所期 望的耐疲勞特性。因此，對于軟氮化處理用鋼板而言，具備實施軟氮化處理后的鋼板的板厚 內(nèi)部（非氮化部）具有所期望的強度這樣的特性是重要的。
[0071] 作為確保實施軟氮化處理后的鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度的方法，還考 慮如下方法：考慮到軟氮化處理所導(dǎo)致的鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度降低量，將軟 氮化處理用鋼板的強度設(shè)定得較高。但是，過度提高鋼板強度時，鋼板的成形性降低，對于 在軟氮化處理前成形為所期望的部件形狀是不利的。
[0072] 使用軟氮化處理用鋼板作為原材料來制造要求疲勞強度、耐磨損性的機械結(jié)構(gòu)用 部件時，通過沖壓加工等將軟氮化處理用鋼板成形為所期望的部件形狀后，實施軟氮化處 理而制成最終產(chǎn)品。因此，將軟氮化處理用鋼板（軟氮化處理前的鋼板）的強度提高至所 需強度以上會對軟氮化處理前的成形性帶來不良影響，因而不優(yōu)選。
[0073] 另一方面，如果通過對軟氮化處理用鋼板實施軟氮化處理而能夠使其板厚內(nèi)部 (非氮化部）的強度比軟氮化處理前有所上升，則能夠在不降低軟氮化處理前的成形性的 情況下提高軟氮化處理后的耐疲勞特性。因此，作為要求軟氮化處理前的成形性并且要求 軟氮化處理后的耐疲勞特性的軟氮化處理用鋼板，理想的是具有鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化 部）的強度通過軟氮化處理而上升的特性。
[0074] 因此，本發(fā)明人對通過軟氮化處理來提高鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化層）的強度的 方法進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使軟氮化處理前的鋼板中含有期望量的固溶V并且在軟氮化 處理時使固溶V以碳化物的形式析出是有效的。
[0075] 基于上述見解，在本發(fā)明中，需要使鋼板中的V含量為0. 03 %以上且0. 30 %以下， 而且，需要使V含量的大半部分為固溶V、即需要使固溶V量與V含量之比（固溶V量/V含 量）大于0.50。固溶V量與V含量之比（固溶V量/V含量）為0.50以下時，不能充分表 現(xiàn)出與軟氮化處理相伴的鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度上升效果。需要說明的是， 從在軟氮化處理前的鋼中以碳氮化物的形式析出而兼顧軟氮化處理前的鋼板強度的確保 和軟氮化處理所產(chǎn)生的硬化量的確保的觀點出發(fā)，優(yōu)選將固溶V量與V含量之比（固溶V 量Λ含量）的上限值設(shè)定為0. 80。
[0076] 以上是本發(fā)明中的基本組成，除了基本組成以外還可以含有Nb。
[0077] Nb :0· 005 % 以上且 0· 025 % 以下
[0078] Nb在鋼中以碳氮化物的形式析出，通過粒子分散強化（析出強化）而提高鋼板的 強度，在這方面是有效的元素，可以根據(jù)需要含有。Nb含量低于0.005%時，不能充分表現(xiàn) 出這種效果。另一方面，Nb含量超過0.025%時，鋼板強度過度升高，成形性降低。因此，Nb 含量設(shè)定為〇. 005%以上且0. 025%以下。優(yōu)選為0. 010%以上且0. 020%以下。
[0079] 本發(fā)明的鋼板中，上述以外的成分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。作為不可避免的雜 質(zhì)，例如，以質(zhì)量％計，Cu :0. 05%以下、Ni :0. 05%以下、Mo :0. 05%以下、Co :0. 05%以下、 Ti :0. 005% 以下、Zr :0. 005% 以下、Ca :0. 005% 以下、Sn :0. 005% 以下、0 :0. 005% 以下、B : 0. 0005 %以下等是可以允許的。
[0080] 接著，對本發(fā)明鋼板的組織的限定理由進行說明。
[0081] 本發(fā)明的鋼板具有包含鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。
[0082] 提高鐵素體在鋼板組織中所占的比例在確保鋼板的成形性的方面是有效的，但使 鋼板為鐵素體單相組織時，鋼板強度不足，作為機械結(jié)構(gòu)用部件的原材料的應(yīng)用范圍變窄， 通用性不足。另一方面，在通過在鐵素體主體的組織中生成第二相來確保鋼板強度的情況 下，以馬氏體、貝氏體等硬質(zhì)的低溫相變相作為第二相時，上述低溫相變相因軟氮化處理時 的熱歷程而發(fā)生軟化，鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度大幅降低。
[0083] 因此，在本發(fā)明中，為了抑制軟氮化處理的熱歷程所導(dǎo)致的鋼板的板厚內(nèi)部（非 氮化部）的強度降低，使鋼板的組織為以鐵素體為主相、使第二相為珠光體的復(fù)合組織。需 要說明的是，在本發(fā)明中，優(yōu)選使鋼板組織中的鐵素體百分率為80%以上且95%以下，使 珠光體百分率為5%以上且20%以下。另外，本發(fā)明的鋼板為由鐵素體和珠光體構(gòu)成的復(fù) 合組織是理想的，但即使在不可避免地生成其他相（組織）的情況下，只要其在鋼板組織中 的百分率合計為1%以下就可以允許。
[0084] 接著，對本發(fā)明鋼板的制造方法進行說明。
[0085] 本發(fā)明中，對具有上述組成的鋼片進行加熱，實施由粗軋和精軋構(gòu)成的熱軋，精 軋結(jié)束后，進行冷卻、卷取而制成熱軋鋼板。此時，優(yōu)選將加熱溫度設(shè)定為IKKTC以上且 1300°C以下，將精軋溫度設(shè)定為Ar3相變點以上且（Ar3相變點+IO(TC)以下，將冷卻的平 均冷卻速度設(shè)定為30°C /秒以上，將卷取溫度設(shè)定為500°C以上且600°C以下。
[0086] 在本發(fā)明中，鋼的熔煉方法沒有特別限定，可以采用轉(zhuǎn)爐、電爐等公知的熔煉方 法。另外，熔煉后，從偏析等問題考慮，優(yōu)選通過連鑄法制成鋼片（鋼坯），也可以通過鑄 錠-開坯軋制法、薄板坯連鑄法等公知的鑄造方法制成鋼片。也可以根據(jù)需要進一步實施 各種預(yù)處理、二次精煉、鋼片的表面護理等。
[0087] 鋼片的加熱溫度：1100°C以上且1300°C以下
[0088] 對以上述方式得到的鋼片實施粗軋和精軋，但在本發(fā)明中，需要使V充分再固溶 于粗軋前的鋼片中。鋼片的加熱溫度低于1100°C時，有時不能充分分解V碳氮化物而使V 再固溶，不能表現(xiàn)出通過含有V而得到的上述所期望的效果。另外，也難以確保所需的精 軋溫度。另一方面，鋼片的加熱溫度超過1300°c時，加熱鋼片所需要的能量增大，在成本方 面變得不利。因此，將粗軋前的鋼片的加熱溫度設(shè)定為IKKTC以上且1300°C以下。優(yōu)選為 1150°C以上且1250°C以下。
[0089] 對粗軋前的鋼片進行加熱時，可以將鑄造后的鋼片冷卻至常溫后進行加熱，也可 以對鑄造后冷卻過程中的鋼片進行追加加熱或者保溫。另外，鑄造后的鋼片保持足夠的溫 度而使V充分固溶在鋼中的情況下，可以不對鋼片進行加熱而進行直接軋制。另外，對于粗 軋條件無需特別限定。
[0090] 精軋溫度：Ar3相變點以上且（Ar3相變點+100°C )以下
[0091] 精軋中的精軋溫度低于Ar3相變點時，會形成在軋制方向上延展的鐵素體組織和 未再結(jié)晶鐵素體組織，鋼板的成形性降低。另外，鋼板的機械特性的面內(nèi)各向異性變強，難 以進行均勻的成形加工。另一方面，精軋溫度超過（Ar3相變點+IO(TC)時，出現(xiàn)鋼板的表 面性狀變差的傾向。因此，將精軋溫度設(shè)定為Ar 3相變點以上且（Ar3相變點+IO(TC)以下。 另外，精軋溫度是指在精軋的最終道次出口側(cè)的鋼板溫度。
[0092] 為了確保上述精軋溫度，可以利用薄板坯加熱器、邊緣加熱器等加熱裝置對軋制 中的鋼板進行追加加熱。需要說明的是，對于鋼的Ar3相變點，可以通過測定自奧氏體溫度 范圍開始的冷卻過程中的熱收縮而制作熱收縮曲線來求得，或者也可以由合金元素的含量 進行估算來求得。
[0093] 平均冷卻速度：30°C /秒以上
[0094] 在確保鋼板中的固溶V的方面，平均冷卻速度的優(yōu)化是重要的，在本發(fā)明中，精軋 結(jié)束后，立即（在1秒以內(nèi)）開始冷卻，將從精軋溫度開始到卷取溫度為止的平均冷卻速度 設(shè)定為30°C /秒以上。該平均冷卻速度小于30°C /秒時，V的碳氮化物有可能在冷卻過程 中析出，在鋼板中不會殘留期望量的固溶V。另外，有時晶粒過度粗大化而使鋼板的強度、延 展性降低。因此，將上述平均冷卻速度設(shè)定為30°C/秒以上。優(yōu)選為40°C/秒以上。
[0095] 上述平均冷卻速度的上限沒有特別規(guī)定，但為了避免因強水冷所引起的鋼板的形 狀不良，優(yōu)選設(shè)定為KKTC /秒以下。另外，將鋼板冷卻至達到卷取溫度后，尤其不需要利用 注水等的強制冷卻，在大氣中自然冷卻至卷取即可。
[0096] 卷取溫度：500°C以上且600°C以下
[0097] 在確保鋼板中的固溶V并且使鋼板為所期望的組織的方面，卷取溫度的優(yōu)化是重 要的。卷取溫度低于50(TC時，生成低溫相變相而使鋼板硬質(zhì)化，成形性降低，并且無法避免 軟氮化處理的熱歷程所導(dǎo)致的鋼板的板厚內(nèi)部（非氮化部）的強度降低。另一方面，卷取 溫度超過600°C時，在卷取后析出大量V碳氮化物，有可能在鋼板中不會殘留期望量的固溶 V。因此，將卷取溫度設(shè)定為500°C以上且600°C以下。優(yōu)選為520°C以上且580°C以下。 [0098] 將通過上述得到的熱軋鋼板通過酸洗、噴丸硬化等除去氧化皮后，用作軟氮化處 理用鋼板。另外，即使實施以矯正形狀、調(diào)節(jié)表面粗糙度為目的的表面光軋，也不會損害本 發(fā)明的效果。
[0099] 另外，本發(fā)明的軟氮化處理用鋼板對于氣體軟氮化處理和鹽浴軟氮化處理中的任 意一種都能夠應(yīng)用。
[0100] 實施例
[0101] 將含有表1所示的化學成分的鋼熔煉，進行鑄錠-開坯軋制而制成鋼片。將這些 鋼片加熱后，實施粗軋和精軋，精軋結(jié)束后立即進行冷卻、卷取，制成板厚為3. 2mm的熱軋 鋼板。另外，上述中的鋼片的加熱溫度、精軋溫度、從精軋溫度開始到卷取溫度為止的平均 冷卻速度、卷取溫度如表2所示。
[0102]
[0103]

【權(quán)利要求】
1. 一種軟氮化處理用鋼板，其特征在于， 具有如下組成：以質(zhì)量％計，含有(：：0.05%以上且0.10%以下、51:0.5%以下、]\111 : 0.7%以上且1.5%以下、？：0.05%以下、5:0.01%以下41:0.01%以上且0.06%以下、0: 0. 5%以上且1. 5%以下、V :0. 03%以上且0. 30%以下、N :0. 005%以下，且固溶V量與所述 V含量之比即固溶V量/V含量大于0. 50,余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 并且具有包含鐵素體和珠光體的復(fù)合組織。
2. 如權(quán)利要求1所述的軟氮化處理用鋼板，其特征在于，在所述組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì) 量％計還含有Nb :0. 005%以上且0. 025%以下。
3. -種軟氮化處理用鋼板的制造方法，其特征在于， 在對鋼片進行加熱，實施由粗軋和精軋構(gòu)成的熱軋，精軋結(jié)束后，進行冷卻、卷取而制 成熱軋鋼板時， 使所述鋼片為如下組成：以質(zhì)量％計，含有C :0. 05%以上且0. 10%以下、Si :0. 5%以 下、]^:0.7%以上且1.5%以下、？：0.05%以下、3:0.01%以下、41 :0.01%以上且0.06% 以下、0:0.5%以上且1.5%以下、7:0.03%以上且0.30%以下、^0.005%以下，余量由 Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成， 將所述熱軋的加熱溫度設(shè)定為1KKTC以上且1300°C以下，將所述精軋的精軋溫度設(shè) 定為Ar3相變點以上且（Ar3相變點+KKTC)以下，將所述冷卻的平均冷卻速度設(shè)定為30°C/ 秒以上，將所述卷取的卷取溫度設(shè)定為500°C以上且600°C以下。
4. 如權(quán)利要求3所述的軟氮化處理用鋼板的制造方法，其特征在于，所述鋼片在所述 組成的基礎(chǔ)上，以質(zhì)量％計還含有Nb :0. 005 %以上且0. 025 %以下。
【文檔編號】C22C38/26GK104411847SQ201280074343
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】小林崇, 中村展之, 船川義正 申請人:杰富意鋼鐵株式會社