氮化鋼構件及其制造方法
【專利摘要】本發明是在具有規定成分的鋼構件的表面形成有氮化鐵化合物層的氮化鋼構件；關于利用X射線衍射對該氮化鋼構件的表面進行測定得到的Fe4N的(111)晶面的X射線衍射峰強度IFe4N(111)和Fe3N的(111)晶面的X射線衍射峰強度IFe3N(111)，IFe4N(111)/{IFe4N(111)+IFe3N(111)}所示的強度比為0.5以上；前述氮化鐵化合物層的維氏硬度為900以下，前述氮化鐵化合物層正下方的母材的維氏硬度為700以上，且前述氮化鐵化合物層的維氏硬度與前述母材的維氏硬度之差為150以下；前述氮化鐵化合物層的厚度為2～17μm。
【專利說明】氮化鋼構件及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通過在氣體氣氛中的氮化處理而將表面氮化的氮化鋼構件及其制造 方法。更具體涉及用于汽車等的齒輪、點蝕耐性和彎曲疲勞強度得以提升的高強度?氮化 鋼構件。
【背景技術】
[0002] 例如對于汽車用的變速器中使用的齒輪要求高的點蝕耐性和彎曲疲勞強度。為了 響應所述要求，以往作為使齒輪等鋼構件強化的方法廣泛實施了滲碳處理。另外，提出了關 于旨在進一步提升點蝕耐性、利用滲碳氮化處理進行高強度化的技術方案（專利文獻1)。 另一方面，論及行星齒輪，由于咬合次數多，齒形精度（變形）對于齒輪噪音的影響大。特 別是內嚙合齒輪由于壁薄徑大而存在易變形的問題。因此，還提出了關于鋼構件的形變少、 形變波動也小的氣體軟氮化處理的技術方案（專利文獻2)。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本特開平5-70925號公報
[0006] 專利文獻2 :日本特開平11-72159號公報
【發明內容】
[0007] 發明要解決的問是頁
[0008] 通過氣體軟氮化處理而得以高強度化的鋼構件的形變量、形變波動雖小，但若與 通過滲碳或滲碳氮化而得以高強度化的鋼構件進行比較，則點蝕耐性、彎曲疲勞強度等疲 勞強度差。
[0009] 另外，專利文獻1中記載的通過滲碳氮化得到的高強度滲碳氮化構件雖然點蝕耐 性為滲碳材料以上，卻存在彎曲疲勞強度低的問題。另外，由于在鋼的奧氏體相變溫度域下 進行了熱處理，因而存在形變量增大的問題。此外，對于滲碳或滲碳氮化處理，淬火工序是 必須的，因而存在批次內或批次間的形變波動大的問題。
[0010] 另外，專利文獻2等中記載的實施了氣體軟氮化處理的氮化構件由于減薄了化合 物層，因而與以往的采用氣體軟氮化處理得到的化合物層相比雖然實現了點蝕耐性（最表 面的化合物層剝離的問題）的提升，卻遜于滲碳處理。
[0011] 本發明的目的在于提供具有高的點蝕耐性和彎曲疲勞強度、并且與滲碳或滲碳氮 化處理相比形變低的高強度?低形變氮化鋼構件及其制造方法。
[0012] 用于解決問題的方案
[0013] 本發明人等為了解決上述課題而進行了深入研究，結果發現：通過使規定組成的 鋼構件在該鋼構件的表面生成具有規定結構的氮化鐵化合物層，從而得到了低形變且具有 優異的點蝕耐性和彎曲疲勞強度的高強度?低形變氮化鋼構件，從而完成本發明。
[0014] 本發明為一種氮化鋼構件，其特征在于，其是在鋼構件的表面形成有氮化鐵化合 物層的氮化鋼構件，所述鋼構件以質量％計為，C :0. 05?0. 14%、Si :0. 10?0. 30%、Mn : 0· 4 ?L 4 %、Cr :0· 9 ?L 9 %、Mo :0 ?0· 50 %、V :0 ?0· 40 %、Al :0· 01 ?0· 14 %、S : 0.005?0.030%，下述式1所示的Hs值為1.19以上，下述式2所示的Hc值為3. 76以 下，余量由Fe和雜質組成，雜質中的P、N和0分別為P :0. 030%以下、N :0. 008%以下和 0 :0. 0030%以下；關于利用X射線衍射對于該氮化鋼構件的表面進行測定得到的Fe4N的 (111)晶面的X射線衍射峰強度IFe 4N(Ill)和Fe3N的（111)晶面的X射線衍射峰強度 IFe3N(Ill), IFe4NdllVUFe4N(Ill)+IFe3N(lll)}所示的強度比為 0.5 以上；前述氮化鐵 化合物層的維氏硬度為900以下，前述氮化鐵化合物層正下方的母材的維氏硬度為700以 上，且前述氮化鐵化合物層的維氏硬度與前述母材的維氏硬度之差為150以下；前述氮化 鐵化合物層的厚度為2?17 μ m。
[0015] Hs 值=(-342. 1XC+23. 5ΧΜη+125· OXCr+14. 4ΧΜ〇+208· 3XV+346. 4XA1)/100 ? --式 I
[0016] 其中，式I中的C、Mn、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
[0017] Hc 值=(156. 1XC+54. 7XMn+158. 4XCr+146. 5ΧΜο+33· 8XV+418. 6XA1)/100 · --式2
[0018] 其中，式2中的C、Mn、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
[0019] 本發明的氮化鋼構件優選是變速器中使用的齒輪。
[0020] 另外，本發明為一種氮化鋼構件的制造方法，其特征在于，該制造方法通過對鋼構 件在以總壓為1時使NH3氣的分壓比為0. 08?0. 34、H2氣的分壓比為0. 54?0. 82、N2氣 的分壓比為0. 09?0. 18的氮化處理氣體氣氛中、使鋼構件的表面的前述氮化處理氣體的 流速為lm/s以上、500?620°C的溫度下進行氮化處理，從而在前述鋼構件的表面形成厚度 為2?17 μ m的氮化鐵化合物層，所述鋼構件以質量％計為，C :0. 05?0. 14%、Si :0. 10? 0· 30%、Mn :0· 4 ?L 4%、Cr :0· 9 ?L 9%、Mo :0 ?0· 50%、V :0 ?0· 40%、Al :0· 01 ? 0. 14%、S :0.005?0.030%，下述式1所示的Hs值為1. 19以上，下述式2所示的Hc值為 3. 76以下，余量由Fe和雜質組成，雜質中的P、N和0分別為P :0. 030%以下、N :0. 008%以 下和0 :0. 0030%以下。
[0021] Hs 值=(-342. 1XC+23. 5XMn+125. OXCr+14. 4XMO+208. 3XV+346. 4XA1)/100 ? --式 I
[0022] 其中，式1中的C、Μη、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
[0023] Hc 值=(156. 1XC+54. 7XMn+158. 4XCr+146. 5ΧΜο+33· 8XV+418. 6XA1)/100 · --式2
[0024] 其中，式2中的C、Μη、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
[0025] 可以使前述氮化處理的時間為超過0. 5小時且小于10小時的范圍。
[0026] 需要說明的是，在本說明書中，"氮化鐵化合物層"是指通過在氣體氣氛中的氮化 處理而形成的鋼構件表面的以相_Fe 4N、ε相-Fe2_3N為代表的鐵的氮化化合物。
[0027] 發明的效果
[0028] 采用本發明，可以提供具有與經過滲碳處理的構件同等或其以上的優異的點蝕耐 性和彎曲疲勞強度、并且與滲碳或滲碳氮化處理相比形變低的氮化鋼構件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1是熱處理裝置的說明圖。
[0030] 圖2是氣體軟氮化處理的工序說明圖。
[0031] 圖3是剝離強度試驗的說明圖。
[0032] 圖4是棍點蝕（roller pitting)試驗的說明圖。
[0033] 圖5是小野式旋轉彎曲疲勞試驗的說明圖。
[0034] 圖6是用于測定維氏硬度的SEM的一例。
[0035] 圖7是氮化鐵化合物層的厚度的測定的說明圖。
【具體實施方式】
[0036] 以下參照附圖對于本發明的氮化鋼構件及其制造方法進行詳細說明。
[0037] 本發明的氮化鋼構件在規定組成的鋼構件（母材）的表面具有以Y '相為主成分 的氮化鐵化合物層。
[0038] 本發明的鋼構件（母材）以質量％計為，C :0.05?0· 14%、Si :0· 10?0.30%、 Mn :0· 4 ?I. 4%、Cr :0· 9 ?I. 9%、Mo :0 ?0· 50%、V :0 ?0· 40%、A1 :0· 01 ?0· 14%、S : 0. 005?0. 030%，余量由Fe和雜質組成。
[0039] C :0.05 ?0.14%
[0040] C是用于確保氮化部件的強度所必須的元素，0.05%以上的含量是必要的。然而， 若C的含量增加并超過0. 14%，則氮化前的硬度增高而導致切削性的降低。因此，將C的含 量設為0. 05?0. 14%。為了更穩定地確保氮化部件的強度，C的含量優選設為0. 09%以 上。另外，更重視切削性時，C的含量優選設為0. 13%以下。
[0041] Si :0· 10 ?0· 30%
[0042] Si具有脫氧作用。為了得到該效果，0. 10%以上的Si含量是必要的。然而，若Si 的含量增加并超過〇. 30%，則氮化前的硬度增高而使切削性降低。因此，將Si的含量設為 0. 10?0. 30%。Si的含量優選設為0. 12%以上，另外優選設為0. 25%以下。
[0043] Mn :0.4 ?1.4%
[0044] Mn具有確保氮化部件的點蝕耐性和彎曲疲勞強度的作用、以及脫氧作用。為了得 到這些效果，〇. 4%以上的含量是必要的。然而，若Mn的含量增加并超過1. 4%，則氮化前的 硬度變得過高而使切削性降低。因此，將Mn的含量設為0.4?1.4%。為了更穩定地確保 氮化部件的強度，Mn的含量優選設為0. 5%以上。另外，更重視切削性時，Mn的含量優選設 為1. 3%以下。
[0045] Cr :0.9 ?1.9%
[0046] Cr具有提高氮化下的表面硬度和芯部硬度、確保部件的點蝕耐性和彎曲疲勞強度 的作用。然而，Cr的含量少于0.9%時，無法得到前述的效果。另一方面，若Cr的含量增加 并超過1. 9%，則氮化前的硬度增高而使切削性降低。因此，將Cr的含量設為0. 9?1. 9%。 為了更穩定地提高氮化下的表面硬度和芯部硬度，Cr的含量優選設為1. 1%以上。另外，更 重視切削性時，Cr的含量優選設為1. 4%以下。
[0047] Mo :0 ?0· 50% (包含 0% )
[0048] Mo也可不含有。若含有Mo,則由于Mo在氮化溫度下與鋼中的C鍵合形成碳化物， 氮化后的芯部硬度提升。然而，若Mo的含量增加并超過0. 50%，則不僅原料成本升高，而且 氮化前的硬度增高而使切削性降低。因此，將Mo的含量設為0.50%以下。另外，重視切削 性的情況下，優選的是將Mo的含量設為0. 40%以下。
[0049] V :0 ?0· 40% (包含 0% )
[0050] V也可不含有。若含有V，則與Mo同樣地在氮化溫度下與鋼中的C鍵合形成碳化 物，具有使氮化后的芯部硬度提升的作用。另外，在氮化時與從表面侵入并擴散的N、C鍵 合形成氮化物、碳氮化物，還具有使表面硬度提升的作用。若V的含量增加并超過〇. 40%， 則不僅氮化前的硬度變得過高而使切削性降低，而且由于熱鍛或其后的正火中V不會固溶 在基體中，因而前述的效果飽和。因此，將V的含量設為0?0.40%。V的含量優選設為 0. 15%以上，另外優選設為0. 20%以下。
[0051] Al :0· 01 ?0· 14%
[0052] Al具有脫氧作用。另外，在氮化時與從表面侵入并擴散的N鍵合形成A1N，具有使 表面硬度提升的作用。為了得到這些效果，含有0.01%以上的Al是必要的。然而，若Al 的含量增加并超過〇. 14%，則不僅形成硬質的Al2O3而使切削性降低，而且氮化下的硬化 層變淺而產生點蝕耐性、彎曲疲勞強度降低的問題。因此，將Al的含量設為0.01%以上且 0. 14%以下。Al含量的下限優選為0.02%，另外上限優選為0.07%。
[0053] S :0· 005 ?0· 030%
[0054] S與Mn鍵合形成MnS，具有使切削性提升的作用。然而，S的含量少于0.005%時， 難以得到前述的效果。另一方面，若S的含量超過0. 030%，則形成粗大的MnS，熱鍛性和彎 曲疲勞強度降低。因此，將S的含量設為0.005?0.030%。為了更穩定地確保切削性，S 的含量優選設為0.010%以上。另外，更重視熱鍛性和彎曲疲勞強度的情況下，S的含量優 選設為0. 025%以下。
[0055] Hs 值：Ll9 以上
[0056] Hs值是表示氮化處理后的氮化鐵化合物層正下方的母材硬度的指標。利用N的固 溶強化和利用合金氮化物的析出強化中，為了使氮化鋼構件得到必要的表面硬度，有必要 使下述式1所示的Hs值為1. 19以上。
[0057] Hs 值=(-342. 1XC+23. 5XMn+125. OXCr+14. 4XMO+208. 3XV+346. 4XA1)/100 ? --式 I
[0058] 式1中的C、Μη、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
[0059] Hc 值：3· 76 以下
[0060] Hc值是表示氮化鐵化合物層的硬度的指標。為了避免疲勞強度的降低和氮化鐵化 合物層的剝離特性的降低，有必要使Hc值為3. 76以下。
[0061] Hc 值=(156. 1XC+54. 7XMn+158. 4XCr+146. 5ΧΜο+33· 8XV+418. 6XA1)/100 · --式2
[0062] 式2中的C、Μη、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
[0063] 本發明具有除了上述元素之外余量由Fe和雜質組成的化學組成。需要說明的是， 作為余量的"Fe和雜質"是指，工業上制造鋼材的過程中從作為原料的礦石中不可避免地混 入的例如Cu、Ni和Ti,或者從制造環境中不可避免地混入的例如0(氧）等。
[0064] 然而，本發明中，對于雜質中的P、N和0,有必要特別嚴格地限制，有必要使以質 量％計分別為P :〇. 030%以下、N :0. 008%以下、O :0. 0030%以下。以下，對于雜質中的P、 N、 O進行說明。
[0065] P :0.030% 以下
[0066] P是鋼所含有的雜質，在晶界發生偏析使鋼脆化，特別是若其含量超過0. 030%， 則存在脆化的程度變得顯著的情況。因此，本發明中，將雜質中的P的含量設為〇. 030%以 下。另外，雜質中的P的含量優選設為0.020%以下。
[0067] N :0.008% 以下
[0068] 鋼中的N容易與C和V等元素鍵合形成碳氮化物，若在氮化前形成VCN等碳氮化 物，則硬度增高而切削性降低，因而本發明中N是不優選的元素。另外，由于該碳氮化物 的固溶溫度高，采用熱鍛或其后的正火中的加熱難以使V固溶在基體中，若鋼中的N含量 高，則無法通過氮化而充分得到前述V的效果。因此，本發明中，將雜質中的N的含量設為 O. 008%以下。另外，雜質中的N的含量優選為0. 006%以下。
[0069] 0:0.0030% 以下
[0070] 0形成作為始于夾雜物的疲勞破壞的原因的氧化物系夾雜物，會使點蝕耐性、彎曲 疲勞強度降低。尤其是若〇的含量超過0.0030%，則上述疲勞強度的降低突顯。因此，本發 明中，將雜質中的0的含量設為0. 0030%以下。另外，雜質中的0的含量優選為0. 0020% 以下。
[0071] 若對這種鋼構件進行后述的氮化處理，則可易于得到氮化鐵化合物層的維氏硬度 為900以下、氮化鐵化合物層正下方的母材的維氏硬度為700以上、且兩者之差為150以下 的鋼構件。若氮化鐵化合物層的維氏硬度超過900,則無一致性、由加工產生的微小凹凸殘 留，因而局部的應力增高、無法期待疲勞強度的提升。另外，氮化鐵化合物層正下方的母材 的維氏硬度小于700時，與氮化鐵化合物層的硬度差增大、變得易發生剝離，并且在氮化鐵 化合物層的磨耗消失后，露出的母材的磨耗急劇地發展，由于齒形變差，聲音和振動變差且 發生損傷。另一方面，兩者的硬度差為150以上時，變得容易從邊界部剝離，無法期待疲勞 強度的提升。
[0072] 需要說明的是，本發明中，"氮化鐵化合物層"是指通過氣體軟氮化處理而形成的 鋼構件表面的以相_Fe4N、ε相-Fe2_3N為代表的鐵的氮化化合物。氮化鐵化合物層為 Y '相、ε相，以層狀態方式析出。本發明中，包含這些Y'相、ε相的氮化鐵化合物層以 厚度2?17 μ m的范圍形成在鋼構件（母材）的表面。另一方面，鋼構件（母材）由之前 說明的具有規定成分范圍的鋼形成，氮化鐵化合物層正下方（鄰接氮化鐵化合物層與鋼構 件（母材）的邊界面的位置處的鋼構件（母材））呈現合金碳氮化物在鋼中微細地共格析 出的狀態。在氮化鐵化合物層正下方，由于合金碳氮化物如此地析出，因而硬度高于母材芯 部。
[0073] 本發明的氮化鋼構件通過在氣體氣氛中對前述鋼構件進行氮化處理而在表面形 成了以相為主成分的氮化鐵化合物層。另外，氮化鐵化合物層的厚度為2?17μπι。氮 化鐵化合物層的厚度小于2 μ m時，認為過薄而限制疲勞強度提升。另一方面，若氮化鐵化 合物層的厚度超過17 μ m，則γ '相的氮擴散速度遲緩，因而氮化鐵化合物層的氮濃度隨厚 度的增加而升高，ε相的比例增加。其結果，由于氮化鐵化合物層整體變脆，易發生剝離， 無法期待疲勞強度提升。考慮了前述理由和量產時的膜厚波動的情況下，更優選的是前述 氮化鐵化合物層的厚度為4?16 μ m。
[0074] 對于本發明的氮化鋼構件的點蝕耐性和彎曲疲勞強度優異的理由考慮如下。Y ' 相的晶體結構是FCC(面心立方晶）、具有12個滑移系，因而晶體結構自身富有韌性。此外， 認為由于形成微細的等軸組織，疲勞強度提升。與此相對，ε相的晶體結構是HCP(密堆六 方）、底面滑移優先，因而認為晶體結構自身有"不容易變形且脆"的性質。另外，ε相形成 粗大的柱狀晶，成為對疲勞強度不利的組織形態。
[0075] 關于在本發明的氮化鋼構件的表面形成的氮化鐵化合物層的使用X射線Cu燈管 的X射線衍射（XRD)曲線得到的、在2 Θ :41· 2度附近出現的γ '相-Fe4N的（111)晶面的 X射線衍射峰強度IFe4N(Ill)和在2 Θ :43.7度附近出現的ε相-Fe2_3N的（111)晶面的 X 射線衍射峰強度 IFe3N (111)，IFe4N (111V UFe4N (111)+IFe3N (111)}所示的強度比為 0· 5 以上。如上所述，"氮化鐵化合物層"是由ε相-Fe2_3N和/或Y '相-Fe4N等形成的層，對 鋼構件表面實施X射線衍射分析時，通過測定前述X射線峰強度之比來判定Y '相是否為 主成分。本發明中前述強度比若為0.5以上，則可以判斷在氮化鋼構件的表面形成的氮化 鐵化合物層中Y '相是主成分，氮化鋼構件的點蝕耐性和彎曲疲勞強度是優異的。前述強 度比優選為0. 8以上，此外更優選為0. 9以上。
[0076] 在此，對鋼構件實施的在氣體氣氛中的氮化處理使用例如圖1所示的熱處理裝置 1進行。如圖1所示，熱處理裝置1具有搬入部10、加熱室11、冷卻室12、搬出輸送機13。 被置于搬入部10上的箱體20內收納有例如自動變速器中使用的齒輪等前述的鋼構件。加 熱室11的入口側（圖1中左側）安裝有具備開關自由的門21的入口罩22。
[0077] 在加熱室11內設置有加熱器25。在加熱室11內導入包含N2氣、NH3氣、H 2氣的氮 化處理氣體，用加熱器25使被導入到加熱室11內的氮化處理氣體為規定的溫度，進行被搬 入至加熱室11內的鋼構件的氮化處理。加熱室11的頂板安裝有風扇26,其用于攪拌加熱 室11內的處理氣體使鋼構件的加熱溫度均一化，并且控制撞擊鋼構件的處理氣體的風速。 加熱室11的出口側（圖1中右側）安裝有開關自由的中間門27。
[0078] 冷卻室12中安裝有使收納有鋼構件的箱體20升降的升降機30。在冷卻室12的 下部安裝有儲藏了冷卻用油31的油槽32。冷卻室12的出口側（圖1中右側）安裝有具備 開關自由的門35的出口罩36。
[0079] 所述熱處理裝置1中，收納有鋼構件的箱體20被推送器等從搬入部10搬入至加 熱室11內。另外，進行氮化處理之前，優選的是為了除去被處理材料（氮化鋼構件）的污 垢、油而進行清洗（前處理）。例如，優選的是使用烴系清洗液溶解置換油等并使之蒸發而 進行脫脂干燥的真空清洗、使用堿系清洗液進行脫脂處理的堿清洗等。
[0080] 然后，收納了經過如此地前處理的鋼構件的箱體20被搬入至加熱室11內，之后在 加熱室11內導入處理氣體。進而，進行用加熱器25使被導入到加熱室11內的處理氣體為 規定的高溫度，邊用風扇26攪拌處理氣體邊對搬入至加熱室11內的鋼構件進行氮化處理。
[0081] (升溫工序）
[0082] 其中，在加熱室11內例如如圖2所示地首先導入20分鐘的N2氣0. 04m3/分鐘和 NH3氣0. Olm3/分鐘，用加熱器25進行加熱而升溫至600°C的氮化處理溫度的工序。只要能 夠在加熱中防止鋼構件的極端氧化，則升溫工序不必控制為精密的氣氛，例如可以在屬于 非活性氣體的N 2、Ar氣氛中進行加熱。另外，如上所述還可以適量混合NH3氣等而制成還原 性氣氛。
[0083] (氮化處理工序）
[0084] 然后，NH3氣和H2氣被導入到加熱室11內，控制流量以成為規定的氮化處理氣體 組成，被加熱器25加熱，例如120分鐘均熱至60(TC，實施對鋼構件進行氮化處理的工序。 對鋼構件進行氮化處理的工序中，加熱室11內的NH 3氣的分壓、H2氣的分壓和N2氣的分壓 被控制在規定的范圍。這些氣體分壓可以根據供給至加熱室11的NH 3氣的流量和H2氣的 流量來調整。需要說明的是，N2氣是氮化處理溫度中由NH 3氣分解而得到的。此外，也可以 添加 N2氣，也可以調整其流量而控制為前述氣體分壓。
[0085] 對鋼構件進行氣體軟氮化處理的工序優選的是控制導入到加熱室11內的NH3氣 的流量和H 2氣的流量、進而根據需要導入N2氣、鋼構件的加熱溫度被維持在500?620°C。 氮化處理溫度若高于620°C，則構件的軟化、形變有可能增大，若低于50(TC，則氮化鐵化合 物層的形成速度變緩、在成本方面不優選，并且變得容易形成ε相。更優選為550?610°C。
[0086] 對于氮化處理工序的氣體分壓比，進行控制使得以總壓為1時NH3氣為0.08? 0. 34、H2氣為0. 54?0. 82、N2氣為0. 09?0. 18。H2氣的分壓比若小于0. 54,則ε相為主 成分的氮化鐵化合物容易生成，若超過〇. 82,則有可能氮化鐵化合物的生成速度變得非常 緩慢或不生成氮化鐵化合物。另外，NH3氣的分壓比若大于0.34,則ε相為主成分的氮化 鐵化合物容易生成，若小于〇. 08,則有可能氮化鐵化合物的生成速度變得非常緩慢或不生 成氮化鐵化合物。其中，氮化處理工序的總壓可以為減壓或加壓氣氛。然而，從熱處理裝置 的制造成本、處理難易來看，優選的是大致大氣壓、例如〇. 092?0. llMPa。另外，前述氣體 分壓比進一步優選NH3氣為0. 09?0. 20、H2氣為0. 60?0. 80、N2氣為0. 09?0. 17。
[0087] 本發明的氮化處理工序中，優選的是，通過加熱室內的風扇等將氮化處理氣體撞 擊被處理物的氣體流速（風速）、即與被處理物表面接觸的氮化處理氣體的相對速度控制 在lm/s以上、進一步控制在I. 5m/s以上。流速若小于lm/s，則有可能氮化鐵化合物的形成 發生不均、或者不形成Y '相的氮化鐵化合物。另外，流速越大越可均勻地形成氮化鐵化合 物層，但為了增大流速而需要提升風扇的能力等的裝置方面的應對。然而，若考慮裝置制作 的成本、大小等，優選流速最大為6m/s左右。需要說明的是，以往的氣體軟氮化處理中，例 如流速為〇m/s也可沒有問題地形成ε相為主成分的氮化化合物。
[0088] (冷卻工序）
[0089] 然后，對鋼構件進行氮化處理的工序若結束，則收納有鋼構件的箱體20接著被搬 送至冷卻室12。然后，冷卻室12中，利用升降機30使收納有鋼構件的箱體20沉入油槽32， 進行鋼構件的冷卻、例如15分鐘。然后，冷卻結束時，收納有鋼構件的箱體20被搬出至搬 出輸送機13。如此，氮化處理結束。需要說明的是，冷卻工序中的冷卻不必是上述油冷，也 可以采用空冷、氣冷、水冷等方法進行。
[0090] 通過以所述的條件進行氮化處理，可以得到在表面具有以Y '相為主成分的氮化 鐵化合物層的氮化鋼構件。這樣得到的鋼構件在內部形成氮擴散層和氮化物而被強化、并 且在表面形成Y'相富集的氮化鐵化合物層而具有充分的點蝕耐性和彎曲疲勞強度。
[0091] 需要說明的是，氮化鐵化合物的厚度在本發明的氮化處理氣體氣氛中可以通過時 間和溫度來控制。即，若延長時間則氮化鐵化合物變厚，若升高溫度則氮化鐵化合物的生成 速度變大。其中，理想的是使氮化處理的時間為超過〇. 5小時且小于10小時的范圍。
[0092] 另外，與滲碳或滲碳氮化處理相比，由于本發明的氮化處理是在奧氏體相變溫度 以下的處理，因而形變量小。另外，由于可以省略滲碳/滲碳氮化處理中作為必須工序的淬 火工序，因而形變波動量也小。其結果，形變低且得到了高強度·低形變氮化鋼構件。
[0093] 另外，認為疲勞強度受到構件表面所形成的氮化鐵化合物層的組成（Y '相或ε 相）、以及氮化鐵化合物層的硬度及其正下方母材的硬度的支配。示于以下實施例。
[0094] 實施例
[0095] 將各實施例和各比較例的鋼構件和氮化鐵化合物層的成分、Hs值、Hc值、維氏硬 度示于表1。將制造條件示于表2。將評價結果示于表3。
[0096] [表 1]
[0097]
【權利要求】
1. 一種氮化鋼構件，其特征在于，其是在鋼構件的表面形成有氮化鐵化合物層的氮化 鋼構件， 所述鋼構件以質量％計為，C :0? 05?0? 14%、Si :0? 10?0? 30%、Mn :0? 4?1. 4%、 Cr :0? 9 ?1. 9%、Mo :0 ?0? 50%、V :0 ?0? 40%、A1 :0? 01 ?0? 14%、S :0? 005 ?0? 030%， 下述式1所示的Hs值為1. 19以上， 下述式2所示的He值為3. 76以下， 余量由Fe和雜質組成，雜質中的P、N和0分別為P :0. 030%以下、N :0. 008%以下和 0 :0. 0030% 以下； 關于利用X射線衍射對于該氮化鋼構件的表面進行測定得到的？6以的（111)晶面 的X射線衍射峰強度IFe4N(lll)和Fe3N的（111)晶面的X射線衍射峰強度IFe 3N(lll)， IFe4N(lllV{IFe4N(lll)+IFe3N(lll)}所示的強度比為 0? 5 以上； 所述氮化鐵化合物層的維氏硬度為900以下，所述氮化鐵化合物層正下方的母材的維 氏硬度為700以上，且所述氮化鐵化合物層的維氏硬度與所述母材的維氏硬度之差為150 以下； 所述氮化鐵化合物層的厚度為2?17 y m， Hs 值=(-342.1 XC+23.5XMn+125.0XCr+14.4XMo+208.3XV+346.4XAl)/!00-- ? 式1 其中，式1中的C、Mn、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值， He 值=(156. 1XC+54. 7XMn+158. 4XCr+146. 5XMo+33. 8XV+418. 6XA1)/100 --?式 2 其中，式2中的C、Mn、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
2. 根據權利要求1所述的氮化鋼構件，其特征在于，該氮化鋼構件是變速器中使用的 齒輪。
3. -種氮化鋼構件的制造方法，其特征在于，該制造方法通過對鋼構件在以總壓為1 時使順3氣的分壓比為0. 08?0. 34、H2氣的分壓比為0. 54?0. 82、N2氣的分壓比為0. 09? 〇. 18的氮化處理氣體氣氛中、使鋼構件的表面的所述氮化處理氣體的流速為lm/s以上、 500?620°C的溫度下進行氮化處理，從而在所述鋼構件的表面形成厚度為2?17 y m的氮 化鐵化合物層， 所述鋼構件以質量％計為，C :0? 05?0? 14%、Si :0? 10?0? 30%、Mn :0? 4?1. 4%、 Cr :0? 9 ?1. 9%、Mo :0 ?0? 50%、V :0 ?0? 40%、A1 :0? 01 ?0? 14%、S :0? 005 ?0? 030%， 下述式1所示的Hs值為1. 19以上， 下述式2所示的He值為3. 76以下， 余量由Fe和雜質組成，雜質中的P、N和0分別為P :0. 030%以下、N :0. 008%以下和 0 :0. 0030% 以下， Hs 值=(-342. 1XC+23. 5XMn+125. OXCr+14. 4XM〇+208. 3XV+346. 4XA1)/100 ? ? ? 式1 其中，式1中的C、Mn、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值， He 值=(156. 1XC+54. 7XMn+158. 4XCr+146. 5XMo+33. 8XV+418. 6XA1)/100 --?式 2 其中，式2中的C、Mn、Cr、Mo、V、Al是各個元素的質量％的值。
4.根據權利要求3所述的氮化網構件的制造方法，其特征在于，使所述氮化處理的時 間為超過0. 5小時且小于10小時的范圍。
【文檔編號】C22C38/24GK104334766SQ201380020718
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年4月17日 優先權日:2012年4月18日
【發明者】清水雄一郎, 小林厚, 前田晉, 金山正男, 今高秀樹, 祐谷將人, 行德裕也, 秋元清隆 申請人:同和熱處理技術株式會社, 本田技研工業株式會社, 新日鐵住金株式會社