本申请要求2015年8月12日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0113991号的优先权和权益，其全部内容通过参考并入本文。
发明领域
本发明涉及一种渗碳钢及其组合物，并进一步涉及渗碳钢的制造方法。
背景技术：
通常，车辆传动装置通过例如锻造钢材料、正火或退火、加工(剃削加工&滚齿加工)、渗碳热处理和渗氮热处理的连续工艺制造。
作为常规的材料，铬(Cr)合金钢、铬-钼(Cr-Mo)合金钢、镍-铬-钼(Ni-Cr-Mo)合金钢等已经广泛用作传动装置用合金钢。由于车辆传动齿轮(transmission gear)通过锻造具有大致形状，通过加工具有精确的形状，这些合金钢应当具有优异的可锻性和易加工性。
例如，铬合金钢和铬-钼合金钢价格低，但其疲劳性能和冲击性能并不优异，因此，它们主要用于负载不高的传动装置。
而且，镍-铬-钼合金钢具有由于所含的镍而价格高以及难以加工的缺点。但是，其疲劳性能和冲击性能很优异，因此，它们主要用于负载高的齿轮。
在通常的传动装置的情形中，传动件(gear)彼此互锁，并有接触应力，从而导致传动装置部件表面上的点蚀，这可以导致耐久性降低，并且产生噪音。具体地，当动力系统尺寸缩小、小型化并且动力高从而增加传动装置负载时，问题的发生增加。
因此，需要开发接触疲劳寿命(例如，抗点蚀性)提高的传动装置。
该背景部分公开的上述信息仅仅用于增强对发明背景的理解，因此，其可以含有不构成在该国家中本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
技术实现要素：
一方面，本发明提供一种渗碳钢及其组合物。
另一方面，本发明提供渗碳钢的制造方法。
本发明的示例性实施方式提供一种渗碳钢组合物，其可以包括：大约0.7-1.3wt％的硅(Si)、大约0.15-0.5wt％的镍(Ni)、大约2.0-2.8wt％的铬(Cr)、大约0.15-0.5wt％的钼(Mo)、大约0.02-0.1wt％的钒(V)、大约0.01-0.02wt％的氮(N)和构成渗碳钢组合物余量的铁(Fe)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
而且，渗碳钢组合物可以进一步包括：大约0.15-0.25wt％的碳(C)、大约0.3-1.0wt％的锰(Mn)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的磷(P)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的硫(S)、大约0.3wt％或更低但大于0wt％的铜(Cu)、大约0.01-0.05wt％的铌(Nb)和大约0.01-0.05wt％的铝(Al)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
进一步提供可以由本文所述组分组成、基本上由本文所述组分组成或主要由本文所述组分组成的渗碳钢组合物。例如，渗碳钢组合物可以由以下组分组成、基本上由其组成或者主要由其组成，所述组分为：大约0.7-1.3wt％的硅(Si)、大约0.15-0.5wt％的镍(Ni)、大约2.0-2.8wt％的铬(Cr)、大约0.15-0.5wt％的钼(Mo)、大约0.02-0.1wt％的钒(V)、大约0.01-0.02wt％的氮(N)和构成渗碳钢组合物余量的铁(Fe)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。此外，渗碳钢组合物可以由以下组分组成、基本上由其组成或者主要由其组成，所述组分为：大约0.7-1.3wt％的硅(Si)、大约0.15-0.5wt％的镍(Ni)、大约2.0-2.8wt％的铬(Cr)、大约0.15-0.5wt％的钼(Mo)、大约0.02-0.1wt％的钒(V)、大约0.01-0.02wt％的氮(N)、大约0.15-0.25wt％的碳(C)、大约0.3-1.0wt％的锰(Mn)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的磷(P)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的硫(S)、大约0.3wt％或更低但大于0wt％的铜(Cu)、大约0.01-0.05wt％的铌(Nb)、大约0.01-0.05 wt％的铝(Al)和构成渗碳钢组合物余量的铁(Fe)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
优选地，对于渗碳钢组合物，以下式1可以具有大约12.5-14的值：
式1＝
(5/8*(1+log√[Si]))*(log([Ni])+10))+2*(1+log([Cr]))+√([Mo])*5+√([V])*3+√([N])*100
在式1中，[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]和[N]分别指Si、Ni、Cr、Mo、V和N的添加量(wt％)。
本发明另一示例性实施方式提供了一种渗碳钢的制造方法，其可以包括：对包括大约0.7-1.3wt％的硅(Si)、大约0.15-0.5wt％的镍(Ni)、大约2.0-2.8wt％的铬(Cr)、大约0.15-0.5wt％的钼(Mo)、大约0.02-0.1wt％的钒(V)和大约0.01-0.02wt％的氮(N)和构成渗碳钢组合物余量的铁(Fe)的钢材料进行渗碳，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。具体地，渗碳可以在大约930-1050℃的热处理温度下进行。
优选地，对于渗碳钢组合物，以下式1可以具有大约12.5-14的值。
式1＝
(5/8*(1+log√[Si]))*(log([Ni])+10))+2*(1+log([Cr]))+√([Mo])*5+√([V])*3+√([N])*100
在式1中，[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]和[N]分别指Si、Ni、Cr、Mo、V和N的加入量(wt％)。
优选地，渗碳中的碳势(CP)可以为大约0.85-1.1。
钢材料可以进一步包括：大约0.15-0.25wt％的碳(C)、大约0.3-1.0wt％的锰(Mn)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的磷(P)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的硫(S)、大约0.3wt％或更低但大于0wt量的铜(Cu)、大约0.01-0.05wt％的铌(Nb)和大约0.01-0.05wt％的铝(Al)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
优选地，在渗碳之后，可以进一步包括对钢材料进行渗氮的步骤。渗氮步骤可以在含有大约0.5-2vol％的氨气(NH3)的气氛下在大约820-870℃的温度范围下进行。
可以通过锻造、正火、退火和加工中的任意一种或多种将钢材料制造成预订的传动装置形状。
进一步提供包括本文所述渗碳钢组合物的车辆部件。例如，车辆部件可以是传动装置。
此外，提供包括含有本文所述渗碳钢组合物的车辆部件例如传动装置的车辆。
根据本发明各示例性实施方式，可以提供抗点蚀性提高的渗碳钢。而且，可以使用渗碳钢提供抗点蚀性提高的传动装置。
以下公开本发明的其他方面。
附图说明
本文所用的术语仅仅是出于描述具体实施方式的目的，而并无意于对发明加以限定。如本文所用，除非上下文明确另外指出，单数形式的“一”、“一个”和“该种”意在也包括复数形式。应进一步理解到，当用于本说明书时，术语“包括”和/或“包括有”说明存在有所述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或成分，但并不排除存在或添加一种或多种其他的特征、整数、步骤、操作、元素、成分和/或其组合。如本文所用，术语“和/或”包括一种或多种所列关联项的任何和全部组合。
除非明确说明或从上下文很明显，如本文所用，术语“大约”理解成在本领域的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准差内。“大约”可以理解成在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外由上下文很明显，本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
而且，应当理解到，本文所用的术语“车辆”、“车用”或其它类似术语包括通常的机动车辆，例如载客车辆，包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航空器和类似物，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所用，混合动力车辆是具有两种或更多种动力来源的车辆，例如，汽油动力和电动力的车辆。
本发明的优势和特征及其实现方法将由以下结合附图详述的示例性实施方式说明。但是，本发明并不限于以下公开的示例性实施方式， 而是将会以各种方式实施。本发明的示例性实施方式对本发明进行了充分的公开，并提供成使得本领域技术人员可以很容易理解本发明的范围。因此，本发明将由所附权利要求的范围限定。在说明书中，类似的参考数字是指类似的部件。
因此，在一些示例性实施方式中，公知的技术将不加以具体说明，以避免对本发明的理解不清楚。除非在本文中另外定义，说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)均具有本领域技术人员通常理解的含义。根据本发明示例性实施方式的渗碳钢组合物可以包括：大约0.7-1.3wt％的硅(Si)、大约0.15-0.5wt％的镍(Ni)、大约2.0-2.8wt％的铬(Cr)、大约0.15-0.5wt％的钼(Mo)、大约0.02-0.1wt％的钒(V)和大约0.01-0.02wt％的氮(N)和构成渗碳钢组合物余量的铁(Fe)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
而且，渗碳钢组合物可以进一步包括：大约0.15-0.25wt％的碳(C)、大约0.3-1.0wt％的锰(Mn)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的磷(P)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的硫(S)、大约0.3wt％或更低但大于0wt％的铜(Cu)、大约0.01-0.05wt％的铌(Nb)和大约0.01-0.05wt％的铝(Al)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
渗碳钢组合物可以满足以下式1，以具有大约12.5-14的值：
式1＝
(5/8*(1+log√[Si]))*(log([Ni])+10))+2*(1+log([Cr]))+√([Mo])*5+√([V])*3+√([N])*100
在式1中，[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]和[N]分别指Si、Ni、Cr、Mo、V和N的加入量(wt％)。
限定组分的原因如下：
如本文所用，碳(C)可以增加材料的强度和硬度，并析出碳化物。当碳以大约0.15-0.25wt％的量包括时，渗碳时碳扩散可以很容易。而且，当碳以小于大约0.15wt％包括时，抗张强度可以变差，当碳以大于大约0.30wt％包括时，冲击韧性可以变差。
如本文所用，硅(Si)可以大约0.7-1.3wt％的量添加，以增加硬度、弹性模量等，并强化铁氧体相。而且，耐高温软化性可以提高，以降低硬度降低的发生率。当硅以小于大约0.7wt％包括时，晶粒间氧 化可以大量发生，当硅以大于大约1.3wt％包括时，伸长值和冲击值可以降低。
如本文所用，锰(Mn)可以大约0.3wt％或更大的量添加，以增加淬火特性和强度，但是，当锰以大于大约1.0wt％包括时，加工性能可以变差。
如本文所用，磷(P)可以大于大约0.03wt％、更具体为大于大约0.02wt％的量添加，因此可以形成Fe3P。Fe3P是可离析的，因此即使即使在退火的情形中也难以均化，通过锻轧伸长，使耐冲击性变差，并促进了回火脆性。
如本文所用，硫(S)可以形成MnS，以提高机械加工性能。但是，当硫以大于大约0.03wt％添加时，强度可以降低。
如本文所用，铬(Cr)可以大约2.0wt％或更大的量加入，从而通过碳化物析出提高耐回火软化性，并提高淬火特性。但是，当铬以大于大约2.8wt％添加时，可以发生例如产生网状碳化物的问题。
如本文所用，钼(Mo)可以大约0.15wt％或更大的量添加，以提高淬透性，防止回火脆性，并使碳化物分布均匀。钼的上限不受具体限制，但考虑到经济上的可行性，钼可以大约0.5wt％或更低的量添加。
如本文所用，镍(Ni)可以大约0.15wt％或更大的量添加，以改善钢结构。镍可以是奥氏体或铁氧体，以强化基质，提高淬透性，并增加接触疲劳寿命。镍的上限不受具体限制，但考虑到经济上的可行性，镍可以大约0.5wt％或更低的量添加。
当以大于大约0.3wt％添加时，铜(Cu)可以使热加工性变差，并产生热脆性。
铌(Nb)可以大约0.01wt％或更大的量添加，以改善微晶和碳化物。铌的上限不受具体限制，但考虑到经济上的可行性，镍可以大约0.5wt％或更低的量添加。
钒(V)可以大约0.02wt％或更大的量添加，以产生细颗粒碳化物，从而改善钢结构，并提高耐回火软化性。但是，当钒以大于预定的量添加时，可以形成蒸汽压高的氧化物V2O5，从而在高温下气化。因此，钒可以大约0.1wt％或更低的量加入。
铝(Al)可以大约0.01wt％或更大的量添加，以使钢中微细地析 出AlN，从而改善奥氏体微晶。但是，当铝以大于大约0.05wt％的量添加时，可以发生脆化。
氮(N)可以大约0.01wt％或更大的量添加，以增加屈服强度，并形成氮化物，从而改善奥氏体微晶。但是，当氮以大于大约0.02wt％的量添加时，伸长率可以变差。
具体地，对于渗碳钢组合物，下式可以具有大约12.5-14的值。
式1＝
(5/8*(1+log√[Si]))*(log([Ni])+10))+2*(1+log([Cr]))+√([Mo])*5+√([V])*3+√([N])*100
在式1中，[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]和[N]分别指Si、Ni、Cr、Mo、V和N的添加量(wt％)。
而且，当下式1的值小于大约12.5时，高温下的耐软化性可以降低，从而增加点蚀的发生率。此外，当式1的值大于大约14时，硬度可以增加，从而使加工性变差。
而且，可以优选粒径更小的渗碳钢微晶，因为这样的渗碳钢具有在大于大约1150℃的温度下发生异常微晶的有利特征。
微晶的尺寸可以与强度有关，根据Hall-Petch方程，微晶的尺寸越小，强度和韧性提高越多。
上述渗碳钢可以是用于车辆传动装置的渗碳钢。
在下文中，将通过本发明的示例性实施方式对渗碳钢制造方法进行说明。
如上所述，钢材料可以包括：大约0.7-1.3wt％的硅(Si)、大约0.15-0.5wt％的镍(Ni)、大约2.0-2.8wt％的铬(Cr)、大约0.15-0.5wt％的钼(Mo)、大约0.02-0.1wt％的钒(V)和大约0.01-0.02wt％的氮(N)和构成渗碳钢组合物余量的铁(Fe)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。
优选地，对于渗碳钢组合物，以下式1可以具有大约12.5-14的值。
式1＝
(5/8*(1+log√[Si]))*(log([Ni])+10))+2*(1+log([Cr]))+√([Mo])*5+√([V])*3+√([N])*100
在式1中，[Si]、[Ni]、[Cr]、[Mo]、[V]和[N]分别指Si、Ni、Cr、 Mo、V和N的添加量(wt％)。
钢材料可以进一步包括：大约0.15-0.25wt％的碳(C)、大约0.3-1.0wt％的锰(Mn)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的磷(P)、大约0.03wt％或更低但大于0wt％的硫(S)、大约0.3wt％或更低但大于0wt％的铜(Cu)、大约0.01-0.05wt％的铌(Nb)和大约0.01-0.05wt％的铝(Al)，所有wt％均基于渗碳钢组合物的总重量。钢材料的组成限定原因与上述渗碳钢组合物的限定原因相同。
此外，可以通过锻造、正火、退火和加工中的任意一种或多种将钢材料制造成预定的传动装置形状。
具体地，钢材料可以是通过将具有与钢材料相同组成的材料热锻或冷锻、然后对其进行正火或退火处理、并加工(剃削加工&滚齿加工)制造成预定的车辆用传动装置形状的那些钢材料。
钢材料可以是渗碳的。具体地，当渗碳时，热处理温度可以是大约930-1050℃。
在本发明示例性实施方式的钢材料组成系统中，当钢材料的热处理在低于大约930℃的温度下进行时，碳化物可以析出，而当热处理在高于大约1050℃的温度下进行时，微晶可以生长。
而且，在渗碳中碳势(CP)可以是大约0.85-1.1。
当CP小于大约0.85时，渗碳之后可以发生硬度降低，当CP大于大约1.1时，碳化物可以析出。
当渗碳完成时，可以进行对钢材料渗氮的步骤。
渗氮步骤可以在注入0.5-2vol％的氨(NH3)气(相对于炉内气氛)的条件下在大约820-870℃的温度范围下进行。
在此，当渗氮温度低于大约820℃时，氨解离不会发生，氨气不会扩散，当渗氮温度高于大约870℃时，在蚀刻时可以发生严重的热变形。
而且，当NH3气体以小于大约0.5vol％注入时，不会表现出渗氮作用(奥氏体残余量增加，淬透性提高)，当NH3气体以大于大约2vol％注入时，可以通过形成氮化物使耐久性变差。
而且，由于渗氮处理时间随组分要求变化，不对其进行具体制定。
具体实施方式
实施例
在下文中，将通过实施例对本发明加以详述。但是，以下实施例仅对本发明进行说明，本发明的公开内容不受以下实验实施例限定。
在耐点蚀性提高的合金钢的情形中，其在渗碳热处理之后应当具有高表面硬度，并在大约300℃下具有优异的耐回火软化性。
本发明要求的元素确定为Si、Cr、Ni、Mo和V，对渗碳之后的接触疲劳寿命进行比较，从而结果显示于下表1中。在表1中，所有测试数据均在0.9的CP下获得，P、Cu、S和Al均在相同的条件下，测试在以下含量比进行：P：0.01wt％、Cu：0.1wt％、S：0.01wt％和Al：0.03wt％。
但是，在Mo的情形中，其添加量是等量设定的，因为量本来就大，更大的量导致成本负担。
1)随着从#1到#5耐点蚀性参数(下一页所述)增加，在80℃下的接触疲劳寿命增加，但增量不大。
2)随着从#1到#5耐点蚀性参数(下一页所述)增加，在100℃下的接触疲劳寿命增加，增量大。
在温度更高的条件下，元素对于耐回火软化性的影响更加显著。
3)耐点蚀性参数越高，淬火后材料硬度越高。
4)示出了有关V的实验数据：0.02％(#6实验)，有关V的实验数据：0.1％(#5实验)，有关耐点蚀性参数的实验数据：12.5(#2和#3实验)，和有关耐点蚀性参数的实验数据：14(#5实验)。
而且，应用发明的钢种和开发的渗碳和渗氮热处理方法，对物理性质进行评价，结果，能够得到下表2所示的物理性质评价结果。
表2：物理性质评价的比较表
1)在对发明的材料应用常规渗碳和渗氮方法的情形中，与常规方法相比，因为网状碳化物，接触疲劳结果并不好。
2)当发明的渗碳和渗氮方法应用于发明的材料时，能够获得最好的耐点蚀性。
尽管已参考附图对本发明的示例性实施方式加以说明，本领域技 术人员将会认识到，可以在不偏离本发明精神和必要特征的前提下进行各种改良和变化。
因此，应当理解到，上述示例性实施方式并不是限定性的，而是在所有方面均为说明性的。应当理解到，本发明的范围由以下权利要求限定，而不是由上述详述限定，由权利要求的含义、范围和等同方式得出的所有改良方式和变化方式均包括在本发明的范围内。
尽管本发明已结合目前视作示例性实施方式者进行描述，但应当理解，本发明并非局限于公开的示例性实施方式，而是相反地，意在涵盖包括在所附权利要求限定的精神和范围之内的各种变化方式和等同方式。