氮化处理用钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及为了提高耐久性而实施氮化处理后使用的作为机械部件的原材料的 优选的氮化处理用钢板（steel sheet for nitriding)，特别涉及氮化处理前的成型性 (formability)和冲裁性（punchability)优异的氮化处理用钢板及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 对于用于汽车的变速箱等的机械部件而言，为了提高疲劳强度（fatigue strength)、耐磨损性（abrasion resistance)，大多在将原材料钢材成型加工成期望的部 件形状后实施表面硬化处理（surface-hardening treatment)后使用。作为这样的表面 硬化处理的代表处理方法，有渗碳处理（carburizing treatment)和氮化处理（nitriding treatment)〇
[0003] 渗碳处理是最普通的表面硬化处理。但是，在渗碳处理中，通常在钢的A3相变 点（transformation point)以上使碳扩散和渗透（渗碳）到钢的表层部，然后实施淬火 (quenching)，因此，无法避免由于伴随高温淬火而产生的应变（distortion)的影响而导 致的部件的形状精度（shape accuracy)的降低。另外，在渗碳后淬火的状态下，钢的韧性 (toughness)显著下降。因此，必须在淬火后实施用于恢复韧性的回火（tempering)和部件 形状的矫正（correction)。因此，在采用渗碳处理的情况下，存在制造部件所必要的工序增 加、制造成本增高的困难。
[0004] 相比之下，氮化处理是通常将钢加热至低于&相变点的500~600°C的温度， 使氮扩散和渗透（渗氮）到钢的表层部的处理，不像渗碳处理那样进行淬火而谋求钢 的表面硬化。即，氮化处理的处理温度为相对低温，冷却时不会伴有钢的相变（phase transformation)，因此存在不发生由相变应变（transformation strain)导致的部件形状 的精度降低的优点。另外，还存在渗氮引起的钢材表层部的体积变化（volume variation) 较小，易于良好地保持部件形状精度的优点。
[0005] 在用氨气（ammonia gas)进行氮化的情况下，由于以往氮化所需的时间非常长，因 此不适于以大量生产为前提的汽车部件（automotive parts)等。但是，近年来普及了被称 为软氮化（nitrocarburizing)的氮化处理，所述软氮化通过利用渗碳性气体氛围来快速 地进行氮化反应（nitriding reaction)，从而逐渐解决了在以往的氮化处理中作为课题的 处理时间非常长的问题。
[0006] 在该软氮化处理中，将被处理物在550~600°C的处理气体氛围中保持几个小时， 通过铁碳化合物（ironcarbide)的生成反应（generatingreaction)从钢材表面向钢中 扩散导入氮。而且，采用软氮化处理，虽然处理后得到的表面硬度低于以往的氮化处理，但 能够大幅缩短氮化所需要的时间。由于以上原因，近年来采用软氮化处理作为代替渗碳处 理的表面硬化处理的实例正在增多。
[0007] 另一方面，对于用于汽车的变速箱等机械部件而言，以往通常对由铸造 (casting)、锻造（forging)而得到的中间产品实施机械加工（machining)来制造。但是，近 年来薄钢板被积极地用作了机械部件的原材料，对薄钢板实施压制加工（press working) 等来成型为期望的形状，从而进行制造。通过用钢板的钣金加工品（sheet-metal working products)代替以往对由铸造、锻造得到的中间产品进行机械加工而制造的部件，可以实现 制造工序的缩短和制造成本的降低。从这样的背景考虑，作为上述机械部件的原材料钢材， 获得成型性优异的氮化处理用钢板的必要性正在增高。
[0008] 关于成型性优异的氮化处理用钢板，以往提出了各种技术。
[0009] 例如，在专利文献1和专利文献2中提出了在热乳后对钢以500°C以上进行卷 取、或者在其后以50%以上的压下率实施冷乳并进行再结晶退火（recrystallization annealing)，由此制造氮化用钢板的技术，所述钢以重量比计含有C :0. 01~小于0. 08%、 Si :0? 005 ~L 00 %、Mn :0? 010 ~3. 00 %、P :0? 001 ~0? 150 %、N :0? 0002 ~0? 0100 %、 Cr :超过0. 15且在5. 00%以下、Al :超过0. 060且在2. 00%以下，还含有Ti、V中的1种或 2种。根据这些技术，通过得到将对成型性（formability)造成不良影响的C含量抑制到 小于0? 08%、且同时含有Al、Cr、Ti和/或V等氮化促进元素（nitriding accelerating elements)的低碳钢板，能够获得成型性和氮化性优异的氮化用钢板。
[0010] 另外，在专利文献3中，关于软氮化用钢板提出了使钢板组成为含有C :0.01~ 0? 10质量％、Si :0? 1质量％以下、Mn :0? 1~1. 0质量％、P :0? 05质量％以下、S :0? 01质 量％ 以下、Al :0? 01 ~0? 06 质量％、Cr :0? 05 ~0? 50 质量％、V :0? 01 ~0? 30 质量％、N : 0.01质量％以下，余量为Fe及不可避免的杂质的技术。根据专利文献3中提出的技术，通 过降低合金元素，能够降低成本且使成型性优异，而且通过同时添加作为氮化促进元素的 Cr和V，能够得到作为软氮化处理的表面硬化特性（surface hardening property)优异的 软氮化用钢板。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :日本特开平9-25513号公报
[0014] 专利文献2 :日本特开平9-25543号公报
[0015] 专利文献3 :日本特开2005-171331号公报
【发明内容】
[0016] 发明要解决的课题
[0017] 在对作为原材料的薄钢板实施成型加工（forming)来制造用于汽车的变速箱等 机械部件时，在成型加工之前将薄钢板原材料下料（blanking)为给定尺寸，而且在成型加 工后冲孔（piercing)各种形状的孔的情况较多。因此，对这些部件的原材料钢板要求成型 性（formability)优异、且冲裁性（punchability)也优异。如果钢板的冲裁性变差，则冲 裁加工时在冲裁端面（punched surface)产生的下垂（sags)、毛边（burrs)等变得明显，损 害机械部件的尺寸精度。容易在冲裁端面产生微小裂纹（microcrack)，从而对机械部件的 强度特性（strength property)也造成不良影响。
[0018] 但是，在上述现有技术中完全没有对钢板的冲裁性进行研究。而且还分别留下了 以下问题。
[0019] 对于专利文献1和2提出的技术而言，含有大量的Al作为氮化促进元素。因此， 不仅会担心Al系夹杂物（Al-containing inclusion)所导致的内部缺陷（inner defect) 和表面缺陷（surface defect)的产生，并且大量产生Al系炉渣（Al-containing slag)而 使精炼时的熔炼成本增高。
[0020] 对于专利文献3提出的技术而言，虽然降低用于促进氮化的合金元素也能够对软 氮化用钢板赋予足够的硬化特性（hardening property)，但得到的钢板的强度不足，难以 适用于高负荷部件（heavily-loaded parts)。
[0021] 本发明的目的在于提供一种氮化处理用钢板及其制造方法，所述氮化处理用钢板 能够解决上述现有技术的各种问题、可以作为汽车的变速箱等部件用材料而广泛应用，并 且氮化处理前的成型性优异、冲裁性优异。
[0022] 解决问题的方法
[0023] 本发明人等为了解决上述课题，除了对钢板的氮化处理带来的表面硬化特性进行 了研究，还对钢板的成型性及冲裁性所涉及的各种因素进行了深入研究。结果发现，通过将 钢板的化学组成和微观组织（microstructure)调整到给定的范围内，不仅能够对其赋予 氮化处理带来的良好的硬化特性，而且能够对氮化处理前的钢板赋予充分的成型性和冲裁 性。
[0024] 本发明是基于上述发现并进一步进行研究而完成的，本发明的主旨如下。
[0025] [1] 一种氮化处理用钢板，其组成为：以质量％计，含有C :0.02%以上且0.08%以 下、Si :0? 1% 以下、Mn :0? 2% 以上且 L 8% 以下、P :0? 05% 以下、S :0? 02% 以