时效硬化性钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及时效硬化性钢。更详细而言，本发明设及极其适宜用作进行了如下操 作的用于制造汽车、工业机械、建筑机械等机械部件的原材料的钢：通过热锻和切削加工来 加工为规定的形状之后，实施时效硬化处理（W下简称为"时效处理"），通过该时效处理从 而确保期望的强度和初性。
【背景技术】
[0002] 从W引擎的高输出化、提高油耗率为目的的轻量化等观点出发，在汽车、工业机 械、建筑机械等的机械部件中要求高疲劳强度。若仅使钢具备高疲劳强度，则利用合金元素 和/或热处理，提高钢的硬度，从而能够容易地达成。然而，通常对于上述的机械部件，通过 热锻而成形，然后，通过切削加工而精制成规定的制品形状。因此，成为上述机械部件的原 材料的钢必须同时具备高疲劳强度W及足够的切削性。通常，对于疲劳强度，原材料的硬度 越高越优异。另一方面，切削性之中，对于切削阻力与工具寿命存在原材料的硬度越高越差 的倾向。
[0003] 因此，公开了如下各种技术：为了兼具疲劳强度与切削性，在要求良好的切削性的 成形阶段中可W将硬度抑制为较低，另一方面，在之后实施时效处理、要求强度的最终的制 品阶段中可W提高硬度。
[0004] 例如，专利文献1中所公开的如下的时效硬化钢。
[0005] 旨P、公开了一种"时效硬化钢"，其特征在于，W质量％计，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 %U及Cr:0. 1 ~ 3. 0%，根据需要包含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W及Bi:0. 3%W下之中的1种W上，余量由化和不可避免的杂质组成，在各 成分间，满足如下关系：
[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、锻造或烙体化处理后，在溫度800°C~300°C之间W0. 05~10°C/秒的 平均冷却速度冷却，在时效处理前，贝氏体组织的面积率为50%W上、并且硬度为40HRCW 下，通过时效处理使硬度与时效处理前的硬度相比变高7HRCW上。
[0010] 专利文献2中公开了如下的贝氏体钢。
[0011] 目日、公开了一种"贝氏体钢"，其特征在于，^质量％计，含有0:0.14~0.35%、5王： 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%、Mo:0.Ol~0. 30%、W及V:0. 05 ~0. 45%，根据需要含有选 自Ti:0.OOl~0. 100%W及Ca:0. 0003~0. 0100%中的1种W上，余量由化W及不可避 免的杂质组成，满足：
[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] 专利文献3中公开了如下的时效硬化型高强度贝氏体钢。
[0018] 目P、提出了一种时效硬化型高强度贝氏体钢，其特征在于，将化学组成W质量％计 含有C:0. 06 ~0. 20%、Si:0. 03 ~1. 00%、Mn:1. 50 ~3. 00%、Cr:0. 50 ~2. 00%、Mo: 0. 05 ~1. 00%、A1 :0. 002 ~0. 100%、V:0. 51 ~1. 00%、N:0. 0080 ~0. 0200%、根据需要 含有选自Ti:0.Ol~0. 10%、Nb:0.Ol~0. 10%、S:0. 04 ~0. 12%、Pb:0.Ol~0. 30%、 Ca:0.0005~0.01%W及REM:0.001~0. 10%中的1种W上、余量由化W及不可避免杂 质组成的钢在1150~1300°C的加热溫度下进行热社或热锻后，将800~500°C的溫度范 围的平均冷却速度：CVCC/min)设为 40/(Mn% +0. 8Cr% +1. 2Mo% )《CV《500/(Mn% +0. 8%化+1. 2Mo% )冷却至200°CW下的溫度，从而使硬度为400HVW下、使组织为贝氏体 率70%W上并且原奥氏体晶体粒径80ymW下，然后，根据需要施加切削加工或塑性加工， 进而，在之后在550~700°C的溫度下实施时效处理，从而使屈服点或0. 2%耐力为900MPa W上。
[0019] 此外，在专利文献4W及专利文献5中公开了：具有规定的化学组成或组织的时效 硬化性钢，专利文献6W及专利文献7中作为得到机械构造用钢部件的方法公开了：热锻后 将钢材W规定的速度进行冷却，然后在规定的溫度范围实施时效处理的方法。
[0020] 现有技术文献 阳OW 专利文献
[0022] 专利文献1:日本特开2006-37177号公报
[0023] 专利文献2:日本特开2011-236452号公报
[0024] 专利文献3:日本特开2000-17374号公报 阳0巧]专利文献4:国际公开第2010/090238号 阳0%] 专利文献5:国际公开第2011/145612号
[0027] 专利文献6:国际公开第2012/161321号
[0028] 专利文献7:国际公开第2012/161323号
【发明内容】
阳0巧]发巧要解决的间颗
[0030] 然而，希望通过时效处理使微细的二次相在钢中析出从而得到高强度时，钢的初 性劣化。
[0031] 初性劣化的钢的缺口敏感性高。缺口敏感性升高时，钢的疲劳强度容易受到微细 的表面伤的影响。
[0032] 此外，对于初性低的钢，一旦产生疲劳裂纹时，裂纹迅速加剧、并且破坏的规模也 扩大。
[0033] 进而，希望采用冷加工来矫正热锻中产生的变形时，钢的初性过度降低时，还存在 冷加工也难W矫正情况。
[0034] 对于专利文献1中公开的钢，时效处理前的硬度允许至40HRC、硬度非常高，因此 难W确保切削性，具体而言，切削阻力高、工具寿命变短，因此切削成本增大。对于作为具体 的例子而公开的钢，也包含时效处理前的硬度低于40HRC的情况，但它们含有1. 4%W上的 Mo、并且完全未考虑初性。
[0035] 对于专利文献2中公开的钢，W满足特定的参数式的方式调整合金元素的含量， 从而使Mo的含量较少、并且时效处理前（热锻后）的硬度为300HVW下、且时效处理后的 硬度为300HVW上。然而，对于提高时效处理后的初性的研究仍不充分。
[0036] 对于专利文献3中公开的钢，C含量被抑制低至0. 06~0. 20%、V含量非常高达 到0. 51~1. 00%，因此通过时效硬化使其显著强化，反而不是初性优异的钢。
[0037] 因此，本发明的目的在于提供满足下述的<1〉~<3〉的时效硬化性钢。
[0038] <1〉与切削阻力W及工具寿命相关的热锻后的硬度低。需要说明的是，在W下的说 明中，将上述的热锻后的硬度称为"时效处理前的硬度"。
[0039] <2〉通过时效处理能够使机械部件具有期望的疲劳强度。
[0040] <3〉时效处理后的初性高。
[0041] 具体而言，本发明的目的在于提供时效处理前的硬度为310HVW下、时效处理后 的后述的疲劳强度为480MPaW上、进而使由JISZ2242中记载的使用带缺口深度2mm且 缺口底半径Imm的U型缺口的标准试验片而实施的夏比冲击试验评价的时效处理后的20°C 下的吸收能量为12JW上的时效硬化性钢。
[0042] 用于解决间颗的方案
[0043] 本发明人等为了解决前述的课题，首先使用对化学组成进行各种调整得到的钢， 实施调查。其结果得到下述（a)~（C)的见解。
[0044] (a)对于V，从高溫开始的放置冷却时的碳化物的析出峰为750~700°C左右。例 如，在包含0.3质量％的V和0.1质量％的C的钢中，V-旦在基体中固溶时，在至850°C附 近不析出，因此比较容易地抑制热锻中的析出。
[0045] (b)V的碳化物在奥氏体向铁素体相变时容易在相界面析出。因此，在热锻后的冷 却中大量产生先共析铁素体的情况下，V的碳化物在相界面析出、固溶V的量减少，因此无 法确保在时效处理中析出、硬化所需量的固溶V。
[0046] (C)因此，为了在时效处理前的阶段确保固溶V，需要在热锻后的组织中将主相设 为贝氏体。
[0047] 因此，接着本发明人等对于包含0. 25质量％W上的V的钢，使钢的化学组成发生 各种变化，调查用于使组织的贝氏体的面积率稳定、变高的条件。进而，调查对运些钢实施 时效处理时的时效硬化能力。其结果，得到下述（d)~（f)的见解。
[0048] (d)热锻后的组织与C、MnXrW及Mo的含量具有密切的关系。目P，控制上述元素 的含量，W使后述的显示泽透性的指标的由式（1)表示的值在特定的范围，则抑制对确保 固溶V有害的先共析铁素体的大量析出。因此，容易成为W贝氏体为主相的组织、即W面积 率计70%W上为贝氏体的组织，能够确保足够量的固溶V。
[0049] (e)C、MnXrW及Mo的含量仅满足上述（d)中所述的式（1)处于特定的范围的条 件时，由于固溶强化等作用，导致时效处理前的硬度变高，因此存在切削加工时的切削阻力 上升、工具寿命降低的情况。
[0050] 讯另一方面，若控制C、Si、Mn、化、VW及Mo的含量使得由后述的式似表示的 值处于特定的范围，则可W抑制上述时效处理前的硬度过度变高的情况。
[0051] 因此，进一步，本发明人等调查了 ：在对于包含0.25质量％W上的V且C、Si、Mn、 化、MoW及V的含量均满足由上述的（d)W及（f)叙述的条件的钢进行热锻之后实施时效 处理，由使用带缺口深度2mm且缺口底半径Imm的U型缺口的标准试验片而实施