高强度弹簧用中空无缝管制造技术

本发明专利技术提供一种高强度弹簧用中空无缝管，其极力降低内周面和外周面的脱碳的发生，在弹簧制造时的淬火阶段，在外周面和内周面，表层部能够充分硬化，在成形的弹簧中能够确保充分的疲劳强度。本发明专利技术涉及一种高强度弹簧用中空无缝管，其由分别含有如下的钢材构成：C：0.2～0.7质量％；Si：0.5～3质量％；Mn：0.1～2质量％；Al：大于0、在0.1质量％以下；P：大于0、在0.02质量％以下、S：大于0、在0.02质量％以下和N：大于0、在0.02质量％以下，中空无缝管的内周面和外周面的C含量为0.10质量％以上，并且所述内周面和外周面各自的全脱碳层的厚度为200μm以下。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号：201080021286.1，申请日：2010.05.14，专利技术名称：“高强度弹簧用中空无缝管”的申请的分案申请。
本专利技术涉及汽车等的内燃机的阀弹簧和悬架弹簧等所使用的高强度弹簧用中空无缝管，特别是涉及降低了其外周面和内周面的脱碳的高强度弹簧用中空无缝管。
技术介绍
近年来，随着以减少尾气和改善油耗为目的的汽车的轻量化和高输出功率化的要求提高，在发动机、离合器和悬架等所使用的阀弹簧、离合器弹簧、悬架弹簧等之中，也致力于高应力设计。因此，这些弹簧面向高强度化/细直径化的方向，处于负荷应力进一步增大的倾向。为了应对这一倾向，强烈期望在耐疲劳性和耐永久残余应变性中也有更高性能的弹簧钢。另外，为了一边维持耐疲劳特性和耐永久残余应变性一边实现轻量化，作为弹簧的原材，并不是以前所使用的棒状的线材(即，实心的线材)，而是使用中空的管状的钢材且没有焊接部分(即无缝管)作为弹簧的原材。关于用于制造上述这样的中空无缝管的技术，迄今也提出有各种样的技术。例如在专利文献1中提出有一种技术，其使用应该是穿孔轧机的代表的曼内斯曼穿孔机(mannesmannpiercer)进行穿孔后(曼内斯曼穿孔)，进行冷间芯棒式无缝轧管(mandrelmill)，再以10～30分的条件再加热至820～940℃，其后进行终轧。另一方面，在专利文献2中提出有一种技术，其进行热等静压挤压，成为中空无缝管的形状后，进行球状化退火，继续通过冷周期式轧管轧制和拉拔加工等进行伸展(拔管)。另外，在该技术中还显示，最终以规定的温度进行退火。在上述这样的各技术中，在进行曼内斯曼穿孔和热等静压挤压时，需要加热至1050℃以上，或在冷加工前/后进行退火，在热环境下加热或加工时，在其后进一步的热处理工序中，存在中空无缝管的内周面和外周面容易发生脱碳这样的问题。另外，在加热处理后的冷却时，还存在的情况是，发生因碳向铁素体和奥氏体中的固溶量不同而引起的脱碳(铁素体脱碳)。若发生上述这样的脱碳，则在弹簧制造时的淬火阶段，在外周面和内周面会发生表层部未充分硬化的情况，在成形的弹簧中，产生不能确保充分的疲劳强度这样的问题。另外，在通常的弹簧中通常会进行的是，以喷丸硬化对外表面赋予残留应力，使疲劳强度提高，但在由中空无缝管成形的弹簧中，不能对内周面进行喷丸硬化，以及在现有的加工方法中，在内周面容易发生伤痕，因此还有难以确保内面的疲劳强度这样的问题。先行技术文献专利文献专利文献1：日本特开平1-247532号公报专利文献2：日本特开2007-125588号公报
技术实现思路
本专利技术在这种状况下而做，其目的在于，提供一种高强度弹簧用中空无缝管，其极力降低内周面和外周面的脱碳的发生，在弹簧制造时的淬火阶段，在外周面和内周面，表层部能够充分硬化，在成形的弹簧中能够确保充分的疲劳强度。本专利技术包括以下的形态。(1)一种高强度弹簧用中空无缝管，由分别含有如下成分的钢材构成：C：0.2～0.7质量％；Si：0.5～3质量％；Mn：0.1～2质量％；Al：大于0、在0.1质量％以下；P：大于0、在0.02质量％以下、S：大于0、在0.02质量％以下和N：大于0、在0.02质量％以下，中空无缝管的内周面和外周面的C含量为0.10质量％以上，并且所述内周面和外周面各自的全脱碳层的厚度为200μm以下。(2)根据(1)所述的高强度弹簧用中空无缝管，其中，内面表层部的铁素体的平均晶粒直径为10μm以下。(3)根据(1)所述的高强度弹簧用中空无缝管，其中，存在于内周面的伤痕的最大深度为20μm以下。(4)根据(2)所述的高强度弹簧用中空无缝管，其中，存在于内周面的伤痕的最大深度为20μm以下。(5)根据(1)～(4)中任一项所述的高强度弹簧用中空无缝管，其中，还含有以下的(a)～(g)群的至少一群。(a)Cr：大于0、在3质量％以下；(b)B：大于0、在0.015质量％以下；(c)从V：大于0、在1质量％以下；Ti：大于0、在0.3质量％以下和Nb：大于0、在0.3质量％以下构成的群中选出的1种以上；(d)从Ni：大于0、在3质量％以下和Cu：大于0、在3质量％以下构成的群中选出的一种以上；(e)Mo：大于0、在2质量％以下；(f)从Ca：大于0、在0.005质量％以下；Mg：大于0、在0.005质量％以下和REM：大于0、在0.02质量％以下构成的群中被选出的1种以上；(g)从Zr：大于0、在0.1质量％以下、Ta：大于0、在0.1质量％以下和Hf：大于0、在0.1质量％以下构成的群中被选出的1种以上。在本专利技术中，通过适当调整作为原材的钢材的化学成分组成，并且严密地规定其制造条件，能够实现不会发生内周面和外周面的铁素体脱碳，并且极力降低了脱碳层的厚度的中空无缝管，由这样的中空无缝管成形的弹簧能够确保充分的疲劳强度。具体实施方式本专利技术者们，就用于不使脱碳发生的条件，从各种角度进行了研究。其结果判明，不借助加工后的冷却速度的控制比较困难的热等静压挤压和曼内斯曼穿孔进行中空化，而是进行低温轧制、可以控制冷却的通常的热轧，制造没有脱碳的棒材，其后，用枪孔钻进行穿孔，以规定的冷却条件进行冷却后，通过冷轧和拔管(冷加工)成为最终形状即可。根据这一制造方法，可以制造外周面和内周面都没有脱碳(即，表面的C含量为0.10质量％以上，全脱碳层的厚度为200μm以下)中空无缝管。还有，所谓上述全脱碳层，意思是管厚的中心部的碳浓度低于95％的部分。另外，根据上述这样的制造方法，由于中空管的组织微细化，能够使弹簧淬火时的奥氏体粒径微细化，也可以改善疲劳强度。具体来说，在使冷加工时的加工率(减面率)达到50％以上之后，以650～700℃左右的比较低的温度实施再结晶处理(退火)，由此使内面表层部的铁素体的平均晶粒直径为10μm以下。还有，所谓上述内面表层部，意思是从中空无缝管的内周面的表面至深度500μm的区域。此外，根据上述方法，通过用枪孔钻进行中空化，能够缩短其后的冷加工(冷轧、冷拔管)工序，能够大幅降低由于曼内斯曼穿孔、热等静压挤压或冷轧和拔管而发生的内面伤痕。以往，以最大深度计50μm左右为极限，但根据本专利技术，能够降低内面伤痕直到最大深度达到20μm以下。本专利技术的中空无缝管，能够对于适当地调整了化学成分组成的钢材(关于适当的化学成分组成后述)，遵循上述的步骤制造。对于该制造方法的各行程，更具体地进行说明。[中空化手法]首先，作为中空化手法，能够降低板坯的加热温度，进行低温轧制、可以控制冷却的通常的热轧，制作实心的圆棒后，通过枪孔钻法等进行中空化。其后，通过拔管和冷轧成形至规定的直径、长度，从而可以得到外周面、内周面铁素体脱碳、总脱碳(全脱碳)均小的无缝管。另外，通过这样的工序还发挥出如下效果：能够降低冷加工时的加工率，使内周面的品质也良好(即，能够减小伤痕)。[热轧时的加热温度：低于1050℃]在上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度弹簧用中空无缝管，其特征在于，由如下钢材构成，该钢材含有C：0.2～0.7质量％；Si：0.5～3质量％；Mn：0.1～2质量％；Al：大于0但在0.1质量％以下；P：大于0但在0.02质量％以下；S：大于0但在0.02质量％以下和N：大于0但在0.02质量％以下，并且，所述中空无缝管的内周面的C含量为0.10质量％以上，并且所述内周面的全脱碳层的厚度为200μm以下，内面表层部中的铁素体的平均晶粒直径为10μm以下，其中，所述全脱碳层是指管厚的中心部的碳浓度低于95％的部分。

【技术特征摘要】
2009.05.15 JP 2009-1190301.一种高强度弹簧用中空无缝管，其特征在于，由如下钢材构成，
该钢材含有C：0.2～0.7质量％；Si：0.5～3质量％；Mn：0.1～2质量％；
Al：大于0但在0.1质量％以下；P：大于0但在0.02质量％以下；S：大
于0但在0.02质量％以下和N：大于0但在0.02质量％以下，
并且，所述中空无缝管的内周面的C含量为0.10质量％以上，并且所
述内周面的全脱碳层的厚度为200μm以下，内面表层部中的铁素体的平均
晶粒直径为10μm以下，
其中，所述全脱碳层是指管厚的中心部的碳浓度低于95％的部分。
2.根据权利要求1所述的高强度弹簧用中空无缝管，其中，存在于
内周面的伤痕的最大深度为20μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的高强度弹簧用中空无缝管，其中，还
含有以下的(a)～(g)群中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：畑野等，丰武孝太郎，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，神钢金属制品株式会社，日本发条株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP