根据本发明专利技术的冷成形弹簧用钢丝含有规定的化学组分组成，其中：由以下表达式（１）显示的马氏体转变起始温度Ｍ↓［Ｓ１］是在２８０℃－３８０℃范围内；奥氏体晶粒的奥氏体晶粒度号数Ｎ是Ｎｏ．１２或更大；沿着奥氏体晶粒边界沉积的碳化物的晶粒边界份额是５０％或更低；在奥氏体化和回火之后残余奥氏体的量是２０ｖｏｌ．％或更低；和拉伸强度是２，０００ＭＰａ或更高；Ｍ↓［Ｓ１］＝５５０－３６１［Ｃ］－３９［Ｍｎ］－２０［Ｃｒ］…（１），其中［Ｃ］，［Ｍｎ］和［Ｃｒ］分别表示Ｃ、Ｍｎ和Ｃｒ的含量（质量％）。此类钢丝能够：确保热轧可成形性和后续的可拉伸性，同时瞄准更高的强度和更高的应力；另外显示出优异的耐腐蚀性；并且获得也在属于基本所需特性的疲劳强度方面优异的弹簧（主要是汽车悬置弹簧）。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及可用作冷成形弹簧(用作汽车等的悬置弹簧)的原料的弹簧用钢丝，尤其是同时具有空气耐久性和耐腐蚀性(它们被认为是弹簧的重要特性)的弹簧用钢丝；和用于生产弹簧用钢丝的方法。
技术介绍
冷成形弹簧主要被用作汽车的悬置弹簧以及用作弹簧原材料的弹簧用钢的化学组成是由JIS G3565到G3567，G4801和其它所规定。对于从此类弹簧用钢生产冷成形弹簧的情况，从此类弹簧用钢生产的热轧的线材(wire rod)拉伸到规定的钢丝直径，因此生产出钢丝和之后进行油回火处理(奥氏体化和回火处理)，和随后该钢丝冷成形为弹簧。如上所述方法生产的冷成形弹簧需要减少尺寸和重量以便减少燃料消耗，以及作为该要求的一部分，较高应力的弹簧是所需要的并且在奥氏体化和回火之后具有2,000MPa或更高的拉伸强度的弹簧用高强度钢丝是所需求的。然而通常情况，弹簧的缺陷敏感性将倾向于随着它的强度提高而增加，和对于尤其在腐蚀环境中使用的悬置弹簧，腐蚀疲劳寿命会受影响和因此担心在早期发生破损。可以据计腐蚀疲劳寿命变劣化，因为在表面上的腐蚀凹点成为了应力集中的源头并且疲劳裂纹的产生和蔓延会加速。因此，优异的耐腐蚀性是悬置弹簧重要的特征。为了适应于如上所述的较高应力的要求，已经研究了各种技术。作为此类措施，降低在油回火处理中的回火温度(例如约400℃)和因此提高拉伸强度的方法有时已经采纳。然而，利用该方法，如果钢丝的韧性和延性较低的话，在冷成形过程中会引起弹簧材料钢丝的破损和裂纹，并且防碍了弹簧可成形性。此外，甚至当在弹簧用钢中的C含量提高时和因此拉伸强度提高时，仍然是不仅韧性和延性受损和因此弹簧可成形性受影响而且耐腐蚀性受损，因此作为汽车的悬置弹簧的质量不能保证。相反，添加大量的成合金元素如Ni，Cu，Cr，Si等和因此改进耐腐蚀性的方法也考虑过。然而，当采用此类措施时，不仅钢材料的成本会提高，而且钢的可淬硬性会提高，因此在热轧之后在结构体中马氏体和贝氏体结构的比例会提高，因此韧性和延性会降低，并且引起了诸如在后续的冷拉过程中钢丝破损之类的缺陷。如上所述，获得同时具有高拉伸强度和良好耐腐蚀性的钢丝在目前是困难的情形。然后，已经建议了各种技术来改进此类问题。例如，US专利No.5508002和5846344建议了以下措施控制组分的组配以使由下面公式(5)规定的FP值可以是在2.5-4.5范围内；因此抑制了在热轧后的马氏体和贝氏体结构；和因此抑制由成合金元素的添加所引起的可成形性的劣化。此类措施是这样一种技术它以改进耐腐蚀性的成合金元素的添加为基础；和通过重新成形奥氏体化和回火结构体来进一步改进耐腐蚀性。然而，由该技术对耐腐蚀性的改进是有限的。FP(0.23+0.1)×(0.7+1)×(3.5+1)×(2.2+1)×(0.4+1)×(3+1) … (5)，其中，，，，和分别表示C，Si，Mn，Cr，Ni和Mo的含量(质量％)。此外，日本专利No.3429258公开了通过将Cr含量控制到0.25％或更低和进一步控制Cr、Cu和Ni的含量以满足由以下表达式(6)规定的关系来同时获得高拉伸强度和良好耐腐蚀性的方法。然而，甚至利用这一技术，钢材料组分设计必须在化学组分组成的规定范围内进行和因此耐腐蚀性的改进是有限的。≤(+)/2 ..(6)，其中，和分别表示Cr、Cu和Ni的含量(质量％)。此外，US专利No.6338763建议了通过将残余奥氏体(残余γ)的量控制到6vol.％或更低和因此减少在弹簧的冷成形过程中残余奥氏体的诱导转变来改进可成形性的技术。然而，该技术基本上追求可成形性的改进而根本不考虑耐腐蚀性的改进。同时，已知的是，将奥氏体晶粒微细化的方法也可用作抑制韧性，延性和耐氢脆性能的劣化(伴随弹簧用钢的强度的提高而发生)的方法。作为一种此类方法，例如，美国专利No.5776267公开了将碳化物和氮化物的尺寸和结构加以分级化以便改进耐氢脆性能的方法。然而，甚至当采用该技术时，奥氏体晶粒的尺寸限于在奥氏体晶粒度号数中的No.11以及耐腐蚀性的改进因此是有限的。
技术实现思路
本专利技术立足于为了解决现有技术的上述问题和本专利技术的目的是提供冷成形弹簧用的钢丝，它能够确保热轧可成形性和后续的可拉伸性并同时瞄准较高的强度和较高的应力，另外显示出优异的耐腐蚀性，以及获得在属于基本所需特性的疲劳强度上也优异的弹簧(主要是汽车用的悬置弹簧)；和用于生产该钢丝的方法。在本专利技术的一个方面，实现上述目的的冷成形弹簧用的钢丝含有C0.45-0.65％(质量％，在下面同样适用)，Si1.30-2.5％，Mn0.05-0.9％和Cr0.05-2.0％，其中P和S分别控制到0.020％或更低(包括0％)；由以下表达式(1)显示的马氏体转变起始温度MS1是在280℃-380℃范围内；奥氏体晶粒的奥氏体晶粒度号数N(在下面称为“先前奥氏体奥氏体晶粒度号数N”)是No.12或更高；沿着奥氏体晶粒边界沉积的碳化物的晶粒边界份额(share)是50％或更低；在奥氏体化(淬火)和回火之后残余奥氏体的量是20vol.％或更低；和拉伸强度是2,000MPa或更高；MS1＝550-361-39-20 … (1)，其中，和分别表示C、Mn和Cr的含量(质量％)。在本专利技术的另一个方面中，也有效的是，如果必要，冷成形弹簧用的钢丝进一步含有(a)选自Nb0.01-0.10％，V0.07-0.40％和Mo0.10-1.0％中的至少一种，(b)选自Ni0.05-1.0％，Cu0.05-1.0％和W0.10-1.0％中的至少一种，(c)Ti0.01-0.1％，和其它元素，以及弹簧用钢丝的特性根据所含元素的类型来改进。当尤其含有以上(a)和/或(b)的元素时，因为一些元素影响马氏体的转变起始温度MS，必要的是，考虑到这些元素的含量，控制用下面表达式(2)-(4)中的任何一个表达式所计算的MS2-MS4值中的任何一个值，以使之在280℃-380℃范围内；MS2＝550-361-39-20-35-5…(2)，MS3＝550-361-39-20-17-10-5…(3)，MS4＝550-361-39-20-35-5-17-10-5…(4)，其中，在以上表达式(2)到(4)中，，，，，，，和分别表示C，Mn，Cr，V，Mo，Ni，Cu和W的含量(质量％)。根据本专利技术的再另一个方面，当生产冷成形弹簧用的钢丝时，仅仅需要采用包括以下过程的一种生产方法将具有上述化学组分组成的钢热轧成线材的形状； 从奥氏体化温度范围来冷却热轧的线材钢，因此控制铁素体(ferrite)和珠光体(pearlite)结构的分数到40％或更多(按面积百分数)和控制包括马氏体和贝氏体的结构的分数到60％或60％以下(按面积百分数)；在20％或更多的面积缩减下对具有上述分数的结构的钢材实施冷拉；和对经历了冷拉的钢材实施奥氏体化(淬火)和回火，其中该钢材以50℃/秒或更高的加热速率被加热至规定温度，之后在奥氏体化过程中在规定温度下保持90秒或90秒以下并且在所述回火过程中被以50℃/秒或更高的加热速率加热到在410℃-480℃范围内的回火温度，并且随后在该回火温度下保持60秒或更短时间。在该生产方法中，优选的是油和水或仅仅水用作在奥氏体化过程中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
弹簧用钢丝，含有Ｃ：０．４５－０．６５％（质量％，下面同样适用），Ｓｉ：１．３－２．５％，Ｍｎ：０．０５－０．９％和Ｃｒ：０．０５－２．０％，其中：Ｐ和Ｓ分别被控制到０．０２０％或更低（包括０％）；由以下表达式（１）显示的马氏体转变起始温度Ｍ↓［Ｓ１］在２８０℃－３８０℃范围内；奥氏体晶粒的奥氏体晶粒度号数Ｎ是Ｎｏ．１２或更大；沿着奥氏体晶粒边界沉积的碳化物的晶粒边界份额是５０％或更低；在奥氏体化和回火之后残余奥氏体的量是２０ｖｏｌ．％或更低；和拉伸强度是２，０００ＭＰａ或更高；Ｍ↓［Ｓ１］＝５５０－３６１［Ｃ］－３９［Ｍｎ］－２０［Ｃｒ］…（１），其中［Ｃ］、［Ｍｎ］和［Ｃｒ］分别表示Ｃ、Ｍｎ和Ｃｒ的含量（质量％）。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉原直，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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