高强度弹簧用钢及钢线制造技术

本发明专利技术提供一种弹簧用钢以及弹簧用钢线，其中弹簧用钢供给弹簧用钢线，可以兼顾高强度和冷卷性。弹簧用钢以质量％计，含有Ｃ：０．４５～０．７０％，Ｓｉ：１．０～３．０％，Ｍｎ：０．０５～２．０％，Ｐ：０．０１５％以下，Ｓ：０．０１５％以下，Ｎ：０．００１５～０．０２００％，ｔ－Ｏ：０．０００２～０．０１％，进而限制Ａｌ≤０．０１％，Ｔｉ≤０．００３％。再者，关于该钢线的渗碳体系球状碳化物在显微镜观察面中所占的比例，满足：当量圆直径在０．２μｍ以上的占有面积率为７％以下，当量圆直径在０．２～３μｍ的存在密度为１个／μｍ↑［２］以下，当量圆直径超过３μｍ的存在密度为０．００１个／μｍ↑［２］以下；而且原奥氏体的粒度号码为１０号以上，残余奥氏体为１５质量％以下；当量圆直径在２μｍ以上的渗碳体系碳化物的存在密度小的稀薄区域的面积率为３％以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在发动机用阀弹簧及悬架弹簧中使用的弹簧用钢，特别涉及可以进行冷卷、具有高强度和高韧性的弹簧用钢及钢线。
技术介绍
随着汽车的轻量化和高性能化，弹簧也需要高强度化，供给用于弹簧的高强度钢热处理后的拉伸强度超过1500MPa。近年来也要求拉伸强度超过1900MPa的钢线。这是因为即使弹簧在制造时的消除应力退火或氮化处理等因加热而稍稍软化，作为弹簧也可以确保不会产生麻烦的材料硬度。另外，为人所知的是氮化处理和喷丸硬化使表面硬度提高，并显著提高弹簧在疲劳方面的耐久性，但对弹簧的松弛(即弹力衰减relaxation)特性而言，并不取决于表层硬度，而是受到弹簧基材内部的强度或硬度的很大影响。因此，取得可以将内部硬度维持在较高水平的成分是很重要的。作为其方法，已经公开了如下的专利技术(例如参照特开昭57-32353号公报)通过添加V、Nb、Mo等元素而在淬火中进行固溶，并在回火中生成析出的微细碳化物，由此限制位错的移动，从而使耐松弛特性得以提高。另一方面，钢的螺旋弹簧的制造方法有热卷和冷卷，其中热卷是加热至钢的奥氏体区域进行卷绕，之后进行淬火回火；冷卷是将事先对钢实施了淬火回火的高强度钢线进行冷卷绕。冷卷在钢线的制造时由于可以采用能够进行快速加热快速冷却的油回火处理和高频处理等，因而可以减少弹簧材料的原奥氏体粒径，结果可以制造耐破坏特性优良的弹簧。另外，还可以简化弹簧制造生产线中的加热炉等设备，因而对弹簧厂家来说也具有可带来设备成本的降低等优点，最近在粗径的悬架弹簧中，也发展了采用冷卷等的冷加工。但是，当冷卷弹簧用钢线的强度增大时，往往在冷卷时产生折损，从而不能成形为弹簧形状，在此情况下，因为不能兼顾强度和加工性，所以不得不采用也可以说是对工业生产不利的方法进行冷卷。通常在阀弹簧的情况下，往往将实施过在线的淬火回火处理以及所谓的油回火处理的钢线进行冷卷，例如已经公开了如下的专利技术(例如参照特开平5-179348号公报)加热到900～1050℃而卷成弹簧形状，之后在425～550℃进行回火处理等，为了防止卷绕时的折损，加热线材而在容易变形的温度下进行热卷，此后，为获得高强度而进行卷绕后的调质处理。这样的卷绕时的加热和卷绕后的调质处理是造成弹簧尺寸的热处理偏差的原因，或者使处理效率极度低下，因此，在成本、精度以及产品稳定性方面比冷卷的弹簧差。另外，关于碳化物，例如已经完成了着眼于Nb、V系碳化物的平均粒径的专利技术，但揭示出仅控制V、Nb系碳化物的平均粒径是不充分的(例如参照特开平10-251804号公报)。在该现有技术中，记载了恐怕会因轧制中的冷却水而产生异常组织的担心，从而实质上推荐干式轧制。这在工业上为非正常作业，可以推定它与通常的轧制明显不同，即便使平均粒径得以控制，也暗示当周边基体组织产生不均匀时，将发生轧制故障。另外，还公开了如下的专利技术(例如参照特开2002-180198号公报)也通过控制以渗碳体为中心碳化物，以谋求性能的提高。但是，为了进一步提高疲劳、松弛等弹簧性能，必须确保进一步的高强度化和弹簧的加工性(卷绕性)，单凭迄今为止的成分和热处理后的碳化物的尺寸控制是有限度的。人们摸索了这样兼顾强度和加工性的技术，通过着眼于渗碳体系碳化物的组织控制，可以谋求强度和加工性的兼顾(参照上述特开2002-180198号公报)；再者，通过防止残余奥氏体可增加稳定性(例如参照特开2000-169937号公报)。它们承担着大量的热处理负荷。另一方面，对阀弹簧来说，人们主张对氧化物进行重点控制，从而通过控制氧化物来提高疲劳强度。一般认为该氧化物不仅对疲劳强度本身，而且对耐破坏特性的稳定性或者产品偏差也产生影响，从而要求抑制断面的夹杂物出现率(例如参照特开平6-158226号公报)。再者，如果不仅存在氧化物，而且存在硫化物、氮化物、碳化物以及它们的复合夹杂物，则可能导致疲劳强度的降低、或者加工性能的低下。迄今为止，在阀弹簧之类的具有非常高的拉伸强度的钢中，上述专利文献6尝试了对TiN、还有碳化物的控制(例如参照特开平10-251804号公报)，但对硫化物也加以考虑的技术很少。作为着眼于硫化物的例子，添加Ti、Cu、Ca、Zr之中的至少1种以上有时是有效的，但在其实施例中大多数添加Ti，在不添加Ti的情况下，也大量添加Zr、Ca等氧化物生成元素(例如参照特开平10-1746号公报)。当考虑作为本专利技术特征之一的Zr时，则大量添加10ppm以上(在实施例中为70ppm)，所以对氧化物的影响较大，从而产生使疲劳强度下降、或者夹杂物出现率增大等弊端。另外，作为其它的例子，添加Zr有时被看作是有效的(例如参照特开2003-105485号公报)，但由于大量添加使其添加量达10ppm以上(在实施例中为23ppm)，所以对氧化物的影响较大，从而产生使疲劳强度下降、或者夹杂物出现率增大等弊端。再者，已经公开了如下的专利技术(例如参照特开平9-310145号公报)其揭示了应该将Zr添加量抑制为钢中固溶量的0.5ppm以下，明确记载着当超过该添加量时，将产生起因于夹杂物的弊端。但是，该添加量对硫化物的控制是不充分的，这从上述的专利文献8中也容易推测得到。
技术实现思路
本专利技术的课题在于提供一种弹簧用钢以及钢线，它采用冷卷方法制作，可以兼顾充分的大气强度和卷绕加工性，弹簧用钢线的拉伸强度达2000MPa以上。本专利技术通过化学元素控制不被以前的弹簧钢线所注意的钢中的氧化物和硫化物，获得了兼顾高强度和卷绕性的弹簧用钢。另外，本专利技术发现有效的方法是不单着眼于钢线中可以看到的粗大碳化物，甚至连基体的微观组织也加以控制，从而通过控制迄今为止为获得强度所需要的渗碳体系的微细碳化物的分布，得到了更高性能的钢线。本专利技术是为解决上述课题而完成的，其要点如下(1)一种弹簧用钢，其特征在于，以质量％计，含有C0.45～0.70％，Si1.0～3.0％，Mn0.1～2.0％，P0.015％以下，S0.015％以下，N0.0005～0.007％，t-O0.0002～0.01％，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，进而限制Al≤0.01％，Ti≤0.003％。(2)一种弹簧用钢，其特征在于在(1)所述的钢中，进一步含有Cr0.05～2.5％，Zr0.0001～0.0005％。(3)一种弹簧用热处理钢线，其是使用(1)或(2)所述的钢，并对该钢进行轧制、拉丝加工以及热处理加工而成的，其特征在于关于该钢线的渗碳体系球状碳化物以及合金系碳化物在显微镜观察面中所占的比例，满足当量圆直径在0.2μm以上的占有面积率为7％以下，当量圆直径在0.2～3μm的存在密度为1个/μm2以下，当量圆直径在3μm以上的存在密度为0.001个/μm2以下；而且原奥氏体的粒度号码为10号以上，残余奥氏体为15质量％以下； 当量圆直径在2μm以上的渗碳体系碳化物的存在密度小的稀薄区域的面积率为3％以下。(4)根据(1)或(2)所述的弹簧用钢，其特征在于以质量％计，进一步含有W0.05～1.0％、Mo0.05～1.0％、V0.05～1.0％、Nb0.01～0.05％、Ni0.05～3.0％、Co0.05～3.0％、B0.0005～0.006％、Cu0.05～0.5％、Mg0.0002～0.01％、Ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹簧用钢，其特征在于，以质量％计，含有：Ｃ：０．４５～０．７０％，Ｓｉ：１．０～３．０％，Ｍｎ：０．１～２．０％，Ｐ：０．０１５％以下，Ｓ：０．０１５％以下，Ｎ：０．０００５～０．００７％ ，ｔ－Ｏ：０．０００２～０．０１％，余量由Ｆｅ以及不可避免的杂质构成，进而限制Ａｌ≤０．０１％，Ｔｉ≤０．００３％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥村雅之，萩原博，宫木隆成，金须贵之，山崎浩一，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]