彈簧鋼的制作方法
【專利摘要】通過(guò)對(duì)以往的高強(qiáng)度彈簧鋼進(jìn)行C、Si、Mn、Cr、Mo以及Sb的添加量的適當(dāng)化，抑制通過(guò)熱軋制造成規(guī)定的線材時(shí)的表層的鐵素體脫碳，提供耐脫碳性優(yōu)良的高強(qiáng)度彈簧鋼。在規(guī)定的關(guān)系下含有C：0.35質(zhì)量％以上且0.45質(zhì)量％以下、Si：1.75質(zhì)量％以上且2.40質(zhì)量％以下、Mn：0.1質(zhì)量％以上且1.0質(zhì)量％以下、Cr：0.01質(zhì)量％以上且小于0.50質(zhì)量％、Mo：0.01質(zhì)量％以上且1.00質(zhì)量％以下、P：0.025質(zhì)量％以下、S：0.025質(zhì)量％以下和O：0.0015質(zhì)量％以下、以及選自Sb：0.035質(zhì)量％以上且0.12質(zhì)量％以下和Sn：0.035質(zhì)量％以上且0.20質(zhì)量％以下中的一種或兩種。
【專利說(shuō)明】彈簧鋼 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及作為例如汽車用懸架彈簧、扭力桿以及穩(wěn)定桿等的原材的高強(qiáng)度彈簧 鋼、特別是涉及高強(qiáng)度并且耐脫碳性優(yōu)良、適合作為汽車用行駛部件的彈簧鋼。 【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，從地球環(huán)境問(wèn)題的觀點(diǎn)出發(fā)，要求汽車的燃料效率提高、以及二氧化碳排 出量的削減，隨之，汽車的輕量化的要求越來(lái)越強(qiáng)。特別是對(duì)于作為汽車的行駛部件之一的 懸架彈簧的輕量化的要求強(qiáng)，采用了使用淬火-回火后的強(qiáng)度達(dá)到2000MPa以上的、高強(qiáng)度 化的原材的高應(yīng)力設(shè)計(jì)。
[0003] 通用的彈簧用鋼是JIS G4801等中規(guī)定的、淬火-回火后的強(qiáng)度達(dá)到約1600?約 1800MPa的彈簧用鋼，通過(guò)熱軋制造成規(guī)定的線材后，在熱成形彈簧的情況下，加熱的同時(shí) 成形為彈簧狀后，進(jìn)行淬火-回火處理，在冷成形彈簧的情況下，拉拔加工后，進(jìn)行淬火-回 火處理，成形為彈簧狀。
[0004] 例如，在懸架彈簧中，作為至今為止通常使用的原材，使用JIS G4801中記載的 SUP7。SUP7含有1. 8?2. 2質(zhì)量％的Si，在通過(guò)熱軋制造成規(guī)定的線材時(shí)，在表層容易發(fā) 生脫碳，特別是容易發(fā)生鐵素體脫碳，對(duì)作為彈簧的特性（例如疲勞特性）產(chǎn)生不良影響。 鐵素體脫碳是奧氏體組織隨著脫碳而發(fā)生鐵素體相變的現(xiàn)象，在鋼原材加熱時(shí)或熱軋工序 中，由于鋼原材的表面發(fā)生脫碳而產(chǎn)生，此外，在將彈簧用鋼線材加熱、熱成形或淬火的過(guò) 程中也會(huì)產(chǎn)生。該鐵素體脫碳的抑制除了確保彈簧的疲勞特性之外，也帶來(lái)省略用于削去 脫碳層的剝尚工序等、提1?成品率等各種優(yōu)點(diǎn)，因此，為了抑制鐵素體脫碳，進(jìn)行了各種提 案。
[0005] 例如，專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)通過(guò)控制Cu與Ni的合計(jì)添加量（Cu+Ni)，實(shí)現(xiàn)了 鐵素體脫碳的抑制。但是，鐵素體脫碳是由于鋼材表層區(qū)域中的碳減少?gòu)亩韺訁^(qū)域成為 鐵素體單相組織的現(xiàn)象，即使將Cu+Ni控制在0. 20質(zhì)量％至0. 75質(zhì)量％的范圍內(nèi)，也難以 確實(shí)地抑制鐵素體脫碳。
[0006] 專利文獻(xiàn)2中公開了一種彈簧用鋼線材，其通過(guò)控制C、Si、Mn、Cr、P、S的添加量、 控制線材的結(jié)晶粒徑，使耐脫碳性以及拉絲加工性優(yōu)良。但是，鐵素體脫碳是由于鋼材表層 區(qū)域中的碳減少?gòu)亩韺訁^(qū)域成為鐵素體單相組織的現(xiàn)象，即使通過(guò)調(diào)整c、Si、Mn、Cr、P、 S的添加量來(lái)控制線材的結(jié)晶粒徑，也難以確實(shí)地抑制鐵素體脫碳。
[0007] 專利文獻(xiàn)3中，在表面溫度為800?1000°C的溫度范圍內(nèi)結(jié)束精軋后，在將軋制后 的鋼帶卷取前不進(jìn)行水冷而卷取成卷材狀，在卷取后的冷卻過(guò)程中，不迅速改變冷卻條件 而是以空冷以下的速度冷卻至完成相變，由此，抑制鐵素體脫碳的發(fā)生。但是，鐵素體脫碳 是由于鋼材表層區(qū)域中的碳減少?gòu)亩韺訁^(qū)域成為鐵素體單相組織的現(xiàn)象，僅僅控制制造 條件，難以抑制鐵素體脫碳。
[0008] 專利文獻(xiàn)4中，在制造彈簧鋼時(shí)，通過(guò)控制作為通常包含的微量成分的Ni、Cu、S的 組合量，降低脫碳。但是，鐵素體脫碳是由于鋼材表層區(qū)域中的碳減少?gòu)亩韺訁^(qū)域成為鐵 素體單相組織的現(xiàn)象，即使控制Ni、Cu、S的組合量，也難以確實(shí)地避免表層的碳的降低，難 以抑制鐵素體脫碳。
[0009] 專利文獻(xiàn)5中，通過(guò)控制C、Si、Μη以及Sb的添加量，抑制鐵素體脫碳。該文獻(xiàn)5 中，作為實(shí)施例公開了含有0. 55質(zhì)量％以上的C的鋼，由于添加的C量多，因此，對(duì)鐵素體 脫碳的抑制有利。但是，即使能夠抑制鐵素體脫碳，但由于含有的C、Sb多，因此，在難以抑 制脫碳（在此為總脫碳）、抑制拉絲性降低的方面仍存在問(wèn)題。
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)
[0012] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003-105496號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2009-68030號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2003-268453號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平8-176737號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)5 :日本特公平6-72282號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[〇〇17] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0018] 如上所述，從提高汽車的燃料效率、以及削減二氧化碳排出量的觀點(diǎn)出發(fā)，期望作 為汽車的行駛部件之一的懸架彈簧的進(jìn)一步高強(qiáng)度化。但是，在彈簧的表層發(fā)生鐵素體脫 碳時(shí)，由于對(duì)作為彈簧的特性（例如疲勞特性）產(chǎn)生不良影響，因此，抑制鐵素體脫碳（以 下，也稱為耐脫碳性）成為課題。另外，由于增加 C、添加 Cu、Ni、Sb等合金元素，在拉絲前 的彈簧原材中容易生成硬質(zhì)的組織，因此，拉絲性降低也成為課題。
[0019] 本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，通過(guò)對(duì)以往的高強(qiáng)度彈簧鋼進(jìn)行C、Si、Mn、 Cr、Mo、Sb以及Sn的添加量的適當(dāng)化，提供高強(qiáng)度、并且不會(huì)損害彈簧鋼的各種特性的、耐 脫碳性優(yōu)良的彈簧鋼。
[0020] 用于解決問(wèn)題的方法
[0021] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了解決所述課題，使C、Si、Mn、Cr、Mo、Sb以及Sn的各添加量適當(dāng)， 并且以由下述⑴式表示的DF值、由下述⑵式表示的DT值以及由下述（3)式表示的WD 值達(dá)到適當(dāng)范圍的方式進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，由此，在維持彈簧所必需的特性的同時(shí)，原材的耐脫 碳性以及拉絲性提高，從而完成了本發(fā)明。
[0022] SP，本發(fā)明的主旨構(gòu)成如下。
[0023] 1. -種彈簧鋼，其特征在于，具有如下成分組成：在由下述（1)式計(jì)算出的DF值 為0.23以上且1.50以下、由下述（2)式計(jì)算出的DT值為0.34以上且0.46以下、以及由 下述（3)式計(jì)算出的WD值為255以下的條件下，含有C :0. 35質(zhì)量％以上且0. 45質(zhì)量％以 下、Si :1. 75質(zhì)量％以上且2. 40質(zhì)量％以下、Mn :0. 1質(zhì)量％以上且1.0質(zhì)量％以下、Cr : 0. 01質(zhì)量％以上且小于0. 50質(zhì)量％、Mo :0. 01質(zhì)量％以上且1. 00質(zhì)量％以下、P :0. 025質(zhì) 量％以下、S :0. 025質(zhì)量％以下和0 :0. 0015質(zhì)量％以下，以及選自Sb :0. 035質(zhì)量％以上且 0. 12質(zhì)量％以下和Sn :0. 035質(zhì)量％以上且0. 20質(zhì)量％以下中的一種或兩種，余量為Fe和 不可避免的雜質(zhì)，
[0024] DF = [SiV{100X [C] X ([Sn] + [Sb])}…（1)
[0025] DT = 10 X [C] / {5 X [Si] +2 X [Sn] +3 X [Sb]} - (2)
[0026] WD = 544 X [C] +188 X [Sn+Sb]... (3)
[0027] 其中，□為該括號(hào)內(nèi)成分的質(zhì)量％含量。
[0028] 2.如上述1所述的彈簧鋼，其特征在于，所述成分組成還含有選自A1 :0. 50質(zhì) 量％以下、Cu :1. 0質(zhì)量％以下、以及Ni :2. 0質(zhì)量％以下中的一種或兩種以上。
[0029] 3.如上述1或2所述的彈簧鋼，其特征在于，所述成分組成還含有選自W :2. 0質(zhì) 量％以下、Nb :0. 1質(zhì)量％以下、Ti :0. 2質(zhì)量％以下和V :0. 5質(zhì)量％以下中的一種或兩種以 上。
[0030] 4.如上述1至3中任一項(xiàng)所述的彈簧鋼，其特征在于，所述成分組成還含有B : 0. 005質(zhì)量％以下。
[0031] 發(fā)明效果
[0032] 根據(jù)本發(fā)明，能夠穩(wěn)定地提供具有與以往的高強(qiáng)度彈簧鋼相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)更優(yōu)良的耐脫 碳性以及拉絲性的、高強(qiáng)度的彈簧鋼。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是關(guān)于DF值整理示出耐脫碳性的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
[0034] 圖2是關(guān)于WD值整理拉絲性的評(píng)價(jià)的圖。
[0035] 圖3是表示在表層生成有鐵素體脫碳層的例子的金屬組織照片。
[0036] 圖4是表示在表層沒(méi)有生成鐵素體脫碳層的例子的金屬組織照片。
[0037] 圖5是表示在表層生成有并非鐵素體脫碳的脫碳層的例子的金屬組織照片。 【具體實(shí)施方式】
[0038] 以下，對(duì)本發(fā)明的彈簧鋼詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。
[0039] 首先，對(duì)本發(fā)明的高強(qiáng)度彈簧鋼的成分組成進(jìn)行說(shuō)明。
[0040] C :0. 35質(zhì)量％以上且0. 45質(zhì)量％以下
[0041] C是用于確保必要強(qiáng)度所必須的元素，小于0.35質(zhì)量％時(shí)，難以確保規(guī)定的強(qiáng)度， 另外，為了確保規(guī)定強(qiáng)度，需要添加大量的合金元素，導(dǎo)致合金成本的升高，因此，設(shè)為〇. 35 質(zhì)量％以上。另外，C含量少時(shí)，容易發(fā)生鐵素體脫碳。另一方面，添加超過(guò)0.45質(zhì)量％時(shí)， 導(dǎo)致靭性的降低、線材的硬化或拉絲加工時(shí)的拉絲性的降低。由此，C量設(shè)為0. 35質(zhì)量％ 以上且0. 45質(zhì)量％以下。優(yōu)選為0. 36質(zhì)量％以上且0. 45質(zhì)量％以下。
[0042] Si :1. 75質(zhì)量％以上且2. 40質(zhì)量％以下
[0043] Si是通過(guò)作為脫氧劑、以及固溶強(qiáng)化或提高回火軟化阻力來(lái)提高鋼的強(qiáng)度、提高 鋼的耐彈減性的元素，本發(fā)明中，添加1. 75質(zhì)量％以上。但是，添加超過(guò)2. 40質(zhì)量％時(shí)，在 彈簧制造時(shí)導(dǎo)致鐵素體脫碳的發(fā)生。由此，Si的上限設(shè)為2. 40質(zhì)量％。由上，Si量設(shè)為 1. 75質(zhì)量％以上且2. 40質(zhì)量％以下。優(yōu)選為1. 80質(zhì)量％以上且2. 35質(zhì)量％以下。
[0044] Mn :0. 1質(zhì)量％以上且1. 0質(zhì)量％以下
[0045] Μη使鋼的淬透性提高，對(duì)提高強(qiáng)度有益，因此，添加 0. 1質(zhì)量％以上。但是，在添 加超過(guò)1. 〇質(zhì)量％時(shí)，由于使鋼高強(qiáng)度化，因此，導(dǎo)致母材靭性降低。由此，Μη的上限設(shè)為 1.0質(zhì)量％。由上，Μη量設(shè)為0.1質(zhì)量％以上且1.0質(zhì)量％以下。優(yōu)選為0.2質(zhì)量％以上 且1. 0質(zhì)量％以下。
[0046] P :0.025 質(zhì)量％ 以下
[0047] S :0.025 質(zhì)量％ 以下
[〇〇48] P和S在晶界發(fā)生偏析，導(dǎo)致鋼的母材靭性降低。由上，優(yōu)選這些元素盡可能降低。 由此,Ρ和S均設(shè)為0.025質(zhì)量％以下。需要說(shuō)明的是，為了小于0.0002質(zhì)量％，需要高成 本，因此，在工業(yè)上降低至0. 0002質(zhì)量％即可。
[0049] Cr :0. 01質(zhì)量％以上且小于0. 50質(zhì)量％
[0050] Cr是提高鋼的淬透性，使強(qiáng)度增加的元素。因此，添加0.01質(zhì)量％以上。另一方 面，添加0. 50質(zhì)量％以上使鋼高強(qiáng)度化，因此，導(dǎo)致母材靭性降低。另外，Cr使在凹陷底的 pH降低，因此是使耐點(diǎn)蝕性降低的元素。由上，Cr量設(shè)為0. 01質(zhì)量％以上且小于0. 50質(zhì) 量％。優(yōu)選為0.01質(zhì)量％以上且0.49質(zhì)量％以下。
[0051] Mo :0. 01質(zhì)量％以上且1. 00質(zhì)量％以下
[0052] Mo是提高淬透性和回火后的強(qiáng)度的元素。為了得到這樣的效果，添加 0.01質(zhì)量％ 以上。但是，添加超過(guò)1.00質(zhì)量％時(shí)，反而合金成本升高。另外，由于使鋼高強(qiáng)度化，因此， 導(dǎo)致母材勒性降低。由上，Mo量設(shè)為0. 01質(zhì)量％以上且1. 00質(zhì)量％以下。優(yōu)選為0. 01質(zhì) 量％以上且0. 95質(zhì)量％以下。
[0053] Sb :0.035質(zhì)量％以上且0. 12質(zhì)量％以下
[0054] Sb在表層富集，抑制C從鋼中擴(kuò)散，從而是抑制表層的C量降低的元素，需要添加 0.035質(zhì)量％以上。但是，添加超過(guò)0. 12質(zhì)量％時(shí)，在鋼中發(fā)生偏析，導(dǎo)致母材靭性以及拉 絲性的降低。另外，通過(guò)添加 Sb，線料的淬透性提高，生成貝氏體、馬氏體等硬質(zhì)的組織， 從而拉拔加工時(shí)的拉絲性降低。由上，Sb量設(shè)為0. 035?0. 12質(zhì)量％。更優(yōu)選的范圍為 0· 035 ?0· 115 質(zhì)量％。
[0055] Sn :0· 035質(zhì)量％以上且0· 20質(zhì)量％以下
[0056] Sn在表層富集，抑制C從鋼中擴(kuò)散，從而是抑制表層的C量降低的元素，需要添加 0. 035質(zhì)量％以上。但是，添加超過(guò)0. 20質(zhì)量％時(shí)，在鋼中發(fā)生偏析，有可能導(dǎo)致彈簧的特 性降低。另外，通過(guò)添加 Sn，線料的淬透性提高，生成貝氏體、馬氏體等硬質(zhì)的組織，從而 拉拔加工時(shí)的拉絲性降低。由上，Sn量設(shè)為0.20質(zhì)量％以下。更優(yōu)選的范圍為0.035? 0· 195 質(zhì)量％。
[〇〇57] 需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中，包括沒(méi)有積極添加 Sb和Sn中的任意一種的情況，在沒(méi) 有積極添加 Sb的情況下，以Sb量小于0. 01質(zhì)量％作為不可避免的雜質(zhì)含有，在沒(méi)有積極 添加 Sn的情況下，以Sn量小于0. 01質(zhì)量％作為不可避免的雜質(zhì)含有。關(guān)于所述（1)式中 的Sb含量[Sb]、Sn含量[Sn]，使用作為不可避免的雜質(zhì)含有的Sb、Sn的含量（質(zhì)量％ )、 或在積極添加的情況下的其含量（質(zhì)量％)的值。
[0058] 0 :0· 0015 質(zhì)量％ 以下
[0059] 0與Si和A1鍵合，形成硬質(zhì)的氧化物系非金屬夾雜物，導(dǎo)致彈簧的特性降低，因 此，優(yōu)選盡可能低，但本發(fā)明中，允許為〇. 0015質(zhì)量％以下。
[0060] DF值（所述⑴式）：0· 23以上且1. 50以下
[0061] DT值（所述⑵式）：0· 34以上且0· 46以下
[0062] WD值（所述⑶式）：255以下
[0063] 接著，對(duì)導(dǎo)出DF值、DT值以及WD值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)說(shuō)明。
[0064] S卩，發(fā)明人變化成分組成以及DF值、DT值和WD值，分別制作表1所示的成分組成 的彈簧鋼，考察各自的耐脫碳性、靭性以及拉絲性。將其評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。另外，圖1中關(guān) 于DF值整理示出耐脫碳性的評(píng)價(jià)結(jié)果。需要說(shuō)明的是，表1中的各元素的數(shù)值為質(zhì)量％含 量。
[0065] 表 1
[0066]
【權(quán)利要求】
1. 一種彈簧鋼，其特征在于，具有如下成分組成：在由下述（1)式計(jì)算出的DF值為 0. 23以上且1. 50以下、由下述（2)式計(jì)算出的DT值為0. 34以上且0. 46以下、以及由下述 (3)式計(jì)算出的WD值為255以下的條件下，含有C :0.35質(zhì)量％以上且0.45質(zhì)量％以下、 Si :1. 75質(zhì)量％以上且2. 40質(zhì)量％以下、Mn :0. 1質(zhì)量％以上且1. 0質(zhì)量％以下、Cr :0. 01 質(zhì)量％以上且小于0.50質(zhì)量％、Mo :0.01質(zhì)量％以上且1.00質(zhì)量％以下、P :0.025質(zhì)量％ 以下、S :0. 025質(zhì)量％以下和0 :0. 0015質(zhì)量％以下、以及選自Sb :0. 035質(zhì)量％以上且0. 12 質(zhì)量％以下和Sn :0. 035質(zhì)量％以上且0. 20質(zhì)量％以下中的一種或兩種，余量為Fe和不可 避免的雜質(zhì)， DF = [SiV{100X [C] X ([Sn] + [Sb])}…（1) DT = 10 X [C] / {5 X [Si] +2 X [Sn] +3 X [Sb]} - (2) WD = 544 X [CJ+188X [Sn+Sb] - (3) 其中，□為該括號(hào)內(nèi)成分的質(zhì)量％含量。
2. 如權(quán)利要求1所述的彈簧鋼，其特征在于，所述成分組成還含有選自A1 50質(zhì) 量％以下、Cu :1. 0質(zhì)量％以下、以及Ni :2. 0質(zhì)量％以下中的一種或兩種以上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的彈簧鋼，其特征在于，所述成分組成還含有選自W :2. 0質(zhì) 量％以下、Nb :0. 1質(zhì)量％以下、Ti :0. 2質(zhì)量％以下和V :0. 5質(zhì)量％以下中的一種或兩種以 上。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的彈簧鋼，其特征在于，所述成分組成還含有B : 0. 005質(zhì)量％以下。
【文檔編號(hào)】C21D9/02GK104114732SQ201380009193
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月14日
【發(fā)明者】本莊稔, 上井清史, 三田尾真司 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社