剝皮性優(yōu)異的高強度彈簧用鋼線材和高強度彈簧的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的高強度彈簧用鋼線材是熱軋后的鋼線材，其具有規(guī)定的化學成分組成，是珠光體面積率為90％以上的組織，珠光體團的粒度編號的平均值Pave滿足下述(1)式，并且表層的全脫碳層深度在0.20mm以下，且Cr系合金碳化物量相對于所述鋼線材總質量為7.5％以下。6.0≤Pave≤12.0...(1)。高強度彈簧用鋼線材和以該高強度彈簧用鋼線材為原材而得到的高強度彈簧，除了剝皮性和剝屑排出性良好以外，還發(fā)揮著在SV處理時不會發(fā)生斷線這樣的良好的SV處理性。
【專利說明】剝皮性優(yōu)異的高強度彈簧用鋼線材和高強度彈簧

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及作為汽車的離合器、發(fā)動機、燃料噴射裝置、懸掛機構等所使用的高強度彈簧(特別是閥彈簧)的原材有用的高強度彈簧用鋼線材和高強度彈簧，特別是涉及在剝皮工序中能夠發(fā)揮良好的剝皮性的高強度彈簧用鋼線材和由該高強度彈簧用鋼線材得到的高強度彈簧。

【背景技術】
[0002]在上述這樣的環(huán)境下使用的彈簧，由于長期在高應力下使用，所以要求有高水平的耐疲勞特性。為了改善耐疲勞特性，而要求優(yōu)異的表面性狀和優(yōu)異的夾雜物控制。其中對于表面性狀而言，雖然在彈簧成形后會通過噴丸硬化和氮化處理等進行平坦化和硬化處理，但如果有僅僅數(shù)十微米左右的瑕疵殘存或發(fā)生，則在彈簧的使用中會發(fā)生以表面瑕疵為起點的折損。
[0003]因此，會實施除去軋制后的線材表層的脫碳部和線材表層的微細瑕疵的剝皮處理(以下，稱為“SV處理”)。該SV處理是使用削片機模具將線材的表層全周沿深度方向削去數(shù)百微米左右的處理，但在SV處理性(剝皮處理性)差的線材中，除了在SV處理中發(fā)生斷線以外，還有削片機模具的缺損，線材表面的雜亂，工具壽命變短等的問題。另外，在SV處理性差的線材中，用于細小地切斷剝屑而提高剝屑排出性的破碎機上會纏繞剝屑，若用于驅動破碎機的電機負荷過大，則也會產生由于裝置停止而成品率降低這樣的問題。
[0004]通過使SV處理性提聞,可以大幅提聞成品率及提聞品質。作為使SV處理性提聞的技術，組織控制和夾雜物組成控制等為主流的這樣的技術迄今為止也提出多種。
[0005]例如在專利文獻I中，提出使奧氏體結晶粒度粗大來改善被削性。但是，為了在彈簧鋼中實現(xiàn)高疲勞強度，需要微細的晶粒，另外若考慮SV處理、拉絲加工等制造性，則優(yōu)選微細的結晶粒度。
[0006]在專利文獻2中，通過規(guī)定氧化物系夾雜物的組成和存在于表層的氧化物系夾雜物的尺寸、分布密度而使SV處理性提高。但現(xiàn)狀是，使SV處理性降低的要因是影響組織的延展性、韌性的合金系碳化物、氮化物等的影響大。
[0007]另一方面，在專利文獻3中，通過規(guī)定機械特性來提高SV處理性，但在此技術中，合金添加量變多，而在合金系碳化物和氮化物等的析出多的彈簧鋼中，現(xiàn)狀是只滿足機械特性并不能改善SV處理性。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2000-256785號公報
[0011]專利文獻2:日本特開2010-222604號公報
[0012]專利文獻3:日本特開2000-239797號公報
[0013]發(fā)明所要解決的課題
[0014]特別在閥彈簧中，需要高疲勞強度、高疲勞壽命。為了滿足這些特性，要求彈簧的表面性狀良好，為了除去軋制材的脫碳層和表面瑕疵而實施SV處理。此SV處理由用于提高軋制材的正圓性并防止削偏的光整工序、和使用了削片機模具的剝皮工序構成，為了防止光整工序中的斷線，要求軋制時適當控制傳送機上的冷卻條件，使得軋制材組織中不含過冷組織(貝氏體和馬氏體)。
[0015]另外，在用削片機模具的剝皮工序中，要求能夠對2噸卷材的全長進行剝皮且沒有劃痕等，有穩(wěn)定的線材表皮品質。因此，在軋制材組織，除了不含容易成為斷線的原因的過冷組織以外，需要難以使削片機模具發(fā)生缺損、對工具的負荷小等、剝皮性優(yōu)異的軋制材。此外，雖然利用削片機模具剝皮時產生的剝屑會利用破碎機細小地切斷后排出，但也需要容易被破碎機切斷的剝屑，即需要剝屑的排出性良好。


【發(fā)明內容】

[0016]本發(fā)明為了解決這樣的現(xiàn)有技術中的課題而完成的，其目的在于，提供一種剝皮性和剝屑排出性良好，且在SV處理時不發(fā)生斷線這樣的、能夠發(fā)揮良好的SV處理性的高強度彈簧用鋼線材、以及以這樣的高強度彈簧用鋼線材作為原材而得到的高強度彈簧。
[0017]用于解決課題的手段
[0018]能夠解決上述課題的本發(fā)明的高強度彈簧用鋼線材是熱軋后的鋼線材，在以下方面具有要點，分別含有C:0.4%以上且小于1.2% (表示“質量％”，對于化學成分組成，以下均同樣);Si:1.5 ~3.0% ；Mn:0.5 ~1.5% ；Cr:0.02 ~0.5%和 Al:0.010% 以下，余量由鐵和不可避免的雜質構成，是珠光體面積率為90%以上的組織，珠光體團的粒度編號的平均值Pave滿足下述(I)式,并且表層的全脫碳層深度在0.20mm以下,且Cr系合金碳化物量相對于所述鋼線材總質量在7.5%以下。
[0019]6.0 ^ Pave ^ 12.0...(I)
[0020]在本發(fā)明的高強度彈簧用鋼線材中，根據(jù)需要，還含有如下成分也有效:(a)V:0.5%以下(不含0% )和Nb:0.5%以下(不含0% )中的至少一種；(b)Mo:0.5%以下(不含 0% ) ; (c)N1:1.0% 以下(不含 0% ) ； (d) Cu:0.5% 以下(不含 0% ) ；(e)B:0.010% 以下(不含0% )等，根據(jù)所含有的成分，高強度彈簧用鋼線材的特性得到進一步改善。
[0021]在本發(fā)明中，還包含由上述這樣的高強度彈簧用鋼線材得到的高強度彈簧。
[0022]發(fā)明效果
[0023]在本發(fā)明中，通過適當?shù)卣{整化學成分組成而使制造條件恰當，能夠實現(xiàn)如下的高強度彈簧用鋼線材，即，由于成為珠光體面積率在90%以上的組織，并且使珠光體團粒度編號的平均值Pave為規(guī)定范圍，且適當?shù)乜刂票韺尤撎紝由疃群虲r系合金碳化物量，因此能夠實現(xiàn)剝皮性和剝屑排出性良好，除此之外，在SV處理時也不會發(fā)生斷線，能夠發(fā)揮良好的SV處理性的高強度彈簧用鋼線材，這樣的高強度彈簧用鋼線材作為用于制造高強度彈簧的原材極其有用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是表示評價用試料的取樣方法(環(huán)分割位置)的說明圖。
[0025]圖2是示意性地表示線材的組織觀察位置的橫截面圖。
[0026]圖3是示意性地表示線材的表面脫碳觀察位置的橫截面圖。
[0027]圖4是表示試驗N0.2 (發(fā)明例)中的破碎機電流值的位移的圖形。
[0028]圖5是表示試驗N0.27 (比較例)中的破碎機電流值的位移的圖形。

【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明人為了實現(xiàn)適合上述目的的高強度彈簧用鋼線材，從各種角度進行了研究。其結果表明，通過適當控制構成軋制材的化學成分組成、組織、珠光體團的粒度編號、表層脫碳深度和軋制材表層的Cr系合金碳化物量等，除了剝皮性和剝屑排出性良好以外，還有SV處理時還不會發(fā)生斷線這樣的SV處理性飛躍性地提高。需要說明的是，以下將包含剝皮性和剝屑排出性在內，稱為“SV處理性”。接下來，對于本發(fā)明中規(guī)定的各要件進行說明。
[0030][珠光體面積率為90%以上的組織]
[0031]本發(fā)明的鋼線材(熱軋后的鋼線材:軋制線材)，是珠光體面積率在90%以上的組織。所謂具有珠光體面積率為90%以上的組織的軋制線材，意思是在軋制線材橫載面中所占的貝氏體、馬氏體的過冷組織和鐵素體的面積率在10%以下的軋制線材。珠光體面積率在90%以上的軋制線材可以在SV處理時不斷線地進行SV處理，但是對于貝氏體、馬氏體等過冷組織以面積率計生成了 10%以上的軋制線材而言，則變得缺乏延展性、韌性，在SV處理時發(fā)生斷線等，SV處理性變差。
[0032]另外，鐵素體沒有比貝氏體和馬氏體等過冷組織那樣使SV處理性降低，雖然也可以含有一部分，但是若其量過剩，則組織不均勻，因為對于SV處理性來說不優(yōu)選。從這一觀點出發(fā)，在本發(fā)明的鋼線材中，優(yōu)選珠光體的面積率為90面積％以上。珠光體的面積率，更優(yōu)選為92面積％以上(進一步優(yōu)選為95面積％以上)。
[0033][珠光體團的粒度編號的平均值Pave:6.0 ( Pave ( 12.0]
[0034]珠光體團的粒度編號(以下，稱為“珠光體團尺寸”)的平均值Pave，對軋制線材的延展性產生顯著影響。珠光體團尺寸小的軋制線材缺乏延展性，成為SV處理中的斷線原因。另外，珠光體團尺寸越大，延展性越提高，但是，為了使珠光體團極度微細，需要使熱軋中的載置溫度極端降低，且為了急冷而需要過大的冷卻設備，因此現(xiàn)實上難以制造。從這一觀點出發(fā)，珠光體團尺寸的平均值Pave為6.0≤Pave ^ 12.00優(yōu)選為7.0≤Pave≤11.0。
[0035][表層的全脫碳層深度:0.20mm以下]
[0036]表層的脫碳，通常通過SV處理來除去，但若表層全脫碳層深，則SV處理時產生的剝屑的延展性變高，因此由切屑破碎機進行的剝屑的切斷性變差，剝屑排出性降低，從而SV處理性降低。另外表層全脫碳層深時，在SV處理后仍會殘存表層全脫碳層，使彈簧的疲勞強度顯著降低。因此，表層全脫碳層深度為0.20mm以下。優(yōu)選為0.15mm以下(更優(yōu)選為
0.10mm 以下)。
[0037][Cr系合金碳化物量相對于鋼線材總質量< 7.5質量％ ]
[0038]Cr系合金碳化物比鐵系碳化物明顯堅硬，因此少量的析出就會引起削片機刀頭的缺損、削片機模具的壽命降低和切屑排出性的劣化等，使SV處理性降低。因此，使Cr系合金碳化物量相對于鋼線材總質量的上限為7.5%。Cr系合金碳化物量優(yōu)選為5.0%以下(更優(yōu)選為4.0%以下)。需要說明的是，本發(fā)明中的主旨是，作為對象的Cr系合金碳化物基本上是含有Cr為主體的碳化物，但含有V、Nb、Mo等碳化物形成元素時，也包含與它們復合的復合合金碳化物。另外，Cr系合金碳化物量中包含微量的氮化物和碳氮化物。
[0039]制造上述這樣的高強度彈簧用鋼線材時，也需要適當控制其制造條件。用于制造高強度彈簧用鋼線材的步驟如下。首先，熱軋具有規(guī)定的化學成分組成的鋼坯，加工成期望的線徑。關于軋制時的加熱溫度，若過高，則伴隨舊奧氏體結晶粒度的粗大化，成為組織脆化的原因，使SV處理性降低。若加熱溫度過低，則鋼材的變形阻力提高，因此軋制機的負荷提高，使制造性降低。因此，軋制前的加熱溫度優(yōu)選為900°c以上且1100°C以下。更優(yōu)選為950°C以上且1050°C以下。
[0040]接著，使熱軋后的鋼線材成為卷狀而載置于冷卻傳送機上，但這時的溫度(載置溫度)若超過1100°C，則舊奧氏體結晶粒度粗大化，伴隨珠光體團尺寸的粗大化而成為組織脆化的原因，另外若低于860°c，則容易發(fā)生深的表層脫碳，另外變形阻力提高，容易發(fā)生卷取形狀不良。由此情況出發(fā)，載置溫度優(yōu)選為860~1100°C，通過控制在這一溫度范圍內，能夠抑制珠光體團尺寸的粗大化和表層脫碳。載置溫度更優(yōu)選為900°C以上且1050°C以下。
[0041]傳送機載置后，至作為珠光體相變的結束溫度域的6 O (TC的平均冷卻速度為
1.(TC/秒以上(優(yōu)選為3.5°C/秒以上)且10°C/秒以下(優(yōu)選為8°C/秒)，能夠得到珠光體主體的組織，且是珠光體團尺寸的粗大化受到抑制的軋制材組織。另外，從低于600°C至400°C的平均冷卻速度為3°C/秒以上(優(yōu)選為3.5°C/秒以上)且10°C/秒以下(優(yōu)選為8°C /秒以下)，通過冷卻至400°C以下(優(yōu)選為375°C以下)，從而能夠得到抑制了在珠光體主體的組織中的Cr系合金碳化物析出的、SV處理性優(yōu)異的軋制線材。
[0042]本發(fā)明的高強度彈簧用鋼線材為了發(fā)揮作為最終制品(高強度彈簧)的特性，需要適當調整其化學成分組成。其化學成分組成的各成分(元素)的范圍限定理由如下。
[0043][C:0.4% 以上且小于 1.2% ]
[0044]C是確保鋼材的基本的強度，對于彈簧的強度、耐永久殘余應變性的上升有效的元素，為此需要使其含有0.4%以上。伴隨C含量的增加，彈簧的強度、耐永久殘余應變性提高，但若過剩，則粗大滲碳體大量析出，延展性、韌性降低，對彈簧加工性和彈簧特性造成不利影響。從這一觀點出發(fā)，C含量需要小于1.2%。C含量的優(yōu)選的下限為0.5%以上，優(yōu)選的上限為1.0%以下。
[0045][S1:1.5 ~3.0% ]
[0046]Si是用于鋼的脫氧所需要的元素，另外也是用于確保彈簧的強度、硬度和耐永久殘余應變性所需要的元素。為了發(fā)揮這些效果，需要使Si含有1.5%以上。但是，若Si含量過剩，則不僅使材料硬化，而且使延展性、韌性降低，除此之外，表面的脫碳增加而使SV處理性和疲勞特性降低，因此需要為3.0%以下。Si含量的優(yōu)選的下限為1.6%以上(更優(yōu)選為1.7%以上)，優(yōu)選的上限為2.8%以下(更優(yōu)選為2.5%以下)。
[0047][Mn:0.5 ~1.5% ]
[0048]Mn也與Si同樣，是用于鋼的脫氧所需要的元素，另外將鋼中的S作為MnS固定，此外還提高淬火性而有助于彈簧強度的提高。為了發(fā)揮這些效果，需要含有0.5%以上。但是，若Mn含量過剩，則淬火性過度提高，容易生成馬氏體、貝氏體等過冷組織。因此，Mn含量需要為1.5%以下。Mn含量的優(yōu)選的下限為0.6%以上(更優(yōu)選為0.7%以上)，優(yōu)選的上限為1.4%以下(更優(yōu)選為1.3%以下)。
[0049][Cr:0.02 ~0.5% ]
[0050]Cr使淬火性和回火軟化阻抗提高，使彈簧強度提高，除此之外，還使C的活度降低，具有防止軋制時和熱處理時的脫碳的效果。但是，若Cr的含量過剩，則Cr系合金碳化物、氮化物、碳氮化物的析出過剩，使SV處理性降低。因此，Cr含量需要為0.5%以下(優(yōu)選的上限為0.45%以下(更優(yōu)選為0.40%以下)。)。為了發(fā)揮上述效果，Cr含量為0.02%以上。Cr含量的更優(yōu)選的下限為0.05%以上(進一步優(yōu)選為0.10%以上)。
[0051][Al:0.010% 以下]
[0052]Al是脫氧元素，在鋼中形成Al2O3和AlN的夾雜物。這些夾雜物使彈簧的疲勞壽命顯著降低，因此Al應該極力減少。從這一觀點出發(fā)，Al含量需要為0.010%以下，優(yōu)選為0.008%以下。更優(yōu)選為0.005%以下。
[0053]本發(fā)明的高強度彈簧用鋼線材中的基本成分如上所述，余量是鐵和不可避免的雜質(例如，P、s等)。在本發(fā)明的高強度彈簧用鋼線材中，根據(jù)需要，還可以含有如下元素:(a)V:0.5%以下(不含0% )和Nb:0.5%以下(不含0% )中的至少一種；(b)Mo:0.5%以下(不含 0% ) ; (c)N1:1.0% 以下(不含 0% ) ;(d)Cu:0.5% 以下(不含 0% ) ；(e)B:
0.010%以下(不含0%)等，根據(jù)所含有的元素的種類，鋼線材的特性得到進一步改善。這些元素的優(yōu)選范圍設定理由如下所述。
[0054][V:0.5%以下(不含0% )和Nb:0.5%以下(不含0% )中的至少一種]
[0055]V和Nb均具有在熱軋和淬火回火處理中使晶粒微細化的作用，使延展性、韌性提高。其中V在彈簧成形后的去應力退火時發(fā)生二次析出硬化，還具有有助于提高彈簧的強度的效果。但是，若過剩地含有，則Cr與V和Nb的復合合金碳化物的析出過剩，使SV處理性降低。因此，均優(yōu)選含量在0.5%以下。用于發(fā)揮上述效果的優(yōu)選的下限均為0.05%以上(更優(yōu)選為0.10%以上)，更優(yōu)選的上限均為0.45%以下(進一步優(yōu)選為0.40%以下)。
[0056][Mo:0.5% 以下(不含 0% )]
[0057]Mo在彈簧成形后的去應力退火時發(fā)生二次析出硬化而有助于彈簧的強度的提高。但是，若Mo含量過剩，則Cr與Mo的復合合金碳化物的析出過剩，使SV處理性降低。因此，Mo含量優(yōu)選為0.5%以下。用于發(fā)揮上述效果的優(yōu)選的含量為0.05%以上。Mo含量的更優(yōu)選的下限為0.10%以上，更優(yōu)選的上限為0.45%以下(進一步優(yōu)選為0.40%以下)。
[0058][N1:1.0% 以下(不含 0% )]
[0059]Ni除了抑制熱軋時的脫碳以外，還有助于淬火回火后的延展性、韌性和耐腐蝕性的提高。但是，若含量過剩，則淬火性過度提高，因此容易生成馬氏體、貝氏體等過冷組織。另外，在作為OT線(油回火線)的制造工序的淬火回火中，殘留奧氏體過度生成，因此使彈簧的耐永久殘余應變性顯著降低。因此，Ni含有優(yōu)選為1.0%以下。Ni含量的優(yōu)選的下限為0.05%以上(更優(yōu)選為0.10%以上)，更優(yōu)選的上限為0.9%以下(進一步優(yōu)選為0.8%以下)。
[0060][Cu:0.5% 以下(不含 0% )]
[0061]Cu除了抑制熱軋時的脫碳以外，還有助于耐腐蝕性的提高。但是，若過剩地含有，則使熱延展性降低，熱軋時有產生裂紋的危險。因此，優(yōu)選Cu添加量為0.5%以下。Cu含量的優(yōu)選的下限為0.05%以上(更優(yōu)選為0.1%以上)，更優(yōu)選的上限為0.45%以下(進一步優(yōu)選為0.40%以下)。
[0062][B:0.010% 以下(不含 0% )]
[0063]B具有提高淬火性和通過使奧氏體結晶晶界潔凈化而提高延展性、韌性的效果。但是，若過剩地含有，則Fe與B的復合化合物析出，有引起熱軋時的裂紋的危險。另外，因為淬火性過度提高，所以容易生成馬氏體、貝氏體等過冷組織。因此，B含量優(yōu)選為0.010%以下。B含量的優(yōu)選的下限為0.0010%以上(更優(yōu)選為0.0015%以上，進一步優(yōu)選為
0.0020%以上)，更優(yōu)選的上限為0.0080%以下(進一步優(yōu)選為0.0060%以下)。
[0064]本發(fā)明的高強度鋼線材預想為熱軋后的鋼線材，該高強度鋼線材通過其后實施剝皮處理、退火、拉絲前處理(酸洗處理)、拉絲、卷繞、淬火回火處理、表面處理等，被成形為高強度彈簧。按照這樣得到的高強度彈簧發(fā)揮著良好的特性。
[0065]實施例
[0066]以下，列舉實施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明當然不受下述實施例限制，在能夠符合前、后述的主旨的范圍內當然也可以適當加以變更而實施，這些均包含在本發(fā)明的技術范圍內。
[0067]用轉爐熔煉下述表1、2中所示的化學成分組成的鋼錠后，對該鋼錠進行開坯軋制而制作截面為155mmX 155mm的鋼坯，加熱到1000°C后進行熱軋，以下述表3、4中所示的傳送機載置溫度(軋制后的載置溫度)、以平均冷卻速度(從載置溫度至600°C，以及從低于600°C至400°C的平均冷卻速度)進行冷卻，制造線徑:8.ΟπιπιΦ ,單重2ton的卷材(試驗N0.1 ~31)。
[0068][表 I]
[0069]

【權利要求】
1.一種剝皮性優(yōu)異的高強度彈簧用鋼線材，其特征在于，是熱軋后的鋼線材，以質量％計分別含有c:0.4%以上且小于L 2% ；S1:L 5~3.0% ；Mn:0.5~L 5% ；Cr:0.02~0.5%和Al:0.010%以下，余量由鐵和不可避免的雜質構成，是珠光體面積率在90%以上的組織，珠光體團的粒度編號的平均值Pave滿足下述(I)式，并且表層的全脫碳層深度在0.20mm以下，且Cr系合金碳化物量相對于所述鋼線材總質量為7.5%以下，
6.0 ≤ Pave ≤ 12.0...(I)。
2.根據(jù)權利要求1所述的高強度彈簧用鋼線材，其中，以質量％計含有V:0.5%以下且不含0%和Nb:0.5%以下且不含0%中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的高強度彈簧用鋼線材，其中，以質量％計含有Mo:0.5%以下且不含0%。
4.根據(jù)權利要求1所述的高強度彈簧用鋼線材，其中，以質量％計還含有N1:1.0%以下且不含0%。
5.根據(jù)權利要求1所述的高強度彈簧用鋼線材，其中，以質量％計還含有Cu:0.5%以下且不含0%。
6.根據(jù)權利要求1所述的高強度彈簧用鋼線材，其中，以質量％計還含有B:0.010%以下且不含0%。
7.一種高強度彈簧，是由權利要求1~6中任一項所述的高強度彈簧用鋼線材得到的。
【文檔編號】C21D8/06GK104169453SQ201380015707
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權日:2012年3月30日
【發(fā)明者】大浦宏之, 吉原直 申請人:株式會社神戶制鋼所