專利名稱：：油回火鋼絲及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種油回火鋼絲，尤其是有足夠韌性的，用作汽車引擎的閥彈簧的高強度彈簧材料的油回火鋼絲。汽車引擎的閥彈簧是在極苛刻的條件下使用的，在此條件下，它們承受高的應力和旋轉速度。尤其是，尺寸小，燃料消耗少的現(xiàn)代汽車引擎中所用的閥彈簧仍在比較惡劣的環(huán)境中使用。所以希望進一步提高這類閥彈簧材料的強度。由作閥彈簧的鉻-釩鋼油回火鋼絲或作閥彈簧的硅-鉻鋼的油回火鋼絲束形成閥彈簧?，F(xiàn)在致力于提高這些鋼絲材料的強度。但是強度被提高的鋼絲有低韌性和低延展性的傾向，從而當將其形成彈簧時易于破裂。為解決此問題，已審的日本專利公告3-6981提出控制釩含量和淬火條件以使晶粒度為10級或更大，借此保持鋼絲的高強度。出于同樣目的，未審的日本專利公開3-162550提出一種具有回火馬氏體的油回火鋼絲，即在回火后的基體中有5-20％的殘余奧氏體相。但在前者中，若晶粒度為10級或更大則不可能明顯提高強度和韌性。而在后者中，若大量存在殘余奧氏體相，則當此鋼絲被用作彈簧時，奧氏體可能轉變成馬氏體相。如果這種情況發(fā)生，則由于增加了體積，它會承受永久變形。也就是說，這種鋼絲抗永久變形的能力小。本發(fā)明的目的在于提供一種油-回火彈簧鋼絲，它可能會較小地經(jīng)受永久變形而有高的強度和韌性。由于我們努力的結果，我們發(fā)現(xiàn)，通過仔細地將殘余奧體相以1-5％體積比分散在回火馬氏體中，并通過將顆粒直徑0.05μm或更大的未溶的碳化物的密度控制在5個/μm2或更少(在組織觀察照片上的觀測結果)，在保持高的抗永久變形的同時提高韌性是可能的。按照本發(fā)明，提供了一種用含(重量％)0.5-0.8％C、1.2-2.5％Si、0.4-0.8％Mn、0.7-1.0％Cr、0.005％或更低Al和0.005％或更低Ti的鋼制成的高韌性油-回火彈簧鋼絲，該鋼在淬火和回火后有1-5％(體積)的殘余γ。此鋼還可含0.05-0.15％(重量)的釩，或還可含0.05-0.5％(重量，以下同)的Mo、0.05-0.5％的W及0.05-0.15％的Nb中的至少一種。按另一種方法，按在組織觀察照片上觀測到的顆粒直徑不小于0.05μm的未溶碳化物的密度為5個/μm2或更少，采取代對殘余γ含量的限制。按再一種方法，碳化物的密度和殘余γ的含量都受限制。本發(fā)明還提供一種在特定的淬火和回火條件下制造上述油-回火鋼絲的方法。現(xiàn)在我們解釋為何將此鋼的組成作如下限制1)C0.5-0.8％(重量)C基本上提高鋼絲的強度。若其含量低于0.5％，則鋼絲的強度將不足。另一方面，含大于0.8％C的鋼絲的韌性低。這樣的鋼絲由于其更易受損害所以是不夠可靠的。2)Si1.2-2.5％(重量)Si有助于提高鐵素體的強度，因而改善抗永久變形的能力。若其含量小于1.2％，則不能充分地達到此效果。若超過2.5％，熱和冷加工性能將下降。還有，這樣大的量將促進熱處理過程中的脫碳。3)Mn0.4-0.8％(重量)Mn改善鋼的硬化性能，而且通過固定鋼中的S而防止由S引起的任何有害作用。若其含量低于0.4％，則不能充分達到此效果。若超過0.8％，則韌性將下降。4)Cr0.7-1.0％(重量)象Mn一樣，Cr也改善鋼的硬化性能。它還用于通過熱軋后的鉛淬火提高鋼絲的韌性及提高淬火后的回火過程中的抗軟化的能力，因此提高此鋼絲的強度。若其含量低于0.7％，則不能充分地達到此效果。若超過1.0％，則Cr將妨礙碳化物轉入固溶體，由此使鋼絲強度下降。還有，這樣大的量將引起導致韌性下降的過份的回火作用。5)V0.05-.15％(重量)V有助于在回火過程中形成碳化物，從而提高鋼絲的抗軟化能力。若其含量小于0.05％，則這種作用是不充分的。若超過0.15％，則在為淬火而加熱的過程中形成大量碳化物，這將使鋼絲韌性下降。6)，Mo0.05-0.15％(重量)Mo有助于在回火過程中形成碳化物，從而提高鋼絲的抗軟化的能力。若其含量小于0.05％，則此作用不充分。若超過0.5％，則鋼絲的拉拔將變得困難。7)W0.05-0.15％(重量)W有助于在回火過程中形成碳化物，從而提高鋼絲的抗軟化的能力。若其含量小于0.05％，則此作用不充分，若超過0.15％，將在為淬火而加熱的過程中形成過大量的碳化物，結果鋼絲的韌性將下降。8)Nb0.05-0.15％(重量)Nb有助于在回火過程中形成碳化物，因而提高鋼絲的抗軟化能力。若其含量小于0.05％，則此作用不充分，若超過0.15％，則在為淬火而加熱的過程中形成過大量的碳化物，從而使鋼絲的韌性下降。9)Al、Ti0.005％(重量)或更少它們形成高熔點的非金屬夾雜物Al2O3和TiO、這些夾雜物是堅硬的，而且若其存在于靠近鋼絲表面處，則明顯降低疲勞強度。因此，雖然它們是不可避免的雜質，但其含量必須為0.005％或更少。為此應選擇含雜質較少的原料。10)將殘余r含量限于1-5％(體積)的原因存在于回火馬氏體中的殘余奧氏體相改善鋼絲的韌性。若其含量小于1％，則此作用不足。但若其含量大于5％，則由于鋼絲在用作彈簧時的馬氏體轉變，抗永久變形能力下降。11)，將來溶碳化物(顆粒尺寸為0.05μm或更大)數(shù)限于5個/μm2(對組織觀察照片的觀測)的原因顆粒直徑0.05μm或更大的未溶碳化物可能是形成彈簧時的破壞起始點。因此，作為對組織觀察照片的觀測結果，若這種碳化物數(shù)超過5個/μm2，則鋼絲的韌性將明顯下降。通過使鋼絲經(jīng)受下列熱處理可將殘余r含量和碳化物密度調到上述值。冷卻步驟開始前的淬火/回火步驟中的淬火加熱時間應在15秒之內。否則晶體將長得過大，結果使鋼絲韌性下降。若加熱速度為150℃/秒或更低，則不可能在冷卻步驟開始前在15秒的間隔內充分溶解碳化物。若加熱溫度為1100℃或更高，晶粒將長得過大，從而將使韌性下降或引起脫碳。若T(℃)等于500＋750·C＋500.V或更低(其中C是碳含量(重量)，而V是釩含量(重量))，則碳化物將不能充分溶解。淬火/回火步驟過程中的回火必須在冷卻步驟開始前15秒內完成，同時將加熱速度保持在150℃/秒或更高。否則，殘余奧氏體相將減少到小于1％(體積)的程度。通過熔煉、軋制、熱處理及拉拔表1所示化學成分的試樣而形成4.0mm直徑的鋼絲。在預定條件下使這些鋼絲淬火和回火后，用X-射線測量殘余γ相的量，和通過觀測鋼絲的組織測量碳化物的量。還有，使它們經(jīng)受拉伸試驗，以面積的縮減測量韌性。實施例1在示于表2的條件下使試樣A-I淬火和回火后，進行殘余γ測量和拉伸試驗。試樣A、B、C和I的結果示于表3。按照本發(fā)明的方法制成的試樣中的殘余γ是為1-5％(體積)。因此很明顯，其韌性是足夠高的。實施例2在示于表4的條件下使試樣A-I淬火和回火后，測量每個試樣中的碳化物量(0.05μm或更大的)，然后使試樣經(jīng)拉伸試驗。試樣A、B、D和H的結果示于表5。從表5可明顯看出，符合實施例2的，碳化物數(shù)為5個/μm2或更少的試樣韌性是足夠的。如上所述，本發(fā)明的油-回火彈簧鋼絲是高抗永久變形的和高強韌的。表1</tables>表2淬火/回火條件</tables>I.II實施例III.IV.V.VI對比例*加熱時間是開始加熱至開始冷卻的時間。表3殘余r和面縮率</tables>表4淬火/回火條件</table></tables>I實施例II.III.IV.V.VI對比例*加熱時間為自開始加熱至開始冷卻的時間。權利要求1.一種含(重量％)0.5-0.8％C、1.2-2.5％Si、0.4-0.8％Mn、0.7-1.0％Cr、0.005％或更少的Al及0.005％或更少的Ti的鋼制成的高韌性油-回火彈簧鋼絲，所述的鋼在淬火和回火后含1-5％(體積)的殘余γ。2按照權利要求1的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中所述鋼還含0.05-0.15％(重量)的V。3.按照權利要求1或2的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中所述鋼還含(重量％)0.05-0.5％Mo、0.05-0.15％W和0.05-0.15％Nb中的至少一種。4.用含(重量％)0.5-0.8％C、1.2-2.5％Si、0.4-0.8％Mn、0.7-1.0％Cr、0.005％或更少的Al和0.005％或更少的Ti的鋼制成的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中在淬火和回火后按組織觀察照片的觀測，顆料直徑不小于0.05μm的碳化物的密度為5個/μm2或更少。5.按照權利要求4的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中所述鋼還含0.05-0.15％(重量)的V。6.按照權利要求4或5的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中所述鋼還含(重量％)0.05-0.5％Mo、0.05-0.15％W和0.05-0.15％Nb中的至少一種。7.用含(重量％)0.5-0.8％C、1.2-2.5％Si、0.4-0.8％Mn、0.7-1.0％Cr、0.005％或更少的Al和0.005％或更少的Ti的鋼制成的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中，在淬火和回火后，所述鋼含1-5％(體積)的殘余γ，而按照組織觀察照片的觀察，顆粒直徑不小于0.05μm的碳化物密度為5個/μm2或更少。8.按照權利要求7的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中所述鋼還含0.05-0.15％(重量)的V。9.按照權利要求7或8的高韌性油-回火彈簧鋼絲，其中所述鋼還含(重量％)0.05-0.5％Mo、0.05-0.15％W和0.05-0.15％Nb中的至少一種。10.一種制造權利要求1-3中任一項的高韌性油-回火彈簧鋼絲的方法，其中淬火/回火步驟中的回火以150℃/秒或更高的加熱速度，在450-600℃的溫度下，自開始加熱至用冷卻劑，如水的冷卻步驟開始進行15秒鐘或更少。11.一種制造權利要求4-6中任一項的高韌性油火彈簧鋼絲的方法，其中淬火/回火步驟中的淬火通過加熱到不高于1100℃的溫度和不低于由T(℃)＝500＋750·c＋500·V確定的溫度，以150℃/秒或更高的加熱速度，自開始加熱至用水或油冷卻開始，進行15秒或更少的時間。12.一種制造權利要求7-9中任一項的高韌性油回火彈簧鋼絲的方法，其中淬火/回火步驟期間的淬火通過加熱到不高于1100℃的溫度和不低于由T(℃)＝500＋750·c＋500·V確定的溫度，以150℃/秒或更高的加熱速度，自開始加熱至開始用水或油冷卻，進行15秒或更少的時間，并且其中淬火/回火步驟中的回火以150℃/秒或更高的加熱速度加熱到450-600℃的溫度，自開始加熱至開始用冷卻劑，如水冷卻，進行15秒或更少的時間。全文摘要一種高韌性油－回火彈簧鋼絲，它不太可能永久變形并且是高強韌的。此鋼絲由含預定量的C、Si、Mn、Al和Ti的鋼制成，在此鋼中還選擇性地添加預定量的V、Mo、W和Nb。在淬火和回火后，殘余γ的含量為1-5％(體積)，和/或按組織觀察照片的觀測，顆粒直徑為0.05μm或更大的碳化物的密度為5個/μm文檔編號C22C38/34GK1152625SQ9611079公開日1997年6月25日申請日期1996年6月25日優(yōu)先權日1995年9月1日發(fā)明者松本斷,村井照幸,吉岡剛申請人:住友電氣工業(yè)株式會社