具有優異的線材軋制性能的高強度彈簧鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具有優異的線材乳制性能的高強度彈簧鋼。
【背景技術】
[0002] 在為了滿足對車輛（汽車）減重的需求而試圖減輕懸簧的重量時，人們期望研制 出能夠具有高設計應力的彈簧。為了提高彈簧的設計應力，需要在彈簧的各種特性方面進 行改進，更具體而言，必須添加合金元素。例如，在想要改進沉降性（settling property) 時，可以考慮添加 Si，而想要提高耐腐蝕性時，可以考慮添加諸如Cu、Ni或Cr之類的元素。
[0003] 順便提及的是，為了提高彈簧特性而提高合金元素的添加量傾向于產生損害，例 如在線材乳制后的冷卻過程中發生鐵素體脫碳和貝氏體的形成。前者的損害對于將進行噴 丸加工的彈簧而言是致命的，而后者的損害在二次加工時可能成為有害的因素，因此避免 這兩種損害是重要的。作為避免這兩種損害的技術，已知的有（例如）在下面的專利文獻 1和2中描述的技術。
[0004] 下面的專利文獻1公開了這樣一種技術，在熱乳下于1，170°C以上的溫度下加熱 鋼材至少2分鐘，在乳制后于750°C至600°C的溫度范圍內以5°C /分至300°C /分的平均 冷卻速率冷卻該材料，并進一步采用除銹工藝。下面的專利文獻2公開了在如下條件下進 行熱乳的技術：在加熱均熱爐出鋼（furnace extraction)之后，將精加工（finishing)之 前的溫度設為小于1，〇〇〇°C，將終乳之后的鋼材在1，000°C至1，150°C的溫度范圍內保持5 秒以內，隨后將其卷繞，其后以2 °C /秒至8 °C /秒的冷卻速率將卷繞后的鋼材冷卻至750 °C 以下，并在卷繞后花費150秒以上的時間進一步逐步冷卻至600°C。
[0005] 專利文獻1 :日本專利No. 4031267
[0006] 專利文獻2 :日本專利No. 5330181
【發明內容】
[0007] 然而，專利文獻1和2中公開的技術均要求執行各自特定的乳制工藝。由此，人們 希望通過調節鋼材的化學組成而不是采用提供特定乳制工藝的技術來避免鐵素體脫碳的 發生和貝氏體的形成，由此研制出了具有優異的線材乳制性能的高強度彈簧鋼。
[0008] 在以上境況的背景下完成了本發明，并且本發明的目的是通過調節鋼材的化學組 成來避免鐵素體脫碳的發生和貝氏體的形成，從而提供一種具有優異的線材乳制性能的高 強度彈簧鋼。
[0009] BP，本發明涉及以下項目1至4。
[0010] 1. -種具有優異的線材乳制性能的高強度彈簧鋼，以質量％計，其主要包含：
[0011] C :0. 40%至 0. 65% ;
[0012] Si :1· 20%至 2. 80% ;
[0013] Μη :0· 30%至 1. 20% ;
[0014] P :0.020% 以下；
[0015] S :0.020 % 以下；
[0016] Cu :0.40% 以下；
[0017] Ni :0.80% 以下；
[0018] Cr :0.70% 以下；
[0019] Ti :0· 060%至 0· 140% ;
[0020] A1 :0.10% 以下；
[0021] N :0· 010% 以下；以及
[0022] 0:0.0015% 以下，
[0023] 并且可任選地包含：
[0024] 8:0.0005%至 0.0050%，
[0025] 余量為Fe和不可避免的雜質，
[0026] 其中，以質量％計，所指定的化學組分的含量滿足下面表達式⑴至⑶：
[0027] XI = 0. 14X [Si] -0. 11 X [Μη] -〇. 05 X [Cu] -〇. 11 X [Ni] -〇. 03 X [Cr] +0. 02^0.2
[0028] …表達式⑴
[0029] X2 = ( α -500) / β 彡 3· 0...表達式（2)
[0030] α = 912-231Χ [C]+32X [Si]-20X [Μη]-40Χ [Cu]-18X [Ni]-15X [Cr]
[0031] β = 10' (0. 322-0. 538X [C]+0. 018X [Si]+1. 294X [Mn]+0. 693X [Cu]
[0032] +0· 609 X [Ni] +0· 847 X [Cr])
[0033] X3 = 31 X [C] +2. 3 X [Si] +2. 3 X [Mn] +1. 25 X [Cu] +2. 68 X [Ni] +3. 57 X [Cr]
[0034] -6X [Ti]彡 24. 0..·表達式（3)。
[0035] 2.根據條款1所述的具有優異的線材乳制性能的高強度彈簧鋼，具有53. 0 HRC以 上的400 °C回火硬度。
[0036] 3.根據條款1或2所述的具有優異的線材乳制性能的高強度彈簧鋼，具有9以上 的晶粒度。
[0037] 本發明的發明人發現，可以用公式（表達式（1))表示鐵素體脫碳深度與參數（XI) 之間的關系，其中參數（XI)通過將鋼材的各化學組分對深度的貢獻度轉化為數值來確定； 可以用公式（表達式（2))表示線材乳制后在普通冷卻速率下冷卻時貝氏體的形成與參數 (X2)之間的關系，其中參數（X2)通過將鋼材的各化學組分對貝氏體形成的貢獻度轉化為 數值來確定；并且可以用公式（表達式（3))表示在400°C下進行回火處理時的硬度與參數 (X3)之間的關系，其中參數（X3)通過將鋼材的各化學組分對硬度的貢獻度轉化為數值來 確定。即，通過調節鋼材中的化學組分的含量使其滿足上式（1)至（3)，可以獲得具有優異 的線材乳制性能的高強度彈簧鋼。
[0038] 附圖簡要說明
[0039] 圖1是用于說明表達式（1)的情況的圖。
[0040] 圖2是用于說明表達式（2)的情況的圖。
[0041] 圖3是用于說明表達式（3)的情況的圖。
[0042] 圖4是示出將Ti含量的下限設為0. 060質量％的原因的圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面是對本發明的高強度彈簧鋼的組合物中各化學組分（元素）進行限定的原因 和條件的描述。順便提及，各組分的含量以質量％示出，并且"質量％ "等同于"重量％ "。
[0044] (1)C :0· 40%至 0· 65%
[0045] C是確保彈簧鋼的強度所必要的元素。當C含量低于0. 40%時，不可能達到預定 的彈簧強度。另一方面，當C的添加量超過0. 65%時，會導致韌性和疲勞特性的劣化，因此 將C含量的上限設為0. 65%。C含量優選為0. 45%至0. 60%。
[0046] (2) Si :1· 20 % 至 2. 80%
[0047] Si元素可有效增強彈簧鋼的耐沉降性（settling resistance)。因此Si的添加 量為1. 20%以上。然而，添加超過2. 80%的Si往往不僅導致沉降性的劣化，還會導致鐵 素體脫碳的發生，因此Si含量的上限設為2. 80%。Si含量優選為大于1. 50%且小于等于 2. 50 %，更優選為大于2. 00 %且小于等于2. 50 %。
[0048] (3)Μη :0· 30%至 1. 20%
[0049] Μη以MnS的形式起到了固定S (其為降低韌性的元素）的作用。Μη還充當淬火性 能改良劑。為了充分發揮這些功能，Μη的添加量為0. 30%以上。然而，Μη的添加量超過 1. 20 %會導致韌性的劣化，因而將Μη含量的上限設為1. 20%。Μη含量優選大于0. 50 %且 小于等于1. 10%，更優選小于1. 00%。
[0050] (4)Ρ :0· 020% 以下
[0051] 由于Ρ使晶體晶界脆化，因此須要將其含量最小化。只要Ρ的含量為0. 02%以下， 則對晶界強度降低的影響是輕微的，同時從工業的觀點來看，極度降低Ρ含量是不利的，這 是因為會導致熔煉工序的延長，從而造成成本提高。
[0052] (5)S :0· 020% 以下
[0053] S不可避免地存在于鋼之中，并且如上所述會與Μη結合形成MnS夾雜物，這成為應 力集中的起點。過高的S含量不僅提高了 MnS夾雜物的量，還會導致疲勞強度的減小。然 而，只要S含量為0. 020%以下，則疲勞強度的減小就是極為微小的。
[0054] (6)(：11:0.40%以下
[0055] Cu元素可有效提高耐腐蝕性。另外，其還能夠有效防止鐵素體脫碳。Cu含量優選 為 0· 20%至 0· 37%。
[0056] (7)Ni :0· 80% 以下
[0057] Ni元素可有效提高耐腐蝕性。另外，其還能夠有效防止鐵素體脫碳。然而，Ni的 加入會導致成本提高，因而將Ni含量的上限設為0. 80 %。Ni含量優選為0. 50 %至0. 75 %。
[0058] (8)0:0.70%以下
[0059] Cr元素可有效提高耐腐蝕性。另外，其還能夠有效調節淬火性能。Cr的過量添加 會導致明顯的腐蝕坑的形成，因而將Cr含量的上限設為0. 70%。Cr含量優選為0. 20%至 0· 50%〇
[0060] (9)11:0.060%至0.140%
[0061] Ti是易于形成碳化物的元素。Ti類碳化物會促進晶粒的精細化并增強疲勞特性、 延遲斷裂特性和耐沉降性。因此，Ti的添加量為0. 060 %以上。然而，當Ti含量超過0. 140 % 時，Ti的添加效果飽和；相反，會導致乳制性能劣化。因此將Ti含量的上限設為0. 140%。 Ti含量優選為0. 080%至0. 120%。將Ti含量的下限設為0. 060%的原因將在后面說明。
[0062] (10)A1 :0· 10% 以下
[0063] A1元素在液態鋼處理過程中充當脫氧劑。然而，當A1的添加量超過0. 10%時，夾 雜物增加，由此會導致疲勞強度的降低。因此將A1含量的上限設為0. 10%。
[0064] (11)N :0· 010% 以下
[0065] N與Ti結合從而形成氮化物，導致疲勞強度的降低。因此將N含量的上限設為 0· 010%〇
[0066] (12)0 :0· 0015% 以下
[0067] 由于0會形成氧化物類夾雜物，因此將其含量設為0. 0015%以下。
[0068] (13)余量：Fe和不可避免的雜質
[0069] 順便提及，在表1中省略了關于Fe和不可避免的雜質的描述。
[0070] (14)滿足下面表達式（1)
[0071] XI = 0. 14X [Si] -0. 11 X [Μη] -〇. 05 X [Cu] -〇. 11 X [Ni] -〇. 03 X [Cr] +0. 02^0.2
[0072] …表達式⑴
[0073] 為了檢驗表達式（1)的充分性，進行了鐵素體脫碳的模擬。在模擬中，分別將具有 如表1所示化學組成的鋼樣品各自獨立地進行熔融成形、并熱乳成22_Φ的棒。其后，將 這些樣品加工成14mm Φ X 20mm規格的棒，將其在900°C下保持100分鐘，然后進行油冷卻， 從而對其進行熱處理。其后，對熱處理后的樣品進行鐵素體脫碳深度的測量