BR112013022762A2 - vergalhão de arame de aço para molas tendo excelente capacidade de trefilação do arame e excelentes características de fadiga depois da trefilação do arame, e arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabilidade de mola - Google Patents

Abstract

VERGALHÃO DE ARAME DE AÇO PARA MOLAS TENDO EXCELENTE CAPACIDADE DE TREFILAÇÃO DO ARAME E EXCELENTES CARACTERÍSTICAS DE FADIGA DEPOIS DA TREFILAÇÃO DO ARAME, E ARAME DE AÇO PARA MOLAS TENDO EXCELENTES CARACTERÍSTICAS DE FADIGA E EXCELENTE FORMABILIDADE DE MOLA Esse vergalhão de arame de aço para molas tendo excelente capacidade de trefilação do arame e excelentes características de fadiga depois da trefilação do arame e esse arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabilidade da mola são caracterizados por conter 0,50% ou mais, mas menos do que 0,70% de C, 1,0 - 2,5% de Si, 0,50 - 1,50% de Mn, 0,5% ou menos de Cr (incluindo 0%), 0,001 - 0,005% de B, 0,005% ou menos de N (excluindo 0%), 0,020% ou menos de P (excluindo 0%), 0,020% ou menos de S (excluindo 0%), 0,03% ou menos de Al (excluindo 0%) e 0,0020% ou menos de O (excluindo 0%), com o equilíbrio consistindo de ferro e impurezas inevitáveis e são caracterizados em que a razão de área da estrutura de perlita em toda a estrutura é 85% ou mais.

Description

'VERGALHÃO DE ARAME DE AÇO PARA MOLAS TENDO EXCELENTE , CAPACIDADE DE TREFILAÇÃO DO ARAME E EXCELENTES CARACTERÍSTICAS DE FADIGA DEPOIS DA TREFILAÇÃO DO ARAME, E ARAME DE AÇO PARA MOLAS " TENDO EXCELENTES CARACTERÍSTICAS DE FADIGA E EXCELENTE —FORMABILIDADE DE MOLA" Campo técnico A presente invenção refere-se a um vergalhão de arame de aço para molas tendo excelente capacidade de trefilação do arame e excelentes características de fadiga depois da trefilação do arame e um arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabilidade da mola, em particular para uma mola (mola trabalhada) submetida à trefilação a frio e usada.

Técnica precedente Uma mola de válvula, uma mola de embreagem e uma mola de suspensão usadas em um motor, uma embreagem e uma suspensão precisam ter uma resistência mais eleva- dade acordo com a redução do peso e aumento da tensão de um automóve! ou semelhan- te, Com isso, a tensão aplicada em uma mola aumenta e, portanto, uma mola com resistên- cia à fadiga excelente é desejada.

Nos anos recentes, uma mola de válvula ou uma mola de suspensão é principal- : ' mente fabricada de forma geral pela trefilação de um vergalhão de arame laminado a quente (vergalhão de arame de aço) para produzir um arame de aço e enrolamento em temperatu- ] ras ordinárias de um arame endurecido e temperado a óleo (arame OT) obtido pela aplica- ção do esfriamento e têmpera no arame de aço.

A estrutura do arame OT compreende prin- cipalmente uma estrutura de martensita temperada e, portanto, tem as vantagens de ser fácil garantir uma alta resistência e ser excelente na resistência à fadiga e resistência de sedimentação.

A desvantagem, entretanto, é que um equipamento extensivo e custo de pro- cessamento são necessários para o tratamento térmico do esfriamento e têmpera.

Entretanto, existe o caso da fabricação de uma mola usando um arame de aço (arame trefilado duro) trefilado, mas não submetido ao tratamento térmico a seguir e apli- cando o enrolamento a frio (abaixo uma mola obtida usando um arame de aço (arame trefi- | lado duro) treflado, mas não submetido ao tratamento térmico, a seguir como declarado ! acima é chamada como uma “mola trefilada dura” em alguns casos). Por exemplo, os Pa- drões Industriais Japoneses estipulam uma corda de piano da quinta classe como um arame de aço para uma mola de válvula ou um arame de aço em conformidade com o arame de aço particularmente em cordas de piano correspondendo com arames de aço (JIS G 3522). A vantagem de tal mola trefilada dura é que o custo de fabricação é baixo porque o tratamento térmico não é exigido.

O problema de uma mola trefilada dura ou um arame trefi- lado duro usado para a fabricação de tal mola, entretanto, é que as características de fadiga '

do nível correspondendo com o arame OT são dificilmente obtidas.

Adicionalmente, outro ' problema é que é provável que a dureza interna seja desigual e o comprimento livre varia durante a formação da mola (a saber, a formabilidade da mola é inferior). ' Em vista da situação acima, é desejado exibir excelente formabilidade de mola e excelentes características de fadiga no caso do uso não somente de um arame OT, mas também de um arame trefilado duro como um arame de aço usado para a formação da mola e, além disso, também é desejado um vergalhão de arame de aço usado para a fabricação de tal arame de aço.

Existe a Literatura de Patente 1 como um exemplo do objetivo de melhorar as ca- —racterísticas de fadiga de uma mola trefilada dura.

Na Literatura de Patente 1, uma fração de perita é estipulada em relação ao teor de carbono, ainda o tamanho do nódulo da perlita é reduzido usando V como um elemento essencial e, dessa forma, ambas, uma alta resistên- cia de 1.890 MPa ou mais de resistência de tração e resistência de sedimentação, são ga- rantidas no caso de um diâmetro de arame de 3,5 mm.

É estimado, entretanto, que a deteri- oração da capacidade da trefilação do arame não seja evitável se a resistência é aumentada meramente aumentando o teor de carbono.

Além disso, é estimado que um estudo adicional seja necessário se as características de fadiga devem ser aumentadas mais depois da trefi- lação do arame.

Além do mais, é estimado que, se V é adicionado como um elemento es- sencial, a capacidade de endurecimento tende a aumentar, portanto, a velocidade da trefila- ção do arame tem que se reduzida a fim de obter uma estrutura de perlita no tratamento térmico antes da trefilação do arame e, portanto, a produtividade deteriora e o custo de fa- bricação aumenta.

Entretanto, a Literatura de Patente 2 estimula a espessura máxima das inclusões do tipo de TIN, a fim de melhorar as características de fadiga de um vergalhão de arame —paramolas.

No caso de melhora adicional das características de fadiga depois da trefilação do arame, entretanto, a resistência à fadiga pode deteriorar possivelmente devido à ruptura por fadiga originada das inclusões do tipo TiN e, portanto, é estimado que um estudo a partir de outro ponto de vista tenha que ser executado a fim de melhorar mais as características de fadiga.

Lista de citação Literatura de Patente Literatura de Patente 1: JP-A No. 2002-180200 Literatura de Patente 2: JP-A No. 2009-024245 Sumário da invenção Problema técnico A presente invenção foi estabelecida a fim de resolver os problemas acima mencio- nados das tecnologias existentes e um objetivo dela é apresentar um vergalhão de arame

3/22 | de aço para molas tendo excelente capacidade de trefilação do arame e excelentes caracte- ' rísticas de fadiga depois da trefilação do arame e um arame de aço para molas tendo exce- | lentes características de fadiga e excelente formabilidade da mola. | ' Solução para o problema Um vergalhão de arame de aço para molas de acordo com a presente invenção que resolveu os problemas acima é caracterizado em que: * — overgalhãode arame de aço para molas contém 0,50% ou mais, mas menos do que 0,70% de C (% significa “% em massa”, o mesmo se aplicará a uma composição de componente químico abaixo), 1,0-25% de Si, j 0,50 — 1,50% de Mn, | 0,5% ou menos de Cr (incluindo 0%), : 0,0010 — 0,0050% de B, Í 0,0050% ou menos de N (excluindo 0%), ! 0,02% ou menos de P (excluindo 0%), 0,020% ou menos de S (excluindo 0%), 0,03% ou menos de Al (excluindo 0%) e 0,0020% ou menos de O (excluindo 0%), - ' com o equilíbrio consistindo de ferro e impurezas inevitáveis e a razão da área da estrutura de perlita em toda a estrutura é 85% ou mais.

Como o vergalhão de arame de aço para molas acima, é ainda desejável satisfazer que: o número de compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círculo de 100 nm ou mais, porém menos do que 1.000 nm existentes em uma estrutura de perlita seja 100 ou menos (incluindo 0) em um campo visual de observação de 2.000 um? e o nú- —merode compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círculo de 1.000 nm ou mais existentes na estrutura de perlita seja 10 ou menos (incluindo 0) em um campo visual de observação de 2.000 um?. Como o vergalhão de arame de aço para molas acima, é ainda desejável conter um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo de 0,05 — 0,40% de V e 0,05 — 0,80% deNie satisfazer que o N dissolvido seja 0,0020% ou menos (incluindo 0%). . A presente invenção inclui um arame de aço para molas obtido pelo uso de um ver- galhão de arame de aço para molas declarado acima e caracterizado em que a diferença entre a dureza Vickers (Hvs) em uma parte da superfície e a dureza Vickers (Hvh) em uma parte interna satisfaz a expressão (1) abaixo, (Hvs — Hvh) s 100 (1) (aqui, Hvs representa a dureza Vickers máxima na parte de D (chamada como o di- âmetro de um arame de aço, o mesmo se aplicará abaixo) / 16 em relação à parte de D/4 e |

Hvh representa a dureza Vickers mínima na parte de D/4 em relação à parte de D/2). ' Na presente invenção aqui, um “diâmetro equivalente do círculo” significa o diâme- " tro de um círculo tendo uma área idêntica a um composto químico do tipo BN.

Adicionalmen- ? te, um “composto químico do tipo BN" planejado da presente invenção permite incluir, além | das substâncias compreendendo BN (nitreto de boro), inclusões do composto, tal como substâncias principalmente contendo BN e compostos químicos de BN tendo MnS como os núcleos. | Efeitos vantajosos da invenção | Na presente invenção, desde que a composição do componente químico é ajustada apropriadamente e a razão da área de uma estrutura de perlita é ajustada, é possível mate- rializar um vergaihão de arame de aço para molas tendo excelente capacidade de trefilação do arame e excelentes características de fadiga depois da trefilação do arame e um arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabilidade dá mola.

Além do mais, é possível ainda meihorar as características de fadiga controlando a formados compostos químicos do tipo BN.

Um arame de aço para molas de acordo com a presente invenção pode ser usado como um arame de aço para molas para o enrolamento a frio que é submetido ao esfria- mento e ao tratamento de têmpera depois da trefilação do arame, um arame de aço para : molas para o enrolamento a frio que é usado diretamente como um arame de aço e um arame de aço para molas que é submetido ao esfriamento e tratamento de têmpera depois de formação da mola.

Ta! arame de aço para molas é útil como um material para uma mola de válvula, uma mola da embreagem e uma mola da suspensão usada em um motor, uma embreagem, uma suspensão, etc. | Breve descrição dos desenhos A figura 1 é uma fotografia observando a estrutura de um exemplo.

A figura 2 é um gráfico mostrando a relação entre AHV e a porcentagem de rejei- ções (número de rejeições por 100 peças) durante a formação da mola.

A figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre a resistência de tração e a resis- tência à fadiga de um arame OT.

A figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre a resistência de tração de um arame trefilado duro e a duração da fadiga de uma mola trefilada dura.

Descrição das modalidades Os presentes inventores fizeram estudos a partir de vários ângulos a fim de obter um vergalhão de arame de aço para molas tendo excelente capacidade de trefilação do aramee excelentes características de fadiga depois da trefilação do arame e um arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabilidade da mo- la.

Como um resultado, foi verificado que:

| 5/22 | (a) a fim de melhorar a capacidade de trefilação do arame de um vergalhão de " arame de aço para molas, é preferível (a-1) controlar a razão da área da estrutura de perlita em toda a estrutura para 85% ou mais e (a-2) satisfazer a composição do componente que : será descrita mais tarde, (a-3) a fim de ainda melhorar a capacidade da trefilação do arame deum vergalhãode arame de aço para molas, é preferível reduzir o teor de N dissolvido no | aço para 0,0020% ou menos, (b) a fim de melhorar as características de fadiga (características de fadiga de um vergalhão de arame de aço para molas depois da trefilação do arame, a saber, as caracte- | rísticas de fadiga de um arame de aço para molas e as características de fadiga de uma | 10 mola), é particularmente preferível satisfazer a composição do componente que será descri- ta mais tarde e a fim de ainda melhorar as características de fadiga, é preferível controlar os tamanhos e os números dos compostos químicos do tipo BN precipitados para faixas pres- critas e (c) a fim de melhorar a formabilidade da mola de um arame de aço para molas, é preferível reduzir a diferença entre a dureza Vickers (Hvs) em uma parte da superfície e a dureza Vickers (Hvh) em uma parte interna (abaixo citada como “AHV” em alguns casos) de modo a satisfazer a expressão (1) abaixo, (Hvs . Hvh) s 100(1).

As razões pelas quais a estrutura acima e a composição do componente são esti- : 20 —puladassão explicadas abaixo em detalhes.

Com relação às características de fadiga na presente invenção, a meta final é me- lhorar as características de fadiga de uma mola e, a fim de atingir a meta final, um arame de aço usado para fabricar a mola também tem que ter excelentes características de fadiga. À partir desse ponto de vista, as características de fadiga de um arame de aço para molas (um arame trefilado duro ou um arame OT obtido pela aplicação do tratamento térmico a ele) são melhoradas. Na presente invenção, as características de fadiga de uma mola e as caracte- rísticas de fadiga de um arame de aço (um arame trefilado duro ou um arame OT) são abai- xo chamadas meramente como “características de fadiga" ocasionalmente.

Razão de área da estrutura de perlita: 85% ou mais Na presente invenção, a razão da área da estrutura de perlita em toda a estrutura de um vergalhão de arame de aço para molas é definida em 85% ou mais.

Geralmente, como a estrutura de um vergalhão de arame de aço para molas, além da estrutura de perlita, ferrita pró-eutetoide e bainita são formadas. Se uma estrutura dife- rente da estrutura da perlita aumenta, entretanto, a quebra do arame pode ocorrer indeseja- velmente durante a trefilação do arame (a saber, a capacidade de trefilação do arame fica | inferior). Mesmo se ela para sem a quebra do arame, é provável que defeitos sejam causa- dos no interior e as características de fadiga deteriorem devido aos defeitos internos. Na presente invenção, a quebra do arame e os defeitos internos são reduzidos e a capacidade í de trefilação do arame e as características de fadiga são melhoradas aumentando a razão de área da estrutura da perlita, inibindo relativamente a ferrita e assim por diante e homoge- " neizando a estrutura.

A razão de área da estrutura da perlita é preferivelmente 87% ou mais, ainda preferivelmente 90% ou mais, ainda mais preferivelmente 91% ou mais e particular- mente preferido 93% ou mais.

Como estruturas diferentes da estrutura de perlita, ferrita pró-eutetoide, bainita, etc. são nomeados como dito acima e quanto menor a sua porcentagem, melhor.

A porcentagem é preferivelmente 10% ou menos no total, ainda preferivelmente 5% ou menos no total e particularmente preferível 0%. Na presente invenção, do ponto de vista de ainda melhorar as características de fa- diga, é preferível inibir os compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círculo de 100 nm ou mais.

É preferível que tais compostos quimicos do tipo BN tendo diã- metros equivalentes do círculo de 100 nm ou mais não existam, mas é possível inibir a in- fluência ao mínimo controlando-os nas faixas estipuladas na presente invenção como será descrito abaixo.

Aqui, desde que os compostos químicos do tipo BN dos tamanhos acima raramente existem nas estruturas diferentes da estrutura da perlita, os compostos químicos do tipo BN : dos tamanhos acima existentes em uma estrutura da perlita são estipulados na presente invenção. : Número dos compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círcu- lo de 100 nm ou mais, porém menos do que 1.000 nm existentes em uma estrutura da perli- ta é 100 ou menos (incluindo 0) em um campo visual de observação de 2,000 um? Na presente invenção, é possível melhorar as características de fadiga controlando o número dos compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círcuio de 100 nm ou mais, porém menos do que 1.000 nm existentes em uma estrutura de perlita para 100 ou menos (preferivelmente 70 ou menos e ainda preferivelmente 50 ou menos) em um campo visual de observação de 2.000 um?. Número dos compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círcu- Jlode1.000nm ou mais existentes em uma estrutura de perlita é 10 ou menos (incluindo 0) em um campo visual de observação de 2.000 um? É também importante impedir a precipitação dos compostos químicos do tipo BN de tamanhos relativamente grandes tendo diâmetros equivalentes do círculo de 1.000 nm ou mais.

A razão é que é provável que as características de fadiga deteriorem se o número de compostos químicos do tipo BN grossos precipitados aumenta.

Na presente invenção, o número de compostos químicos do tipo BN grossos existentes em uma estrutura de perlita é controlado para 10 ou menos (preferivelmente 8 ou menos e ainda preferivelmente 5 ou me-

nos) em um campo visual de observação de 2.000 um? , Aqui, compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do círculo me- nores do que 100 nm em uma estrutura de perlita raramente influenciam as características : de fadiga e, portanto, não é planejado controlá-los na presente invenção. As razões pelas quais uma composição do componente é estipulada são explicadas abaixo.

C: 0,50% ou mais, porém menos do que 0,70% C é um elemento útil para aumentar a resistência de tração de um vergalhão de arame trefilado e garantir as características de fadiga e resistência da sedimentação. C é também útil para garantir a resistência de tração exigida de uma mola de alta tensão. Adici- onalmente, C é necessário para garantir uma estrutura desejada e impedir o aumento da quantidade de ferrita pró-eutetoide e a variação da duração da fadiga. Consequentemente, o teor de C é definido em 0,50% ou mais, de preferência 0,52% ou mais, ainda preferivelmen- te 0,55% ou mais e ainda mais preferivelmente 0,60% ou mais. Se o teor de C é 0,70% ou mais na presente invenção, entretanto, a suscetibilidade aos defeitos aumenta, defeitos de superfície e rachaduras originadas das inclusões são prováveis de propagar e a duração da fadiga deteriora. Na presente invenção, consequentemente, o teor de C é ajustado em me- nos do que 0,70%, de preferência 0,68% ou menos e ainda preferivelmente 0,65% ou me- nos. ' . 20 Si: 1,0- 2,5% Si é um elemento que contribui para a melhora da resistência como um elemento de fortalecimento do soluto e também para a melhora das características de fadiga e resis- tência da sedimentação. Adicionalmente, o tratamento térmico é aplicado como recozimento de alívio da tensão depois do enrolamento em um processo de formação da mola e Si é um elemento efetivo para exibir excelente resistência ao amolecimento nessa ocasião. A fim de exibir os efeitos suficientemente, o limite inferior do teor de Si é definido em 1,0%. O teor de Si é preferivelmente 1,3% ou mais e ainda preferivelmente 1,5% ou mais. Se o teor de Si excede 2,5%, entretanto, é preocupante que a descarburação aumenta na superfície e as características de fadiga deterioram e, além disso, a estrutura desejada não é obtida. Con- —sequentemente, o limite superior do teor de Si é definido em 2,5%. O teor de Si é preferi- velmente 2,3% ou menos e ainda preferivelmente 2,0% ou menos.

Mn: 0,50 — 1,50% Mn é um elemento para adensar e dispor a estrutura da perlita e melhorar as carac- terísticas de fadiga. A fim de exibir os efeitos, Mn está contido em 0,50% ou mais. O teor de Mné preferivelmente 0,70% ou mais e ainda preferivelmente 0,80% ou mais. Por outro lado, Mn é um elemento que pode segregar e, se o teor é excessivo, ele segrega, micro martensi- ta é formada em uma parte segregada e a capacidade de trefilação do arame provavelmente deteriora.

Adicionalmente, também é provável que as características de fadiga deteriorem. ' Consequentemente, o limite superior do teor de Mn é definido em 1,50%. O teor de Mn é preferivelmente 1,30% ou menos e ainda preferivelmente 1,20% ou menos. ' Cr: 0,5% ou menos (incluindo 0%) Cr é um elemento efetivo para estreitar os intervalos lamelares da perlita, aumentar a resistência depois da laminação a quente ou tratamento térmico como um tratamento tér- mico pré-trefilação e melhorar a resistência da sedimentação e a resistência à fadiga.

À par- tir de tais pontos de vistas, Cr está contido preferivelmente em 0,05% ou mais, ainda preferi- velmente 0,10% ou mais, ainda mais preferivelmente 0,15% ou mais e particularmente pre- ferido 0,20% ou mais.

Se o teor de Cr é excessivo, entretanto, a cementita é fortalecida ex- cessivamente e a tenacidade e a maleabilidade deterioram.

Adicionalmente, a capacidade de trefilação do arame e as características de fadiga também deterioram.

Se o teor de Cr é ainda excessivo, a fragilidade da cura tende a ocorrer, a diferença na dureza entre a parte da superfície e a parte interna aumenta e, portanto, a formabilidade da mola fica inferior. —Consequentemente, o limite superior do teor de Cr é definido em 0,5%. O teor de Cr é prefe- rivelmente 0,40% ou menos, ainda preferivelmente 0,35% ou menos e ainda mais preferi- velmente 0,30% ou menos.

B: 0,0010 — 0,0050% : B é um elemento efetivo para melhorar a capacidade de trefilação do arame e as características de fadiga de um vergalhão de arame precipitando finamente o N dissolvido i como os compostos químicos do tipo BN.

Adicionalmente, B é efetivo também para melhorar a formabilidade da mola.

Além do mais, B é efetivo para impedir a formação da ferrita pró- eutetoide fazendo uma parte de B existir como B dissolvido no aço.

A fim de exibir os efeitos suficientemente, o teor de B tem que ser 0,0010% ou mais.

O teor de B é preferivelmente —0,0020% ou mais e ainda preferivelmente 0,0030% ou mais.

Por outro lado, se o teor de B excede 0,0050%, compostos químicos de boro grossos, tais como Fe2:(CB)s, são formados e é preocupante que a resistência à fadiga deteriore.

Na presente invenção consequente- mente, o limite superior do teor de B é definido em 0,0050%. Um teor de B preferível é 0,0040% ou menos.

Aqui, como elementos além de B para fixar o N dissolvido, Ti e assim por diante são citados.

No caso de Ti, TiN obtido fixando o N tem uma forma angular em comparação com BN e, portanto, é estimado que TiN provavelmente origine a fadiga.

N: 9,0050% ou menos (excluindo 0%) Se N é excessivo, o N dissolvido aumenta e a capacidade de trefilação do arame, as características de fadiga e a formabilidade da mola deterioram.

Ele é efetivo para reduzir o teor de N total a fim de reduzir o teor de N dissolvido.

Se o N é reduzido excessivamente, entretanto, o custo de fabricação do aço aumenta e, portanto, o limite superior do teor de N

9/22 : é definido em 0,0050%. O teor de N é preferivelmente 0,0045% ou menos e ainda preferi- " velmente 0,0040% ou menos.

N dissolvido: 0,0020% ou menos (incluindo 0%) ' N dissolvido causa a fragilidade da cura durante a trefilação do arame e tende a causara quebra do arame durante a trefilação do arame e rachaduras longitudinais.

Isto é, N dissolvido tende a causar a deterioração da capacidade de trefilação do arame depois da laminação e da capacidade de trefilação do arame depois da tratamento térmico.

Adicional- mente, se a fragilidade da cura avança, a diferença na dureza entre a parte da superfície e a parte interna de um arame de aço para molas aumenta e a formabilidade da mola do arame deaçopara molas tende a deteriorar.

Consequentemente, é preferível inibir o teor de N dis- solvido para 0,0020% ou menos controlando os teores de B e N no aço de modo a satisfazer a expressão (2) abaixo e precipitar o N dissolvido como BN.

O teor de N dissolvido é ainda preferivelmente 0,0015% ou menos, ainda mais preferivelmente 0,0010% ou menos e parti- cularmente preferido 0,0005% ou menos, B — (N— 0,0020) x 0,77 > 0,0000(2). P: 0,020% ou menos (excluindo 0%) O P, que é uma impureza inevitável, é um elemento que induz a quebra do arame durante a trefilação do arame.

Adicionalmente, P é um elemento que segrega em limiares anteriores do grão da austenita, fragiliza os limiares do grão e deteriora as características de : 20 fadigae, portanto, deve ser reduzido para a menor extensão possível.

Na presente inven- | ção, consequentemente, o teor de P é definido em 0,020% ou menos, de preferência 0,016% ou menos e ainda preferivelmente 0,013% ou menos.

S: 0,020% ou menos (excluindo 0%) S, que é uma impureza inevitável é, como o P, um elemento que induz a quebra do | arame durante a trefilação do arame.

Adicionalmente, S é um elemento que segrega em limiares anteriores do grão de austenita, fragiliza os limiares do grão e deteriora as caracte- | rísticas de fadiga e, portanto, deve ser reduzido para a menor extensão possível.

Na presen- ! te invenção, consequentemente, o teor de S é definido em 0,020% ou menos, de preferência 0,015% ou menos e ainda preferivelmente 0,010% ou menos. ' Al: 0,03% ou menos (excluindo 0%) Al está contido como um agente desoxidante durante a fabricação do aço.

Se Al es- tá contido excessivamente, entretanto, inclusões não metálicas grossas são geradas e a resistência à fadiga é deteriorada e, portanto, o teor de Al é controlado para 0,03% ou me- nos, de preferência 0,010% ou menos e ainda preferivelmente 0,005% ou menos.

O: 0,0020% ou menos (excluindo 0%) O é um elemento que forma inclusões não metálicas grossas e deteriora a resistên- cia à fadiga se ele está contido excessivamente.

Na presente invenção consequentemente, | o teor de O é definido em 0,0020% ou menos, de preferência 0,0015% ou menos e ainda 7 preferivelmente 0,0010% ou menos.

Os componentes básicos de um material de aço de acordo com a presente inven- : ção são como declarados acima e o equilíbrio consiste de ferro e impurezas inevitáveis (im- purezas diferentes de P, S, Ne O declarados acima), mas elementos trazidos em, de acordo com as circunstâncias das matérias-primas, materiais suplementares, equipamentos de pro- dução, etc., podem estar contidos como as purezas inevitáveis.

Adicionalmente, em um ver- galhão de arame de aço e um arame de aço de acordo com a presente invenção, se neces- sário, é possível ainda melhorar as características contendo quantidades apropriadas de Ve Ni, como mostrado abaixo.

Os elementos são descritos abaixo em detalhes.

Um ou mais elementos selecionados do grupo consistindo de 0,05 — 0,40% de Ve 0,05 — 0,80% de Ni Ve Ni são elementos efetivos particularmente para melhorar a capacidade de trefi- lação do arame.

Especificamente, V é um elemento útil para melhorar a capacidade de trefi- laçãodo arame pela micronização do tamanho do nódulo da perlita e melhora da tenacidade e resistência de sedimentação da mola.

A fim de exibir os efeitos, V está contido por preferi- velmente 0,05% ou mais, ainda preferivelmente 0,1% ou mais e ainda mais preferivelmente 0,2% ou mais.

Se V está contido excessivamente além de 0,40%, entretanto, a capacidade ' de endurecimento aumenta, a martensita e a bainita são formadas depois da laminação a quentee a capacidade de trefilação do arame deteriora muito.

Adicionalmente, as caracte- rísticas de fadiga também deterioram.

Além do mais, não somente C que deve ser usado como cementita lamelar reduz e a resistência deteriora muito, mas também a ferrita pró- eutetoide tende a ser gerada excessivamente e a descarburação da ferrita provavelmente será induzida.

Além disso, se o teor de V é excessivo, a fragilidade da cura provavelmente será causada, a diferença na dureza entre a parte da superfície e a parte interna aumenta e, portanto, a formabilidade da mola deteriora.

Na presente invenção, consequentemente, o teor de V é definido em preferivelmente 0,40% ou menos e ainda preferivelmente 0,30% ou menos.

Ni é um elemento efetivo para melhorar a maleabilidade da cementita e a capacida- dede trefilaçãodo arame.

Adicionalmente, Ni é um elemento também para melhorar a ma- leabilidade do próprio arame de aço.

Além do mais, Ni tem o efeito de impedir a descarbura- ção em uma parte de superfície durante a laminação a quente.

A fim de exibir os efeitos, Ni está contido por preferivelmente 0,05% ou mais e ainda preferivelmente 0,20% ou mais.

Se o teor de Ni é excessivo, entretanto, a capacidade de endurecimento aumenta, estruturas de — martensita e bainita são precipitadas abundantemente depois da laminação a quente e a deterioração da capacidade de trefilação do arame é causada.

Adicionalmente, as caracte- rísticas de fadiga também deterioram.

Consequentemente, o limite superior do teor de Ni é definido em preferivelmente 0,80%. O teor de Ni é ainda preferivelmente 0,60% ou menos e 7 ainda mais preferivelmente 0,50% ou menos. (Hvs — Hvh) s 100 ' Como declarado no item (c) anterior, de modo a melhorar a formabilidade da mola deum arame de aço para molas, é necessário reduzir a diferença (AHV) entre a dureza Vic- kers (Hvs) em uma parte de superfície do arame de aço para molas e a dureza Vickers (Hvh) em uma parte interna do mesmo, de modo a satisfazer a expressão (1) abaixo. A ra- zão é que a mola depois de submetida à formação de mola causa o retorno da mola, portan- ' to o comprimento livre varia e, se a diferença na dureza entre a parte de superfície de um vergalhão de arame e a parte interna do vergalhão de arame é grande, o retorno da mola aumenta e o comprimento livre varia amplamente.

(Hvs — Hvh) < 100(1) Aqui, Hvs representa a dureza Vickers máxima na parte de D (diâmetro de um ara- me de aço)/16 em relação à parte de D/4 e Hvh representa a dureza Vickers mínima na par- tedeD/4em relação à parte de D/2.

A fim de satisfazer a expressão (1), é necessário impedir a geração do calor duran- te a treflação do arame e que pode ser atingida controlando a taxa de trefilação do arame durante a trefilação do arame para 300 m/minuto ou menos na presente invenção como será ' descrito mais tarde. Adicionalmente, também é efetivo controlar os teores de B e N para : 20 dentro de faixas estipuladas, reduzir o teor de N dissolvido e controlar os teores de CreV para faixas estipuladas.

As condições de produção para obter um vergalhão de arame de aço para molas e um arame de aço para molas de acordo com a presente invenção não são particularmente limitadas, contanto que as condições para controlar a estrutura estipulada e a forma dos compostos químicos do tipo BN possam ser garantidas. Nos processos de produção, entre- tanto, é preferível: controlar a temperatura de enrotamento depois da laminação a quente e as condições de esfriamento depois da laminação a quente como mostrado abaixo de modo a usar um aço fundido tendo a composição do componente quimico acima mencionada e garantir a estrutura antes mencionada efetivamente e controlar as condições de aquecimen- to antesda laminação de ruptura como mostrado abaixo a fim de controlar efetivamente a forma recomendada dos compostos químicos do tipo BN.

Aquecimento antes da laminação de ruptura: 30 minutos ou mais a 90 minutos ou menos em 1.280ºC ou mais Taxa de esfriamento na faixa de temperatura de 1.280ºC a 1.100ºC antes do come- çodalaminação de ruptura: 0,5ºC/s ou mais É possível: dissolver suficientemente os compostos químicos do tipo BN em aço controlando a temperatura de aquecimento antes da laminação de ruptura para 1.280ºC ou mais; e controlar sucessivamente a forma dos compostos químicos do tipo BN para faixas " estipuladas e ainda melhorar as características de fadiga controlando a taxa de esfriamento na faixa de temperatura de 1.280ºC a 1.100ºC antes do começo da laminação de ruptura : para 0,5ºC/s ou mais, A temperatura de aquecimento antes da laminação de ruptura é prefe- rivelmente 1.290ºC ou mais elevada.

Adicionalmente, os compostos químicos do tipo BN não podem dissolver suficien- temente em aço quando o tempo de aquecimento em 1.280ºC ou mais é muito curto e, por- tanto, o tempo de aquecimento em 1.280ºC ou mais é definido em 30 minutos ou mais lon- go. Entretanto, o tempo de aquecimento em 1.280ºC ou mais é definido em 90 minutos ou menos do ponto de vista do custo de operação.

Além do mais, a taxa de esfriamento na faixa de temperatura de 1.280ºC a 1.100ºC antes do começo da laminação de ruptura é definida em preferivelmente 1,0ºC/s ou mais, ainda preferivelmente 1,3ºC/s ou mais e ainda mais preferivelmente 1,5ºC/s ou mais.

Temperatura de enrolamento depois da laminação a quente: 850ºC ou mais eleva- daa950ºCoumais baixa A temperatura de enrolamento depois da laminação a quente deve ser definida em 850ºC ou mais elevada de modo a não fornecer carga excessiva para um laminador. Uma temperatura de enrolamento preferível depois da laminação a quente é 880ºC ou mais ele- : vada. Por outro lado, a temperatura de enrolamento depois da laminação a quente deve ser definida em 950ºC ou mais baixa de modo a impedir a ferrita pró-eutetoide e garantir uma razão de área de estrutura de perlita de 85% ou mais. Dos pontos de vista de inibição da descarburação da superfície, recristalização e crescimento do grão e obtenção de uma es- | trutura de grão fino, a temperatura de enrolamento depois da laminação a quente deve ser definida em 950ºC ou mais baixa, de preferência 940ºC ou mais baixa e ainda preferivel —mente930ºCoumais baixa.

Taxa de esfriamento depois do enrolamento em 600ºC depois da laminação a quente: 10ºC/s ou mais a 35ºC/s ou menos A fim de garantir uma razão de área da estrutura de perlita de 85% ou mais, a for- mação de ferrita pró-eutetoide deve ser impedida definindo a taxa de esfriamento depois do enrolamento em 600ºC depois da laminação a quente em 10ºC/s ou mais (de preferência 15ºC/s ou mais e ainda preferivelmente 20ºC/s ou mais) e a formação das estruturas de martensita e bainita devem ser impedidas definindo a taxa de esfriamento em 35ºC/s ou menos (de preferência 30º C/s ou menos).

Na eventualidade de obter um vergalhão de arame de aço para molas de acordo coma presente invenção, condições diferentes das condições acima mencionadas não são particularmente limitadas e condições de fabricação ordinárias podem ser adotadas. ! Adicionalmente, a fim de obter um arame de aço para molas tendo uma diferença de 100 ou menos entre a dureza Vickers (Hvs) em uma parte de superfície e a dureza Vic- ' kers (Hvh) em uma parte interna, é necessário usar um vergalhão de arame de aço para molas estipulado na presente invenção e impedir a geração do calor durante a trefilação do : arame e, portanto, é recomendável definir a taxa de trefilação do arame em 300 m/min. ou menos (de preferência 250 mímin. ou menos). O limite inferior da taxa de trefilação do ara- me deve ser aproximadamente 100 m/min. do ponto de vista de produtividade e outros.

Na eventualidade de obter o arame de aço para molas de acordo com a presente invenção, condições diferentes das condições acima mencionadas não são particularmente limitadas e condições de fabricação ordinárias podem ser adotadas.

Exemplos A presente invenção é abaixo explicada mais especificamente com referência aos exemplos, mas naturalmente não é limitada pelos exemplos e pode ser modificada apropria- damente dentro da faixa de conformidade com os conteúdos anteriores e todas as modifica- ções são incluídas no escopo tecnológico da presente invenção.

Os aços das composições do componente químico mostrados na tabela 1 abaixo foram retirados de um conversor, sucessivamente refinados pelo tratamento de refinamento secundário e fundidos por um método de fundição continua e assim aços fundidos foram produzidos. Depois, os aços fundidos obtidos foram aquecidos sob as condições mostradas : na tabela 2 (o tempo de aquecimento não foi alterado entre os tipos de aço e a temperatura foimantida por 30 minutos, depois elevada para uma temperatura prescrita) antes da lami- i nação de ruptura, sucessivamente submetidos à laminação de ruptura para formar uma se- ção transversal quadrada de 155 mm e sucessivamente laminados a quente sob as condi- ções mostradas na tabela 2 (temperatura de enrolamento depois da laminação a quente (temperatura de enrolamento na laminação) e taxa de esfriamento depois do enrolamento- em600ºC (taxa de esfriamento pós-enrolamento)) e, assim, os vergalhões de arame lami- nados a quente (vergalhões de arame de aço) de 8,0 mm de diâmetro foram produzidos. Aqui, os teores de N dissolvido mostrados na tabela 1 abaixo são medidos pelo método se- guinte.

Adicionalmente, com relação a cada um dos vergalhões de arame de aço obtidos, a razãode área da estrutura de perlita e o número dos compostos químicos do tipo BN foram medidos pelos métodos seguintes. Os resultados são mostrados na tabela 2 abaixo.

[Tabela 1] código consistindo de ferro e purezas inevitáveis N dissolvido expressão (2) LC silM| P]s[CcINIVIATB]NTO (%emmassa) (%emmassa | 8 b63p111,210,0170,0090,33 - | - b,o160,00380,00400,0007] o0,0003 | —o0023 =| E 631,991,3170,0130,014b,22b,51] - jo,0070,00310,0021,0008 — 0,0005

[| EF bs501,450,770,0160,0110,4700,290,340,0020,00260,0033p,001177 —0,0001 | 0,0016 . Le be31331,110001h,001b,41 - | - 0,0040,00140,00410,0012) 00022 | 00002 | L H 6522,331.030 0090,0110,19 - | - 0.0030,00250,00260,0011 o0001 | 00020 | : | 1 p631,770,910,0110,0090,23 - | - p.oo30,00300,00380,0012) n.00038 | 0016 | | Mm b461,731330,0710,0100,37 - | - o,0030,0047p,00470,0074 c,0007t | —o0025 | 1 o p631,331,720,0110,0060,30 - | - 0.0040,00310,00280,0077] 00002 | 00025 | — P bs91,94b770,03170,0100,22) - 0,210.0030,00290,00410,0011 c0001 | 00013 | LR b.592,100,970,0130,0110,71) - 0,130,.0130,00290,0033h,0011 00000 | 00019 | |U o.62.770.920.0110.0100;18] - | - f0.0380,00280,00340,0072] — 0,0000. | 00017 — [EV 6:57 .8111.320,0110,0070,31b,37, - fo.0070.00630.00420.0008 —0,0002 | 0.0046 — | | W hp.522.0341.3800.0130,0100:26| - f0,320,003,00030,00410,0011] — 0,0035. | — 00013 — | x fo,66h.920,990.0090.0060,19 - | - 6.0060.00330,00660,0074] —0,0022 | 00002 — | [Tabela 2] zão No. do | -. iTemperatu-| Taxa de Taxade | de Exem- Teco ra de aque-lesfriamen-|Temperatu-| ema | área | 100 nm ou mais, mas plo cimento | to antes |ra de enro- to depois | da | menos do que 1.000 1.000 nm ou antes da /da lamina-ilamento na do enrola- | perti- nm mais código |!aminação | ção de | laminação mento ta de ruptura | ruptura (O) CC /s) CC) (Cs) | (%) (peças) (peças) ' 1 a | 120 | 17] om aa a ag II 12 | a | 1290 | 17 | eo | 28 fo A a | 3 | 8 | 1308 | 16 ao eg A 14 | 6 | 1308 | 16 | sc asa ag de e [o er [Rr ep [000 8 | ec [133 |) 20 | a | 16 ag 13 | q

[7] o [1266 | 1a | ea ]|oao ar | 8 | pD | 1266 | 13 | & | 258 Je ago go" Lo | E | 12963 [| 22 | ow | age gg QU [16 F | 130 [14 | 98 HH TTMD tu | 1. [NTE | 1 18 | a | 3 BD A 2) 12 | zZ | 16 [16 | om | ae aa [18 | a [1300 Os [om [22 Ta] 3 [27 14 [| a | 120 | 17 ] om | 8 qrB ag a | [ 8 | 1308 | 16 | go |U ag a go) 18 | HH |] 1242 |] o4 oa aa ag RO ' Liz] 1 | 1230 | 20 | go | ara ug Li] ag joe ore | 68R | so arg | 19 | K | 129 | 04 | om | À aa a OQ] 120 | Lt | 1320 18 | &o | 29 Jow as a La OM ] 1303 | 16 | 86 | 2 [ar À | [2 TN | 1268 | 17 [8 1 1 [af ao [2 [23 | o [12 [Mr 68 2 BC a TT 2) [2 TP [ese Tra [en oa fe so 1 / Q [| 1300 | 168 | 1 | 18 Jo so q) | 268 | R | 1302 | 21 | som | apar ag 27 Ss | 132 | 19 | 8a | 2 Tag] À aa QU [28 | T | 138 | 20 | os | ag ag 29 | UU | 1201 | 22 | 86 | 287 Jog] ÚÂÚÂÚúÂúag a Lao | v | Bra aaa a a gg Law sos a aa ca a ni ÇOO)

' 32 x 1293 15 877 28 89 41 [ . * Número de peças existentes em uma estrutura de perfita em um campo visual de observação de 2.000 um? Método de medição do teor de N dissolvido : Com relação ao valor do “teor de N dissolvido” na presente invenção, o teor de N dissolvido em aço foi obtido subtraindo o teor total do composto químico de N de um teor total de N no aço como mostrado nos itens (a) a (c) abaixo em concordância com JIS G 1228 (a) O teor total de N no aço foi medido “por um método de fusão do gás iner- te/método de condutividade térmica. Especificamente, o teor total de N foi obtido a partir da mudança da condutividade térmica retirando uma amostra de um material de aço de ensaio, colocando a amostra em um cadinho, derretendo a amostra em um fluxo de gás inerte e extraindooNeo transferindo para uma célula de condutividade térmica.

(b) O teor total do composto químico de N no aço foi medido por fotometria de ab- sorção do azul de indofenol na separação da destilação de amônia. Especificamente, uma amostra foi retirada de um material de aço de ensaio e a eletrólise galvanostática foi aplica- da em 10% AA de um eletrólito do sistema (eletrólito de um sistema de solvente não aquoso ! não gerando uma película passiva na superifície do aço e especificamente compreendendo 10% de acetilacetona e 10% de cloreto de tetrametilamônio com o equilíbrio consistindo de ] metanol). A amostra de aproximadamente 0,5 q foi dissolvida na eletrólise galvanostática e o resíduo não dissolvido (compostos químicos de N) foi obtido pela filtragem com um filtro compreendendo policarbonato e tendo um tamanho de poro de 0,1 um. Depois, o resíduo — não dissolvido foi aquecido e decomposto em ácido sulfúrico, sulfato de potássio e lasca de Cu puro e misturado com um filtrado. Sucessivamente, a solução foi alcalificada por hidróxi- do de sódio, depois foi aplicada a destilação com vapor e a amônia destilada foi absorvida no ácido sulfúrico diluído. Depois, um complexo azul foi gerado adicionando fenol, hipoclori- to de sódio e pentacianonitrosil ferrato de sódio (Ill), a absorvência foi medida com um fotô- metroeassimo teor total do composto químico de N é obtido.

(c) O teor de N dissolvido no aço foi obtido subtraindo o teor total do composto qui- mico de N de um teor total de N no aço obtido pelos métodos acima.

Método de medição da razão de área da perlita Com relação à razão de área da perlita, uma fotografia em um campo visual (região —de200umx200 um com uma ampliação de 400, o mesmo se aplicará abaixo) foi tirada em quatro locais formando ângulos retos entre si (em uma posição de D/2, quatro locais sendo adjacentes ao centro da seção transversal de modo a não se sobreporem e formando ângu- los retos entre si, o mesmo se aplicará abaixo) com um microscópio ótico depois que um vergalhão de arame laminado a quente foi embutido e polido e submetido à corrosão quími- — ca com ácido pícrico em cada uma das posições da parte da superfície, D/4, e D/2 (D: diã- | metro de um vergalhão de arame) na seção transversal (seção transversal perpendicular à ' direção de laminação, o mesmo se aplicará abaixo). A imagem da fotografia do microscópio ótico foi impressa, a parte branca (ferrita e bainita) foi preenchida com um marcador preto de " cima de uma película transparente sobreposta sobre ela, sucessivamente a película transpa- rentefoi colocada em um computador pessoal com um escâner e a imagem foi transformada em binário com software de análise de imagem (“Image Pro Plus" (nome comercial) fabrica- do por Media Cybernetics, Inc.), sucessivamente a porcentagem da parte não preenchida foi obtida como a razão de área da perlita e a média dos valores obtidos em doze campos visu- ais no total foi caiculada.

Aqui, quando uma camada descarburada existia em uma parte da superfície, uma parte totalmente descarburada estipulada na fotografia 4 de JIS G 0058 foi excluída dos locais de medição.

Medição da forma dos compostos químicos do tipo BN A observação FE-SEM foi executada em um campo visual com ampliação de 2.000 vezes em cada um de quatro locais formando ângulos retos entre si depois que um verga- lhãode arame laminado a quente foi embutido e polido e submetido à corrosão química com nital em uma posição de D/4 (D: diâmetro do vergalhão de arame) na seção transversal.

Aqui, um campo visual é de 2.000 um?. Depois que a parte de ferrita e bainita na imagem observada foi escurecida, os compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes de círculo de 100 nm ou mais, porém menos do que 1.000 nm e compostos químicos do tipo — BN tendo diâmetros equivalentes de círculo de 1.000 nm ou mais foram juígados pela trans- - formação em binário da imagem com o software de análise da imagem (“Image Pro Plus" (nome comercial) feito por Media Cybernetics, Inc.) e a composição de cada um dos precipi- tados foi identificada com um EDX (espectrômetro de raios X dispersivo de energia) e um WDS (espectrômetro de raios X dispersivo de comprimento de onda). Depois, o número dos compostos químicos do tipo BN tendo cada um dos tamanhos acima foi medido em cada campo visual e sucessivamente o número médio em quatro campos visuais foi calculado.

A figura 1 é um exemplo de uma fotografia observada antes da ferrita e assim por diante serem escurecídas.

Sucessivamente, a capacidade de trefilação do arame foi avaliada com os verga- lhõesde arame laminados a quente obtidos como segue.

Avaliação da capacidade de trefilação do arame No presente exemplo, a fim de avaliar a capacidade de trefilação do arame seve- ramente, foi adotada a condição de trefilação do arame (s = 2,17) que era mais severa do que uma condição de trefilação do arame ordinariamente adotada (por exemplo, uma condi- ção de trefilaçãodo arame no processo de fabricação da amostra de ensaio da fadiga que será descrito mais tarde: e = 1,81). Os detalhes são descritos abaixo.

Isto é, um vergalhão de arame laminado a quente obtido foi submetido a decapa-

gem com ácido e bonderização e sucessivamente trefilado de 8,0 mm de diâmetro para 2,70 . mm de diâmetro (e = 2,17) (taxa de trefilação do arame foi definida em 200 mímin. no diâme- : tro de 2,70 mm) pela trefilação a seco do arame (o programa da matriz é mostrado na tabela ' 3 abaixo) e assim o arame de aço foi obtido. Depois, um ensaio de torção foi executado com oaramede aço obtido. No ensaio de torção, um arame de aço (peça de ensaio) de 350 mm de comprimento foi usado, um aparelho de ensaio de torção fabricado por Maekawa Testing Machine MFG, Co., LTD. é usado e o arame de aço foi torcido até que ele quebrou sob as condições de distância entre os pontos de medição de 200 mm e uma velocidade de torção de 50 rpm. Depois, o caso onde nenhuma rachadura longitudinal é causada na face de fratu- radepois da quebra foi avaliado como boa capacidade de trefilação do arame (0) e o caso onde uma rachadura longitudinal foi causada na face de fratura depois da quebra foi avalia- do como fraca capacidade de trefilação do arame (x). Adicionalmente, o caso onde a quebra do arame foi causada durante a trefilação do arame foi avaliado também como fraca capaci- dade de trefilação do arame (x). Os resultados são mostrados na tabela 5.

Aqui, com relação ao exemplo No. 11 na tabela 5 que será descrito mais tarde, um arame de aço obtido pela aplicação da trefilação do arame sob uma condição de trefilação do arame ordinariamente adotada (e = 1,81, uma condição de trefilação do arame no pro- cesso de fabricação da amostra de ensaio de fadiga que será descrito mais tarde, tabela 4 abaixo) foi também submetido ao ensaio de torção e avaliado da mesma maneira como de- . 20 claradoacima. Adicionalmente, a taxa de trefilação do arame foi variada, os arames de aço tendo AHVs diferentes foram produzidos e a formabilidade da mola de cada um dos arames de aço foi avaliada, como mostrado abaixo. Aqui, desde que um arame trefilado duro tinha um AHV maior e formabilidade de mola mais fraca do que um arame OT em geral, a medição de AHVea avaliação da formabilidade do arame foram avaliados usando um arame trefilado duro. Os resultados são mostrados na tabela 5. [Tabeia 3] | — Formado arameímm) — /8,00/7,1066,355,73/5,20/4,75/4,35/3,99/3,67/3,38/3, 12/2,89/2,70] [Razão de redução da área (%)| — 121,2120,0/18,617,6/16,616,1/15,9/15,415,2/14,8/14,2112,7] LL Esforççoreal — —Jo,00lo,240,49/0,67/0,86[1,04/1,22/1,39]1,5611,72/1,88/2,0412,17 Medição de AHV Um vergalhão de arame laminado a quente foi submetido a SV (aplainação de su- perfície, dessa forma o diâmetro é reduzido de 8,0 mm para 7,4 mm) e a trefilação a seco do arame (programa da matriz é mostrado na tabela 4 abaixo) e assim um arame de aço (amostra) de 3,0 mm de diâmetro foi obtido (a taxa de trefilação do arame no diâmetro de 3,0 mm é mostrada na tabela 5). A amostra foi usada e o Hv foi medido nos intervalos de 0,1 mm a partir de uma posição de 0,1 mm de profundidade da superfície até uma posição de

0,1 mm de profundidade da outra superfície no outro lado ao longo de uma linha do diâmetro 7 na seção transversal do arame de aço em uma carga de ensaio de 300 gf.

Depois, o Hv má- | : ximo na parte D/16 em relação à parte D/4 foi definido como Hvs, o Hv mínimo na parte D/4 ' em relação à parte D/2 foi definido como Hvh e o AHv (= Hvs — Hvh) foi obtido. [Tabela 4] | | Razãodereduçãodaárea(%) | |226/21,2|197/18,7/17,2/16,7)16,3/16,7|14,3] ' [ — Esfoççorel —J0,00/0,26/0,49/0,710,92/1,11/1,29/1,47)1,65/1,81] Avaliação da formabilidade da mola Arames de aços obtidos na medição de AHV foram submetidos ao enrolamento a frio com uma máquina de enrolar sob as condições de enrolamento no diâmetro médio: 25 mm, número de voltas totais: 6, número de voltas efetivas: 4 e o comprimento livre: 80 mm. 100 peças foram enroladas para cada um dos arames de aço e os comprimentos livres. são medidos com um projetor.

Depois, uma peça de 80 mm + 0,5 mm foi classificada como uma peça boa e uma peça diferente dessa foi classificada como uma peça defeituosa.

Um arame de aço tendo não mais do que cinco peças defeituosas foi avaliado como de boa formabili- dade da mola (0) e um arame de aço tendo mais do que cinco peças defeituosas foi avalia- —docomo de fraca formabilidade da mola (x). ' Como as características de fadiga, (i) as características de fadiga de um arame OT e (ii) as características de fadiga de uma mola trefilada dura obtida de um arame trefilado duro foram avaliadas como segue.

Os resultados são mostrados na tabela 5. ' (i) Características de fadiga do arame OT (ensaio de fadiga por curvatura rotativa doestilo Nakamura Um vergalhão de arame laminado a quente foi submetido à SV (aplainação superfi- cial) e trefilação a seco do arame (programa da matriz é mostrado na tabela 4 acima) e as- sim um arame de aço de 3,0 mm de diâmetro é obtido (taxa de trefilação do arame no diâ- ' metro de 3,0 mm é 200 mm/min.). Depois, o arame de aço é submetido ao tratamento da têmpera a óleo (aquecido para 920ºC, temperatura da têmpera é mostrada na tabela 5), ' recozimento, rebatimento de impacto e recozimento com alívio da tensão em baixa tempera- ' tura em sequência e, assim, uma amostra de ensaio foi produzida. | Depois, o ensaio de fadiga por curvatura rotativa do estilo Nakamura foi aplicado na amostra de ensaio.

As tensões do ensaio de 16 níveis variando de 850 a 1.150 Mpa nos intervalos de 25 Mpa foram aplicadas, cinco peças foram ensaiadas em cada uma das ten- | sões e a tensão de ensaio máxima na qual todas as cinco peças alcançaram 2 x 10º vezes ' foi definida como a resistência à fadiga (ow) da amostra de ensaio.

Adicionalmente, a resis- tência de tração (oB) do arame de aço foi obtida com um aparelho de ensaio de tração (“Au- ' tograph"” (nome comercia!) fabricado por Shimadzu Corporation) (taxa de esforço: 10 |

. mmímin.). Depois, ow/0oB foi calculado e o caso onde ow/oB foi de 0,49 ou mais foi avaliado " como o caso onde o arame OT tinha excelentes características de fadiga e uma mola obtida . do arame OT foi também avaliada como excelente nas características de fadiga. : (ii) Características de fadiga da mola trefilada dura Uma mola usada para a avaliação da formabilidade da mola (a saber, uma mola tre- filada dura formada de um arame trefilado duro não submetido ao tratamento térmico e clas- sificado como bom em cada um dos tipos de aço) foi submetida ao recozimento com alívio de tensão (400ºC x 20 min.), polimento da face de assento, dois estágios de rebatimento de impacto, recozimento em baixa temperatura (220ºC x 20 min.) e pega a frio. O ensaio de fadiga foi aplicado na mola obtida sob a tensão de carga de 650 + 500 Mpa e, assim, a du- ração da fadiga (duração da quebra) foi medida (mecanismo de ensaio de fadiga de mola do tipo servo hidráulico foi usado). A medição foi aplicada em cinco molas para cada um dos tipos de aço. O valor da duração mais curta da fadiga nas cinco molas foi mostrado na tabe- la 5. Depois, o caso onde a duração mais curta da fadiga não é menor do que 10 x 10º ve- zesfoi avaliado como as características de fadiga de uma mota (e as características de fadi- ga de um arame trefilado duro usado para a mola) sendo excelentes. Adicionalmente, a re- sistência de tração de um arame de aço de 3,0 mm de diâmetro depois de submetido ao cozimento de 400ºC x 20 min. foi também medida. [Tabela 5] Avaliação das Avaliação das características de fadiga | Avaliação da formabilidade característicasde fadi- do arame OT da mola gada mola Capaci- trefilada dura No, do dade de arame trefilado duro) M trefilação : Resistência Exemplo go arame | empera-|Resistên- 2 tan Taxa de For Núme-|Resistên- Duração da e=2,17 | lurada | ciade | “una trefila- | 14 |mabi- de] ciade fadiga trefi ' têmpera |tração do G20 mi- low/oB| ção do lidade rejei- | tração lada dura (x do arame arame OT| 1555 de arame [3009f] da | 3; (Mpa) | 10º vezes) OT(C) | (Mpa) | os (mímin) mola | P [1 | o | 400 | 2189 1150 [058] 150 | 568 | o | 1 | 1891 | 131 | 2 | o | 400 | 2174 | 1150 Tosa] 100 [41 | o | o | 1881] 122 | [3 Ts Tao | 2100 1075 [051] 250 [81] o | 1 | 2044 | 132 | L4 1 o | 410 | 2121 | 1100 Jo5s2|] 150 [821% | 2 | 2024 [5 [| o ] 420 | 1979 | 1025 [052] 300 | 6) o 2 | 1951 | 468 | 8 | o | 42% | 1965 | 1025 Jo52] 200 [35] o | o | 1918 | 7 |] o ] 40 | 2168 | 1150 [053] 250 [57 a a 037 | 128 1 8 | o | 400 | 216 | 1125 Jos2] 150 [66] o | 3 | 2010 fg | o | 400 | 2088 1075 051 150 | 77 | o | a | 1998 | 129 | | 10 | o | 410 | 2033 | 1050 fo52] 350 [112] x | 12 | 267 [11 [x | 400 | 2033 1075 |J053| 150 [108] x | 15 | 1910 | 137 | | 12 | o | 410 | 1982 | 1050 [053] 200 26 | o | 2 | 17688 | 13 | o | 400 | 2043 | 1075 [053] 200 | 38 | o | 1 | 181 123 | Lia [x | ao | 27 1000 Jose] 250 | 91 | o | 4 | 1857 15 | x | 400 | 2168 | 1000 046] 200 | 8 | o | 4 | 190688 81 | 16 | o | 400 | 2155 1050 fo49| 250 | 88 | o | 3 | 1891 | 17 | = | 400 | 2060 | 1025 Jo49| 200 | 70] oc [3 | 1888 | 108 | | 18 | o | 400 | 2185 1075 049] 150 | 66 | o | 3 | 2210 119 | o | 420 | 2034 | 1000 [Jo49| 300 | 81] o 13 | 2081 | 20 | ] 40 | 2170 1000 [046 150 | 87 | o | 4 | 2021 | 69 |

[21] »*» | 390 | 19388] 865 Joas| 200 [8 o | a | 179 | 72 ) |

22 x 410 2138 975 0,46 | 250 79 o 3 2092 8,2 : 123 | »* | 400 | 1927 | 865 fos6| 200 | 6 | o | 2 | 1957 | 24 | x | 4106 | 2055 | 950 Jo46| 200 [73 | o | 3 | 19968 | 76 | | 28 | x | 400 | 1981 | o (o45/ 1560 [8 3 | 1927 : | 26 | *» | 400 | 2009 | 975 jo46| 150 [1538] x 31] 2151 | 73 | r | 27 | x | 400 | 1922 | 875 Joss 200 [61 | o 2 186 | 57 | | 28 | *x* | 40 | 2121 | 950 Jo45| 200 [1517] x 138 | 231 | 70 | | 298 | o | 410 | 2031 | 925 Jos6| 300 [88 | o [a | 1927 | 79 | | 30 [| x | 400 | 1962 | so Jos6| 200 [68 | o | 3 | 1922 | 8&o | | 31 | * | 400 | 2094 | s50 Joas| 250 148 | x [41/2181 | 84 | | 32 | x | 40 | 2014 | 9265 |oa46| 150 [143] x | 33 | 1997 | 58 | [33 |] o | 200 [204] 650 |oarl 150 | 7 / o |3 | 1938 | 79 ) As discussões seguintes são orientadas pelas tabelas 1, 2 e 5. Isto é, nos Nos. 1 a 9, 12, 13 6 16 a 19 dos exemplos (abaixo citados meramente como “No.”), os requisitos es- tipulados na presente invenção são satisfeitos e, portanto, os vergalhões de arame de aço (vergalhões de arame laminados a quente) são excelentes na capacidade de trefilação do S arameetambém os arames de aço são excelentes nas características de fadiga (caracterís- ticas de fadiga dos vergalhões de arame de aço (vergalhões de arame laminados a quente) depois da trefilação do arame) e formabilidade da mola. Aqui, a partir dos resultados dos Nos. 16 a 19, é entendido que a forma dos compostos químicos do tipo BN deve ser contro- lada nas faixas preferíveis estipuladas na presente invenção aplicando aquecimento sob condições recomendáveis antes da laminação de ruptura nos processos de fabricação a fim de ainda melhorar as características de fadiga depois da trefilação do arame.

: No No. 11, a capacidade de trefilação do arame foi boa (0) quando a trefilação do arame foi aplicada sob a condição de trefilação do arame (e = 1,81) nos processos de fabri- cação das amostras do ensãio de fadiga, mas a capacidade de trefilação do arame foi fraca (x) quando a trefilação do arame foi aplicada sob a condição de trefilação do arame (e = 2,17) de uma quantidade de esforço maior do que essa. A partir dos resultados, é entendido que o teor de N dissolvido deve ser controlado para 0,0020% ou menos a fim de ainda me- lhorar a capacidade de trefilação do arame.

Em contraste, nos Nos. 10, 14, 15 e 20 a 33, pelo menos qualquer um dos requisi- tos estipulados na presente invenção não é satisfeito e, portanto, uma desvantagem aconte- ce. Os detalhes são como segue.

No No. 10, embora o vergalhão de arame de aço para molas satisfaça os requisitos estipulados na presente invenção e, portanto fosse excelente na capacidade de trefilação do arame e características de fadiga depois da trefilação do arame, desde que a taxa de trefila- —çãodo arame era muito alta quando a trefilação do arame foi aplicada no vergalhão de ara- me, o AHV do arame de aço obtido foi grande e a formabilidade da mola foi inferior.

Nos Nos. 14 e 15, embora os tipos de aço satisfazendo a composição do compo- nente estipulada na presente invenção fossem usados, desde que a temperatura de enrola- mento na laminação nos processos de fabricação foi muito alta no No. 14 e a taxa de esfri- —amento depois do enrolamento nos processos de fabricação foi baixa no No. 15, a estrutura de perlita foi garantida insuficientemente e a capacidade de trefilação do arame e as carac- Í terísticas de fadiga foram inferiores em ambos os casos. - No No. 20, desde que o teor de € foi excessivo, as características de fadiga foram : inferiores, consequentemente. Desde que o teor de C foi insuficiente no No. 21 e o teor de Si foi excessivo no No. 22, a estrutura de perlita foi garantida insuficientemente e a capacidade de trefilação do arame e as características de fadiga são inferiores em ambos os casos. No No. 23, desde que o teor de Mn foi excessivo, a capacidade de trefilação do arame e as características de fadiga foram inferiores.

Desde que o teor de P foi excessivo no No. 24 e o teor de S foi excessivo no No. 25, a capacidade de trefilação do arame e as características de fadiga foram inferiores em ambos os casos.

No No. 26, desde que o teor de Cr foi excessivo, a capacidade de trefilação do arame e as características de fadiga foram inferiores. Adicionalmente, o AHV é grande e a formabilidade da mola é inferior. No No. 27, desde que o teor de Ni foi excessivo, a capacidade de trefilação do ara- me e as características de fadiga foram inferiores. No No. 28, desde que o teor de V foi excessivo, a capacidade de trefilação do ara- i me e as características de fadiga foram inferiores. Adicionalmente, o AHV é grande e a for- . 20 —mabilidade da mola é inferior. Desde que o teor de Al é excessivo no No. 29 e o teor de O é excessivo no No. 33, as características de fadiga são inferiores. No No. 31, o teor de B é insuficiente, o teor de N dissolvido é relativamente grande, a estrutura de perlita é garantida insuficientemente e todos, a capacidades de trefilação do arame, as características de fadiga e a formabilidade da mola são inferiores.

No No, 32, desde que o teor de N é excessivo, todos, a capacidade de trefilação do arame, as características de fadiga e a formabilidade da mola são inferiores.

A figura 2 é um gráfico mostrando a relação entre AHV e a porcentagem das rejei- ções (número de rejeições por 100 peças) durante a formação da mola usando os resuita- dos dos exemplos acima. A partir da figura 2, é entendido que a porcentagem de rejeições pode ser inibida suficientemente controlando o AHV para 100 ou menos.

A figura 3 é um gráfico mostrando a relação entre a resistência de tração e a resis- tência à fadiga dos arames OT usando os resultados dos exemplos acima. A partir da figura 3, é entendido que os arames de aço (os simbolos de triângulo cheio “ à” e os simbolos de losango cheio “+” na figura 3) satisfazendo os requisitos da presente invenção têm razões mais elevadas de limite de fadiga/resistência de tração do que o exemplo comparativo (os simbolos de quadrados cheios “B“). É entendido particularmente que a razão do limite de : fadiga/resistência de tração melhora mais controlando à forma dos compostos químicos do 1 tipo BN (os símbolos de losango cheio “+” na figura 3). A figura 4 é um gráfico mostrando a relação entre a resistência de tração de um arametrefilado duro e a duração de fadiga de uma mola trefilada dura usando os resultados dos exemplos acima.

Da figura 4, é entendido que os arames de aço (os símbolos de triân- gulo cheio “À “ e os símbolos de losango cheio “+ “ na figura 4) que satisfazem os requisi- tos da presente invenção têm razões mais elevadas de limite de fadiga/resistência de tração do que o exemplo comparativo (os símbolos de quadrado cheio “ 8”). Na figura 4 também, é entendido que a razão do limite de fadiga/resistência de tração melhora mais controlando a forma dos compostos químicos do tipo BN (os símbolos de losango cheio “+ “ na figura 4). Pelos resultados acima, é entendido que a mola obtida usando um arame de aço para molas exibe excelentes características de fadiga usando um vergalhão de arame de aço para molas de acordo com a presente invenção não somente quando um arame OT é . 15 usado como o arame de aço para molas, mas também quando um arame trefilado duro é usado como o arame de aço para molas. | | | É |

Claims (2)

11 | REIVINDICAÇÕES

1. Vergalhão de arame de aço para molas, ' CARACTERIZADO pelo fato de que o vergalhão de arame de aço para molas con- ' sistindo de 0,50% ou mais, mas menos do que 0,70% de C (% significa “% em massa”, o mesmo;se aplicará a uma composição de componente químico abaixo), 1,0-2,5% de Si, 0,50 — 1,50% de Mn, 0,5% ou menos de Cr (incluindo 0%), 0,0010 — 0,0050% de B, 0,0050% ou menos de N (excluindo 0%), 0,02% ou menos de P (excluindo 0%), 0,020% ou menos de S (excluindo 0%), 0,03% ou menos de Al (excluindo 0%), 0,0020% ou menos de O (excluindo 0%), opcionalmente 0,40% ou menos de V, opcionalmente 0,80% ou menos de Ni e o equilíbrio consistindo de ferro e impurezas inevitáveis, | a razão da área da estrutura de perlita em toda a estrutura é 85% ou mais, ' o número de compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do cír- —culode100nm ou mais, porém menos do que 1.000 nm existentes em uma estrutura de ' perlita é 100 ou menos (incluindo 0) em um campo visual de observação de 2.000 um? e o número de compostos químicos do tipo BN tendo diâmetros equivalentes do cir- ' culo de 1.000 nm ou mais existentes na estrutura de perlita é 10 ou menos (incluindo 0) em | um campo visual de observação de 2.000 um?. |

2. Vergalhão de arame de aço para molas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o N dissolvido é de 0,0020% ou menos (incluindo 0%).

3. Arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabilidade da mola, CARACTERIZADO pelo fato de que o arame de aço para molas é obtido pelo uso de um vergalhãode arame de aço para molas de acordo com as reivindicações 1 ou 2 e a diferença entre a dureza Vickers (Hvs) em uma parte da superfície e a dureza Vickers (Hvh) em uma parte interna satisfaz a expressão (1) abaixo, (Hvs-Hvh)<s100 (1) (aqui, Hvs representa a dureza Vickers máxima na parte de D (chamada como o di- — âmetrodeum arame de aço, o mesmo se aplicará abaixo) / 16 em relação à parte de D/4 e Hvh representa a dureza Vickers mínima na parte de D/4 em relação à parte de D/2). | ' : |

: 112 : FIG.1 MERAS EA AA SENA AE ÇA ME ND AO SETAS A SORA E ES Abs SON ANS eo MRE ASAE FERREÇES AACS nERRETE AN ERESOAÇO o coro nando ad Ea ONES 2 247 ia A E a aa ig a oa RAR ER ria ato po MARA PI EEE o A aba BINHFMAS 0 IR EAA LES nt arcar RCA E a ias ANA ECO o ANAC AS tao DOIS AM RS ONDE rest ca A NES tao [E A TA Ra EA TS AA DONIRA SORA EA ESSA [EO AS ANITA EURRA, UR ANT ARE EITA, EE ORE IAN AROUND EA E DATE Ba ES RCA UE a ao EIS LIA IA E SECAS OU ss DESA SS NETO / A cor dao BRA SuN ncia ea ÍA, CERTA Nasa Bi o SS Par Ea ASER O [EA OIE DES a TA a o SE SE E ENC AAA SN õ RR E ANA O pa NA (Or Aee r Aaron TA E ADA a ERICO AESA TARA EEE LDA ARA FAIA ADA ana Aro HAI A TNPENAÇA ESTAS SA na e AA AAA ARA Aa AN. ja ARA pasto AN cia BNHM ONO, ERA O REA IDAS CORN AN LCA a et ) RSA EIS Se AR AE A [EA Au SS EE EE AIN ANE AERTAES ESA AoE o CARO OR ARARAS E 8 FIG.2

N o & 1200 Ss 3 1150 Dos cagar oo = Exemplo da invenção (B adicionado) —,-%* E 1100 recteectese tentada sc AB rece o .. .- 2” SN 1050 Pois am cc ga Too o ...- so” e.” e 1000 Postura O - Tee Je TA Exemplo = 950 cogu es TR oo comparativo: -- - S 900 a.

2 =.

o &S 800 : 2 1900 1950 2000 2050 2100 2150 2200 2250 o x Resistência do arame OT (MPa) |

, 2/2 FIG.3 “ . v 70 | o t S&S ' | 3 ' o ' ' — ' i 8 30 Boa qa MA = ! >; S 20 entes des deem 2 t Le go! : o . o 50 100 150 200 4AHV [1009gf]

16.0 Exemplo da invenção 227º

14.09 -(Badicionado)..... 4. to una gos | + 2a? Par

12.0 ese HEAT a O Donna ss poor Exemplo comparativo. a—o

6.0 moTeneoo get gtttotototrtotrnntrnettenronmn 40 Tv atra ego teca tan one tmn

2.0 MACacCAaMArCarEAMENFAdrBEaANaA RENAIS EaABA Asas ARCA eaBAas

0.0 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 Resistência do arame (MPa) !

: mM1 i RESUMO : “VERGALHÃO DE ARAME DE AÇO PARA MOLAS TENDO EXCELENTE 2 CAPACIDADE DE TREFILAÇÃO DO ARAME E EXCELENTES CARACTERÍSTICAS DE ' FADIGA DEPOIS DA TREFILAÇÃO DO ARAME, E ARAME DE AÇO PARA MOLAS É 5 TENDO EXCELENTES CARACTERÍSTICAS DE FADIGA E EXCELENTE FORMABILIDADE DE MOLA”

Esse vergalhão de arame de aço para molas tendo excelente capacidade de trefila- ção do arame e excelentes características de fadiga depois da trefilação do arame e esse arame de aço para molas tendo excelentes características de fadiga e excelente formabili-

dadeda mola são caracterizados por conter 0,50% ou mais, mas menos do que 0,70% de C, 1,0 - 2,5% de Si, 0,50 - 1,50% de Mn, 0,5% ou menos de Cr (incluindo 0%), 0,001 — 0,005% de B, 0,005% ou menos de N (excluindo 0%), 0,020% ou menos de P (excluindo 0%), 0,020% ou menos de S (excluindo 0%), 0,03% ou menos de Al (excluindo 0%) e 0,0020% ou menos de O (excluindo 0%), com o equilíbrio consistindo de ferro e impurezas inevitáveis e são caracterizados em que a razão de área da estrutura de perlita em toda a estrutura é 85% ou mais. |