BR112014003415B1 - Aço para mola e mola - Google Patents

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Shinya Teramoto
Manabu Kubota
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation
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Abstract

resumo patente de invenção: "aço para mola e mola". a presente invenção refere-se a um aço para molas que é finalmente conformado em uma mola, fazendo-se uso, no máximo, do efeito de resistência ao amolecimento na têmpera devido aos elementos de ligação, enquanto suprime a formação de inclusões duras de sio2 e a geração de descarburação, que pode provocar a deterioração das características de fadiga da mola. o aço para molas é caracterizado por compreender, em % em massa, c: 0,50 a 0,70%, si: 1,00 a 5,00%, mn: 0,30 a 2,00%, p: 0,0002 a 0,0500%, s: 0,0002 a 0,0500%, cr: 0,10 a 3,50%, al: 0,0005 a 0,0500%, e n: 0,0020 a 0,0100%, com o saldo sendo fe e as inevitáveis impurezas, onde o valor h definido pela equação (a) a seguir é 160 ou mais, e o valor c definido pela equação (b) a seguir é 3,25 ou menos: h = 33,6[c] + 10,0[si] + 5,95[mn] + 11,1[cr] + 90,0 (a), e c = [si]/[mn] (b).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para AÇO PARA MOLA E MOLA.
CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um aço para molas usado para molas para válvulas, molas de embreagem, e molas de suspensão em pregadas em automóveis e, em particular, e um aço para molas de alta resistência e a uma mola, que suprimem o amolecimento devido ao tratamento térmico, tal como tratamento de têmpera e de tempera ou a um tratamento de nitretação, após a trefilação ou bobinamento do arame, e também suprime a formação de inclusões duras de SiO2 e a geração de descarburação, que pode causar a deterioração das características de fadiga da mola.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Devido às tendências na direção da redução de peso e maior performance dos automóveis, as molas foram reforçadas e aços de alta resistência tendo uma resistência à tração de mais de 1.600 MPa após um tratamento térmico foram aplicados às molas. Em anos recentes, aços tendo uma resistência à tração de mais de 1.900 MPa foram também usados.
[003] Métodos para produzir uma mola helicoidal usando um aço incluem um processo de bobinamento a quente compreendendo aquecer o aço até a região austenítica para bobinamento, e então resfriar rapidamente e temperar o aço; e um processo de bobinamento a frio compreendendo bobinar a frio um arame de aço de alta resistência feito de aço previamente resfriado rapidamente e temperado. Em ambos os casos, a resistência fundamental da mola é determinada pelo têmpera e pela revenido. Portanto, a estrutura da composição considerando as características após o têmpera e a revenido é importante para o aço da mola.
[004] Por exemplo, como Documentos de Patente 1 a 3, com o
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2/28 propósito de reforço, uma grande quantidade de C é basicamente adicionada e também elementos de ligação tais como V e Mo são adicionados para assim melhorar a capacidade de endurecimento e a resistência ao amolecimento na revenido.
[005] Como Documento de Patente 4, o endurecimento da superfície devido ao tratamento de nitretação é eficaz de modo a também reforçar a mola. Geralmente, o tratamento de nitretação é aplicado após o bobinamento da mola. Uma vez que esse tratamento é executado pelo aquecimento até 400 a 600°C, a superfície da mola é endurecida, enquanto a porção de núcleo é amolecida e as performances da mola tais como características de fadiga podem, ao contrário, deteriorar se a porção de núcleo não tiver uma resistência suficiente ao amolecimento. Portanto, elementos de ligação capazes de transmitir a resistência ao amolecimento na revenido são comumente adicionados.
[006] Entretanto, mesmo se elementos de ligação capazes de transmitir resistência ao amolecimento na tempera forem adicionados, a resistência à fadiga não é aumentada pelo aumento da resistência ao amolecimento na revenido de modo a aumentar a resistência se inclusões duras tais como SiO2 existirem no aço, ou uma camada descarburada existir na camada de superfície.
[007] Por exemplo, no Documento de patente 5, a composição da escória em um tratamento de aço fundido é controlada em uma faixa adequada para assim aumentar a ductilidade das inclusões que podem causar uma diminuição na resistência à fadiga, e também inclusões são refinadas pela laminação a quente para assim aumentar a resistência à fadiga.
[008] Por exemplo, no Documento de Patente 6, as condições de aquecimento antes da laminação a quente e as condições de resfriamento após a laminação são controladas adequadamente, e carepas na superfície são removidas antes da laminação a quente para assim
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3/28 suprimir a formação de uma camada descarburada. Foi recentemente exigido que as molas usadas em automóveis tivessem uma resistência mais aumentada. O fato é, entretanto, que aços convencionais para molas de alta resistência não podem satisfazer tais exigências.
[009] Em adição, o Documento de patente 7 descreve um fiomáquina laminado a quente que pode ser usado como matéria prima de produtos de arame estampados tais como aço para molas, que é excelente em capacidade de trefilação do arame e também pode suprimir a ruptura do arame mesmo no caso de trefilação pesada de um fio-máquina grosso. O Documento de Patente 8 descreve um arame de aço para mola conformada a frio, que é excelente em capacidade de corte a frio e características de fadiga.
[0010] Documentos da Técnica Anterior
Documentos de Patente
Documento de Patente 1: JP 57-32353 A
Documento de Patente 2: JP 1-83644 A
Documento de Patente 3: JP 2-57637 A
Documento de Patente 4: JP 2004-315968 A
Documento de Patente 5: JP 61-136612 A
Documento de Patente 6: JP 2003-268483 A Documento de Patente 7: JP 2007-231347 A Documento de Patente 8: JP 2007-169688 A DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Problemas a serem resolvidos pela invenção [0011] E relação aos aços para molas, já existem muitos documentos de patente e esses documentos de patente descrevem uma faixa muito ampla de composições de aço. Entretanto, nunca foi conhecido um aço com todos os requisitos para a supressão da formação de inclusões duras de SiO2 e a geração de descarburação, o que pode provocar a deterioração das características de fadiga da mola, e
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4/28 a supressão do amolecimento da porção de núcleo da mola devido à revenido ou ao tratamento de nitretação.
[0012] Um objetivo da presente invenção é fornecer um aço para mola de alta resistência, que é finalmente conformado em uma mola de alta resistência, fazendo-se uso, ao máximo, do efeito de resistência ao amolecimento na tempera devido a elementos de ligação para assim aumentar a resistência da porção do núcleo da mola enquanto suprime a formação de inclusões duras de SiO2 e a geração de descarburação, o que pode provocar a deterioração das características de fadiga da mola.
[0013] É também um objetivo da presente invenção fornecer uma mola de alta resistência que seja produzida usando-se o aço para molas da presente invenção.
Meios para resolver os problemas [0014] Os presentes inventores estudaram uma composição de componentes que fosse excelente em resistência ao amolecimento na tempera enquanto suprimisse a formação de inclusões de SiO2 formadas durante o processo de produção de molas, e a geração de descarburação, e assim criaram uma composição de componentes ótima de um aço para mola de alta resistência para obter as descobertas (A) a (E) a seguir.
[0015] (A) A dureza após um tratamento de revenido ou de nitretação é importante como características de um aço para molas de alta resistência. Particularmente, embora o tratamento de nitretação seja um tratamento térmico que é eficaz para melhorar a dureza de uma superfície, a porção de núcleo é temperada a uma alta temperatura por um longo período de tempo durante o tratamento de nitretação e assim sofre um amolecimento drástico. Os inventores introduziram o indicador H a seguir de modo a avaliar quantitativamente a relação entre a dureza na tempera da porção de núcleo do aço após o tratamento de
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5/28 nitretação e a composição de componentes do aço para assim descobrir uma quantidade eficaz de resistência ao amolecimento na revenido em cada elemento:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0, onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
[0016] (B) Foi descoberto que, em particular, a adição de Si e Cr em uma grande quantidade de mais de 3,0% transmite uma significativa resistência ao amolecimento na revenido.
[0017] (C) Entretanto, a adição de uma grande quantidade de Si provoca a formação de uma grande quantidade de inclusões duras SiO2, falhando assim em refinar as inclusões pela laminação a quente. Portanto, uma vez que a mola é obtida, enquanto inclusões brutas permanecem no aço, o aço sofre fratura de fadiga nessas inclusões como pontos de partida, levando à deterioração drástica das características de fadiga. Entretanto, foi descoberto que mesmo se o Si for adicionado em uma quantidade de mais que aquela do Si contido em um aço para mola convencional, é possível manter as características de fadiga pela supressão da formação de SiO2 através do ajuste da quantidade de Mn que forma óxidos, como o Si. Para suprimir a fratura de fadiga na inclusão dura de SiO2 como pontos de partida, o valor C definido pela equação (b) a seguir é ajustado para 3,25 ou menos:
C = [Si]/[Mn] (b) onde [Si] e [Mn] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
[0018] (D) Não apenas a quantidade aumentada de SiO2 formada, mas também uma grande quantidade de Si adicionada faz ocorrer uma descarburação drástica na camada de superfície, levando à deterioração drástica das características de fadiga. A quantidade de descarbu
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6/28 ração é também significativamente influenciada pela temperatura de aquecimento e, portanto, quando uma grande quantidade de Si é adicionada, a temperatura de aquecimento é preferivelmente baixa de modo a suprimir a descarburação. Em um material de aço tendo V ou Mo adicionado, que forma carbonetos de ligas, a temperatura de aquecimento se torna maior que aquela do material livre de V ou Mo de modo a obter suficientemente o efeito de resistência ao amolecimento na revenido devido ao V e ao Mo, resultando em uma quantidade aumentada de descarburação. Consequentemente, no material de aço contendo uma grande quantidade de Si, quando é feita a comparação entre as características de fadiga dos materiais de aço que tenham a mesma dureza na revenido, o material de aço tendo V ou Mo adicionado é excelente em características de fadiga se comparado com o material de aço isento de V ou Mo, para obter a resistência à fadiga de 800 MPa ou mais, a dureza na revenido é ajustada para 550 ou mais em termos de dureza Vickers, e para fazer isso, o valor H definido pela equação (a) a seguir é ajustado para 160 ou mais. No caso do material de aço tendo V ou Mo adicionado, para obter uma resistência à fadiga do mesmo nível ou mais, a dureza Vickers é ajustada para 605 ou mais, e para fazer isso, o valor H definido pela equação (c) a seguir é ajustado para 173 ou mais:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] +90,0 (a), e
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c) onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos elementos respectivos no aço.
[0019] (E) Quando uma grande quantidade de Cr é adicionada, é necessário tornar mais alta a temperatura de aquecimento de modo a solubilizar suficientemente os carbonetos à base de Fe para estabilizar os carbonetos. Quando Cr é adicionado em uma grande quantidade de
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7/28 mais de 3,5%, ocorre descarburação drástica em uma camada de superfície, levando à deterioração drástica das características de fadiga. [0020] A presente invenção foi completada com base nas descobertas acima, e as suas essências são como segue.
(1) Um aço para molas caracterizado por incluir, em % em massa,
C: 0,50 a 0,70%,
Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, onde o valor H definido pela equação (a) a seguir é 160 ou mais, e o valor C definido pela equação (b) a seguir é 3,25 ou menos:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0 (a), e
C = [Si]/[Mn] (b), onde [C], [Si], [Mn], e [Cr] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(2) O aço para molas conforme o item (1) acima, caracterizado por também incluir, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Mo: 0,01 a 1,00%, e
V: 0,01 a 0,20%, onde o valor H definido pela equação © a seguir em lugar da fórmula (a) é 173 ou mais:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c),
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8/28 onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(3) O aço para molas conforme o item (1) ou (2) acima, caracterizado por também incluir, em % em massa:
Nb: 0,001 a 0,200%.
(4) O aço para molas conforme qualquer um dos itens (1) a (3) acima, caracterizado por também incluir, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%.
(5) Uma mola produzida pela sujeição de um material de aço a um tratamento térmico, tal como têmpera e tempera ou um tratamento de nitretação, após a trefilação do arame, caracterizada pelo fato de que o material inclui, em % em massa:
C: 0,50 a 0,70%,
Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, onde a mola tem um valor H definido pela equação (a) a seguir de 160 ou mais, e um valor C definido pela equação (b) a seguir de 3,25 ou menos:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0 (a), e
C = [Si]/[Mn] (b), onde [C], [Si], [Mn], e [Cr] representam os teores (% em
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9/28 massa) dos respectivos elementos no aço.
(6) A mola conforme o item (5) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Mo: 0,01 a 1,00%, e
V: 0,01 a 0,20%, onde o valor H definido pela equação (c) a seguir em lugar da equação (a) é 173 ou mais:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c) onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(7) A mola conforme o item (5) ou (6) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa:
Nb: 0,001 a 0,200%, (8) A mola conforme qualquer um dos itens (5) a (7) acima, caracterizada pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%.
[0021] De acordo com a presente invenção, é também fornecido um método para avaliar a resistência à fadiga de uma mola, usando-se o valor H e o valor C acima. As essências do método para avaliação da resistência à fadiga de uma mola são como segue.
(a) Um método para avaliar a resistência à fadiga de uma mola, caracterizado pela avaliação da resistência à fadiga de uma mola produzida pela sujeição de um material de aço incluindo, em % em massa:
C: 0,50 a 0,70%,
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Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, a um tratamento térmico tal como têmpera e revenido ou um tratamento de nitretação, após a trefilação do arame, pelo uso de um valor H definido pela equação (a) a seguir e de um valor C definido pela equação (b) a seguir:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0 (a), e
C = [Si]/[Mn] (b), onde [C], [Si], [Mn], e [Cr] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(b) O método para avaliação da resistência à fadiga de uma mola conforme o item (a) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Mo: 0,01 a 1,00%, e
V: 0,01 a 0,20%, onde o valor H definido pela equação (c) no lugar da fórmula (a) é 173 ou mais:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c) onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(c) O método para avaliação da resistência à fadiga de uma mola conforme o item (a) ou (b) acima, caracterizado pelo fato de que
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11/28 o material de aço também inclui, em % em massa:
Nb: 0,001 a 0,200%, (d) O método para avaliação da resistência à fadiga de uma mola conforme qualquer um dos itens (a) a (c) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%.
[0022] De acordo com a presente invenção, é também fornecido um método para produção de uma mola de alta resistência, o que satisfaz as definições com base no valor H e no valor C acima. As essências do método para produção de uma mola de alta resistência são como segue.
(e) Um método para produção de uma mola de alta resistência, caracterizado por submeter um material de aço incluindo, em % em massa:
C: 0,50 a 0,70%,
Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, a um tratamento térmico, tal como tratamento de têmpera e revenido ou um tratamento de nitretação, após a trefilação do arame, para produzir uma mola, para assim ajustar o valor H a seguir definido pela equação (a) a seguir para 160 ou mais, e o valor C definido pela equação (b) a
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12/28 seguir para 3,25 ou menos:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0 (a), e
C = [Si]/[Mn] (b), onde [C], [Si], [Mn], e [Cr] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(f) O método para produção de uma mola de alta resistência conforme o item (e) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Mo: 0,01 a 1,00%, e
V: 0,01 a 0,20%, e onde o valor definido pela equação (c) a seguir em lugar da fórmula (a) é 173 ou mais:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c) onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
(g) O método para produção de uma mola de alta resistência conforme o item (e) ou (f) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa:
Nb: 0,001 a 0,200%, (h) O método para produção de uma mola de alta resistência conforme qualquer um dos itens (e) a (g) acima, caracterizado pelo fato de que o material de aço também inclui, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%.
Efeitos da invenção [0023] O aço da presente invenção permite a produção de uma
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13/28 mola de alta resistência por reduzir elementos capazes de diminuírem capazes de diminuírem a resistência da mola e também fazer uso de, no máximo, o efeito de resistência ao amolecimento na revenido devido aos elementos de ligação e, portanto, exerce efeitos industrialmente altamente notáveis.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0024] A Fig. 1 mostra a relação entre o indicador H (= 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0) de um material de aço isento de V e Mo e o indicador H (= 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0) de um material que tenha V ou Mo adicionado, e a dureza na revenido.
[0025] A Fig. 2 most6ra a relação entre a dureza na revenido (HV) e a resistência à fadiga (MPa).
[0026] A Fig. 3 mostra a relação entre o indicador C (= [Si]/[Mn]) e a resistência à fadiga (MPa).
MODO PARA EXECUÇÃO DA INVENÇÃO [0027] A presente invenção será descrita em detalhes abaixo.
[0028] Inicialmente, serão descritas as equações (a) e (c) acima definidas na presente invenção.
[0029] Entre as características de um aço para molas de alta resistência, a dureza após a revenido ou o tratamento de nitretação é importante. Particularmente, o tratamento de nitretação é um tratamento térmico que é eficaz para melhorar a dureza da superfície, enquanto a porção de núcleo é temperada a uma alta temperatura por um longo período de tempo durante o tratamento de nitretação e assim sofre um amolecimento drástico. Os inventores introduziram experimentalmente os indicadores H a seguir de modo a avaliar quantitativamente a relação entre a dureza na revenido da porção de núcleo do aço após o tratamento de nitretação e a composição de componentes do aço:
No caso de um aço livre de Mo e V:
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Indicador H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0 (a), e no caso de um aço contendo Mo e/ou V:
Indicador H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c), [0030] O indicador H é um indicador para avaliar aditivamente o grau de influência de [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] no endurecimento na tempera de uma porção de núcleo do aço após o tratamento de nitretação pela pesagem do grau de influência de cada elemento. C, Si, Mn, Cr, Mo, e V são os principais elementos de melhoria da resistência ao amolecimento na revenido.
[0031] Usando-se, como objetos do teste, vários materiais de aço incluindo C em uma quantidade de 0,50 a 0,70% (em % em massa, a mesma deve se aplicar daqui para a frente), Si em uma quantidade de 1,00 a 5,00%, Mn em uma quantidade de 0,20 a 2,00%, P em uma quantidade de 0,001 a 0,0500%, S em uma quantidade de 0,001 a 0,0500%, Cr em uma quantidade de 0,10 a 4,00%, Al em uma quantidade de 0,001 a 0,010%, N em uma quantidade de 0,0030 a 0,0060%, Mo em uma quantidade de 0,01 a 1,00%, e V em uma quantidade de 0,01 a 0,30%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, os materiais de aço satisfazendo a equação (b) acima, cada material de aço foi submetido a um tratamento térmico no qual a dureza na revenido da porção de núcleo após o tratamento de nitretação foi reproduzida. Um espécime foi aquecido até uma temperatura na qual carbonetos de liga ou carbonetos à base de Fe podem ser dissolvidos, resfriado em óleo a 60°C, e então submetido a um tratamento de revenido a 450°C por 120 minutos. Subsequentemente, o espécime foi cortado em uma seção transversal da direção do diâmetro e incrustado em uma resina e, após polir a camada de superfície, a dureza Vickers (HV) foi medida. Os resultados estão mostrados na Fig. 1.
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15/28 [0032] Como fica aparente na Fig. 1, há uma correlação extremamente satisfatória entre o indicador H e a dureza na revenido da porção de núcleo após o tratamento de nitretação.
[0033] A seguir foi avaliada a relação entre a dureza na revenido e a característica de fadiga. O teste de fadiga usado foi um teste de fadiga rotativo do tipo Nakamura. Um espécime foi submetido a um teste após ser removida a carepa na camada de superfície devido ao tratamento térmico. Como resultado, uma carga de estresse máxima, na qual 10 amostras apresentaram o número de ciclos de carga de não menos que 107 com uma probabilidade de 50% ou mais, foi considerada como a resistência à fadiga. Os resultados estão mostrados na Fig.
2. A resistência à fadiga de um material de aço SWOSC-V (JIS) usado frequentemente para molas foi também determinada, e mostrado na trefilação. Uma vez que a resistência à fadiga do SWOSC-V é 660 MPa, a resistência à fadiga almejada foi ajustada em 800 MPa ou mais que foi aumentada em cerca de 20% a partir daí.
[0034] Como fica aparente da Fig. 2, é necessário garantir uma dureza na revenido de 550 HV ou mais para um aço não contendo nem Mo nem V, enquanto é necessário garantir uma dureza na tempera de 650 HV ou mais para um aço contendo Mo ou V, de modo que uma resistência à fadiga de 800 MPa ou mais seja garantida. Como fica aparente da Fig. 1, é necessário manter o indicador H em 160 ou mais de modo a garantir a dureza na tempera de 550 HV ou mais, enquanto é necessário manter o indicador H em 173 ou mais de modo a garantir a dureza na revenido de HV 605 ou mais. Consequentemente, o indicador H foi definido ser 160 ou mais para um aço não contendo nem Mo nem V, enquanto o indicador H foi definido ser 173 ou mais para um aço contendo Mo e/ou V. O indicador H é preferivelmente 163 ou mais, e mais preferivelmente 165 ou mais, para um aço não contendo V, enquanto é preferivelmente 175 ou mais, e mais preferivelPetição 870190036930, de 17/04/2019, pág. 22/42
16/28 mente 177 ou mais para um aço contendo Mo e V.
A equação (b) acima será descrita agora.
[0035] Como fica aparente das equações (a) e (c) acima, Si é um elemento que contribui significativamente para a resistência ao amolecimento na revenido, e uma grande quantidade de Si é adicionado a materiais de aço para molas para assim aumentar a resistência das molas. Entretanto, uma inclusão dura de SiÜ2 formada em uma grande quantidade no aço fornece pontos de partida de fraturas de fadiga para assim provocar a deterioração das características de fadiga. Depende do equilíbrio das quantidades de elementos facilmente oxidáveis adicionados se SiO2 é formado em grande quantidade ou não. Os presentes inventores estudaram a relação entre a razão da quantidade de Si para a quantidade de Mn e as características de fadiga.
[0036] Usando-se, como objetos do teste, vários materiais de aço incluindo C em uma quantidade de 0,60% (em % em massa, o mesmo deve se aplicar daqui para a frente), Si em uma quantidade de 2,0 a 4,0%, Mn em uma quantidade de 0,40 a 1,40%, P em uma quantidade de 0,005 a 0,050%, S em uma quantidade de 0,001 a 0,050%, Cr em uma quantidade de 2,5%, Al em uma quantidade de 0,001 a 0,010%, e N em uma quantidade de 0,0030 a 0,0050%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, o material de aço satisfazendo a equação acima (a), cada material de aço foi submetido a um tratamento térmico no qual a dureza na revenido da porção de núcleo após o tratamento de nitretação foi reproduzida. Um espécime foi aquecido até uma temperatura na qual carbonetos de ligas ou carbonetos à base de Fe podem ser dissolvidos, resfriado em óleo a 60°C, e então submetido a um tratamento de revenido a 450°C por 120 minutos. Para eliminar a influência da descarburação, a região de 0,5 mm a partir da superfície foi esfregada. Um teste de fadiga rotativo do tipo Nakamura foi usado para avaliação das características de fadiga. Os resultados estão mosPetição 870190036930, de 17/04/2019, pág. 23/42
17/28 trados na Fig. 3.
[0037] Como fica aparente da Fig. 3, as resistências à fadiga são 800 MPa ou mais quando a razão da quantidade de Si para a de Mn (doravante referida como [Si]/[Mn]) é 3,25 ou menos, enquanto as resistências à fadiga são baixas e 800 MPa ou menos quando [Si]/[Mn] é mais que 3,25. Pontos de partida da fratura de fadiga desses materiais de baixa resistência à fadiga foram observados e, como resultado, inclusões duras compostas principalmente de SiÜ2 serviram como pontos de partida. Assim, é considerado que uma diminuição na resistência à fadiga é causada principalmente por SiÜ2. Consequentemente, a razão [Si]/[Mn] do indicador C foi definida ser 3,25 ou menos. Como fica aparente da Fig. 3, quando o teor de Si é constante, embora a resistência à fadiga não mude muito a uma razão [Si]/[Mn] de 3,25 ou menos, pode ser vista uma tendência de que, em particular quando o teor de Si aumenta, a resistência à fadiga aumenta à medida que [Si]/[Mn] diminui. Portanto, a razão [Si]/[Mn] é preferivelmente 3,00 ou menos, e mais preferivelmente 2,80 ou menos.
[0038] Conforme mencionado acima, o aço da presente invenção tem excelentes características como aços para molas de alta resistência, pela definição da composição de componentes usando-se a equação (a) ou (c) e a equação (b).
[0039] As razões para restringir os teores dos respectivos elementos no aço da presente invenção serão descritas agora. As porcentagens dos componentes são denotadas em massa.
C: 0,50 a 0,70% [0040] C é um elemento importante que regula a resistência do aço. Para obter uma resistência suficiente, o seu limite inferior deve ser 0,50%. Se comparado com outros elementos de ligação, o custo de ligação é econômico e é possível reduzir o custo de ligação de um material de aço se uma grande quantidade de C puder ser adicionada.
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Entretanto, uma vez que a ductilidade a quente deteriora drasticamente quando uma grande quantidade de C é adicionada, o seu limite superior deve ser 0,70%. Ele é preferivelmente 0,67% ou menos, e mais preferivelmente 0,65% ou menos.
Si: 1,00 a 5,00% [0041] Si é um elemento necessário para garantir a resistência e a dureza de uma mola, e o seu limite inferior deve ser 1,00% de modo a obter resistência suficiente. Além disso, Si é um elemento importante que contribui significativamente para a resistência ao amolecimento na revenido, e a adição de Si leva ao reforço da mola. Portanto, o limite inferior de Si é preferivelmente 2,50%, mais preferivelmente 2,70%, e mais preferivelmente ainda 3,0%. Por outro lado, quando uma grande quantidade de Si é adicionada, não apenas a resistência do aço aumenta, mas também ocorre sua fragilização significativa. Portanto, o limite superior deve ser 5,00%.
Mn: 0,30 a 2,00% [0042] Mn é muito frequentemente usado uma vez que ele fixa o S no aço como MnS e aumenta a capacidade de endurecimento para obter uma dureza suficiente após o tratamento térmico. Além disso, na presente invenção, ele é um elemento importante que regula se o SiÜ2 é formado ou não. Mesmo no caso de adição de uma grande quantidade de Si, o uso de quantidades adequadas de Si e Mn no aço permite a prevenção da deterioração das características de fadiga. Para obter tais efeitos, o teor de Mn é ajustado para 0,30% ou mais. Por outro lado, quando Mn é adicionado em uma quantidade de mais de 2,00%, a dureza do material base aumenta, levando à fragilização. Portanto, o limite superior deve ser 2,00%.
P: 0,0002 a 0,0500% [0043] Uma vez que P está geralmente contido em um aço como impurezas inevitável em uma quantidade de 0,0002% ou mais, o seu
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19/28 limite inferior deve ser 0,0002%. Mesmo se P for adicionado, o P segrega antes nas bordas dos grãos de austenita para provocar uma fragilização drástica, e, portanto, o seu limite superior deve ser 0,0500%. Ele é preferivelmente 0,0300% ou menos, mais preferivelmente 0,0200% ou menos, e ainda mais preferivelmente 0,0150% ou menos.
S: 0,0002 a 0,0500% [0044] Como o P, o S está geralmente contido em um aço como impureza inevitável em uma quantidade de 0,0002% ou mais, e fragiliza o aço quando ele existe no aço. No caso de S, embora suas influências sejam reduzidas tanto quanto possível pelo Mn, o MnS está na forma de uma inclusão, levando à deterioração das características de fadiga. Particularmente, em um aço de alta resistência, pode ocorrer fratura a partir de uma vestígios de MnS e o teor de S é desejavelmente reduzido tanto quanto possível. Portanto, o seu limite superior deve ser 0,0500%. Consequentemente, o teor de S é ajustado na faixa de 0,0002 a 0,0500%. O limite superior é preferivelmente 0,0300%, mais preferivelmente 0,0200%, e ainda mais preferivelmente 0,00150%.
Cr: 0,10 a 3,50% [0045] Cr é um elemento importante que contribui significativamente para a resistência ao amolecimento na revenido, e sua adição leva ao reforço da mola. Para obter esse efeito, a quantidade de Cr adicionada deve ser 0,10% ou mais. Entretanto, Cr é um sólido dissolvido em carbonetos à base de Fe para assim estabilizá-los. Consequentemente, para obter o efeito de resistência ao amolecimento na revenido, a temperatura de aquecimento deve ser aumentada drasticamente. Nesse caso, quando Cr é adicionado em uma quantidade de mais de 3,50%, ocorre uma descarburação drástica, levando à diminuição da resistência à fadiga. Portanto, o limite superior da quantidade de Cr deve ser 3,50%.
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20/28
Al: 0,0005 a 0,0500% [0046] Uma vez que o Al está geralmente contido em um aço como impureza inevitável em uma quantidade de 0,0005% ou mais, o seu limite inferior deve ser 0,0005%. Mesmo se Al for adicionado, ele forma óxidos tais como Al2Ü3 que fornece pontos de partida da fratura de fadiga para assim provocar a deterioração das características de fadiga de uma mola. Portanto, o seu limite superior deve ser 0,0500%, mas é desejavelmente reduzido tanto quanto possível. Preferivelmente, ele é 0,0100% ou menos.
N: 0,0020 a 0,0100% [0047] N é combinado com vários elementos de ligação, tais como V e Nb, para formar nitretos para assim suprimir o crescimento dos grãos de austenita, e exerce influência nas propriedades de um aço e da mola. Para obter esses efeitos, o limite inferior do teor de N deve ser 0,0020%. Por outro lado, quando o teor de N aumenta, a ductilidade a quente do aço deteriora drasticamente, para provocar o problema de geração de marcas durante a laminação a quente da barra de aço bruto. Portanto, o limite superior deve ser 0,0100%.
[0048] Pelo menos um elemento entre Mo: 0,01 a 1,00% e V: 0,01 a 0,30% [0049] Mo e V são elementos importantes que contribuem significativamente para a resistência ao amolecimento na revenido, e a adição de pelo menos um deles leva ao reforço de uma mola. Para obter esse efeito, a quantidade adicionada de cada elemento deve ser 0,01% ou mais. Por outro lado, quando uma grande quantidade é adicionada, a temperatura de aquecimento deve ser aumentada de modo a obter o efeito de resistência ao amolecimento na revenido, e a quantidade de descarburação gerada à medida que a temperatura de aquecimento aumenta leva à diminuição da resistência à fadiga. Consequentemente, o limite superior de Mo deve ser 1,00% e o limite suPetição 870190036930, de 17/04/2019, pág. 27/42
21/28 perior de V deve ser 0,30%. V é combinado com N para formar um nitreto, que contribui, como partículas fixadoras, para o refino do grão de austenita.
Nb: 0,001 a 0,200% [0050] Como o V, Nb é combinado com N para formar nitretos, o que contribui, como partículas fixadoras, para o refino dos grãos de austenita. Para obter esse efeito, a quantidade de Nb adicionada deve ser 0,001% ou mais. Por outro lado, quando a quantidade é maior que 0,200%, não apenas o efeito é saturado como também a ductilidade a quente deteriora drasticamente para provocar o problema da geração de marcas durante a laminação a quente de uma barra de aço bruto. Portanto, o limite superior deve ser 0,200%.
[0051] Um ou mais elementos entre Ca: 0,0002 a 0,0100%, Mg: 0,0002 a 0,0100%, e Zr: 0,0005 a 0,1000% [0052] Ca, Mg, e Zr formam óxidos, que servem como núcleos de cristalização para sulfeto de Mn e têm o efeito de dispersão fina uniforme do sulfeto de Mn. Para apresentar esse efeito, os limites inferiores de Ca e Mg devem ser 0,0002% e o limite inferior de Zr deve ser 0,0005%. Por outro lado, quando as quantidades de Ca e Mg são maiores que 0,0100%, e a quantidade de Zr é maior que 0,1000%, inclusões duras tais como óxidos e seus sulfetos são formadas em grandes quantidades, levando à deterioração das características de fadiga do aço. Consequentemente, os limites superiores de Ca e Mg devem ser 0,0100%, enquanto o limite superior de Zr deve ser 0,1000%.
[0053] Uma característica significativa no aço para molas da presente invenção é que o teor de Si é maior que aquele de um aço para molas convencional. Si é um elemento importante que é necessário para garantir a resistência da mola e contribui significativamente para a resistência ao amolecimento na revenido do aço, levando ao reforço da mola. Entretanto, não foi fácil realizar previamente um aço para mo
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22/28 las tendo uma grande quantidade de Si adicionada de, por exemplo, mais de 2,5%. Isto é porque existem inclusões duras de SiÜ2 no aço. As características de fadiga foram melhoradas até aqui pelo controle da composição da escória no tratamento do aço fundido em uma faixa adequada para assim formar inclusões que tenham alta ductilidade ao invés de inclusões duras tais como SiÜ2, e refinar as inclusões formadas pela laminação a quente. Uma vez que um aumento na quantidade de Si contida no aço leva a um aumento na temperatura de cristalização do SiÜ2, houve a necessidade de tornar a temperatura de aquecimento antes da laminação maior que a temperatura de cristalização de modo a suprimir a formação de SiÜ2. Entretanto, o aumento na temperatura de aquecimento antes da laminação provoca a deterioração drástica da ductilidade a quente, e assim o limite superior da quantidade de Si foi até aqui 2,5% de modo a atingir a temperatura de aquecimento que permita a produção enquanto suprime a formação de SiO2.
[0054] Na presente invenção, como resultado da descoberta de que o ajuste da razão dos teores de Si e Mn, que são responsáveis pela formação de óxidos, permite controlar a temperatura de cristalização do SiO2, o valor C definido por [Si]/[Mn] é ajustado para 3,25 ou menos, com base no conhecimento descrito previamente, de modo a suprimir a ocorrência de fratura de fadiga na inclusão dura SiO2 que serve como seu ponto de partida. Na presente invenção, como resultado do ajuste do valor C, é possível realizar um aço para molas com um alto teor de Si. No aço para molas com alto teor de Si, um aumento na temperatura de aquecimento leva a um aumento na quantidade de descarburação, resultando na deterioração das características de fadiga. Em particular, para V e Mo contidos em um aço para molas, há a necessidade de um aumento na temperatura de aquecimento dependendo das suas quantidades de modo a apresentar o efeito de resis
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23/28 tência ao amolecimento na revenido. Portanto, foi descoberto que nenhuma adição de V e Mo, ou uma diminuição nas suas quantidades contribui para a realização de um aço para molas com alto teor de Si. Com base no efeito sinérgico da combinação desses elementos, a presente invenção fornece um aço para molas de alta resistência, que será finalmente conformado em uma mola de alta resistência, fazendose uso, no máximo, do efeito de resistência ao amolecimento na revenido devido aos elementos de ligação enquanto se suprime a formação de inclusões duras de SiÜ2 que provocam a deterioração das características de fadiga da mola para assim aumentar a resistência da porção de núcleo da mola independentemente de seu teor de Si maior que o do aço para molas convencional.
[0055] De acordo coma presente invenção, é também fornecida uma mo,a produzida usando-se o aço para molas da invenção.
[0056] A mola da invenção é produzida submetendo-se um material de aço com a composição definida na invenção, isto é, um material de aço incluindo, em % em massa:
C: 0,50 a 0,70%,
Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, [0057] com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, a um tratamento térmico, tal como tratamento de têmpera e revenido ou tratamento de nitretação, após a trefilação do arame. A mola da invenção é caracterizada pelo fato de que o valor H definido pela equação (a) a seguir é 160 ou mais, e o valor C definido pela equação (b) a seguir é
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3,25 ou menos:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 90,0 (a), e4
C = [Si]/[Mn] (b), onde [C], [Si], [Mn], e [Cr] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
[0058] O material de aço pode também incluir, em % em massa, um ou mais elementos entre:
Mo: 0,01 a 1,00%, e
V: 0,01 a 0,20%, [0059] A mola obtida usando-se esse material de aço é caracterizada pelo fato de que o valor H definido pela equação (c) a seguir em lugar da fórmula (a) acima é 173 ou mais:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21,9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (c), onde [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
[0060] O material de aço pode também incluir, em % em massa: Nb: 0,001 a 0,200%, [0061] O material de aço pode também incluir, em % em massa, um ou mais elementos de entrada:
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%, [0062] A invenção será descrita agora abaixo, em detalhes, por meio de Exemplos. Esses Exemplos são usados com o propósito de descrever os significados técnicos e os efeitos da invenção, mas sem limitar o escopo da invenção.
EXEMPLOS [0063] Aços compostos dos componentes químicos mostrados na Tabela 1 foram fundidos em um forno de fusão a vácuo e então lami
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25/28 nados a quente para obter fios-máquina de aço com diâmetro de 6 mm. A composição do aço do Exemplo Convencional correspondeu à composição do aço Si-Cr SWOSC-V para molas para válvulas da JIS G 3561. Os fios-máquina de aço foram submetidos a um tratamento térmico no qual o endurecimento na revenido da porção de núcleo após o tratamento de nitretação foi reproduzido. Especificamente, os fios-máquina de aço foram aquecidos, dependendo de suas composições de aço, até uma temperatura na qual os carbonetos de liga ou os carbonetos à base de Fe podem ser dissolvidos, selecionadas de 650 a 1,150°C como mostrado na Tabela 2, resfriados rapidamente em óleo a 60°C e então submetidos a um tratamento de revenido a 450°C por 120 minutos.
[0064] Para medir as durezas na revenido dos materiais tratados termicamente, uma seção transversal na direção do diâmetro foi cortada de cada espécime e, após o polimento da seção transversal, foi medida a dureza Vickers (300 gf) na posição a 2 mm da camada de superfície. A profundidade total descarburada foi medida pelo método usando-se um microscópio definido na JIS G 0558, A profundidade total descarburada de 0 (zero) significa que a descarburação total não pode ser confirmada pelo microscópio.
[0065] O teste de fadiga usado foi um teste de fadiga rotativo do tipo Nakamura. Um espécime foi submetido ao teste após serem removidas as carepas em uma camada de superfície devidas ao tratamento térmico. O estresse de carga máximo no qual 10 amostras apresentaram o número de ciclos de carga de não menos que 107 com uma probabilidade de 50% ou mais, foi considerado como resistência à fadiga.
[0066] Nos Exemplos 1 a 11 da presente invenção, onde as composições do aço estão dentro da faixa definida e ambos os indicadores H e C estão também dentro das faixas definidas, os espécimes são
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26/28 excelentes em características de fadiga e têm resistência à fadiga de 800 MPa ou mais.
[0067] Por outro lado, no Exemplo Comparativo n° 12, embora ambos os indicadores H e C estejam nas faixas definidas, ocorreu uma descarburação drástica devido ao alto teor de Cr, levando a uma baixa resistência à fadiga. No Exemplo Comparativo n° 13, embora ambos os indicadores H e C estejam também dentro das faixas definidas, o teor de Al é alto e a resistência à fadiga é baixa. A observação dos espécimes fraturados entre as amostras submetidas ao teste de fadiga para os pontos de partida de fratura de fadiga revelaram inclusões compostas principalmente de AbÜ3 em todos os espécimes. Nos Exemplos Comparativos n° 14 e n° 16, embora as composições dos aços estejam nas faixas definidas, as resistências à fadiga são baixas e 800 MPa ou menos uma vez que o indicador H está fora da faixa definida. Nos Exemplos Comparativos n° 16 e n° 17, embora as composições de aço também estejam nas faixas definidas, as resistências à fadiga são também baixas e 800 MPa ou menos uma vez que os indicadores C estão for a da faixa definida. A observação dos espécimes fraturados entre as amostras submetidas ao teste de fadiga para os pontos de partida da fratura de fadiga revelaram inclusões compostas principalmente de SiO2 em todos os espécimes.
[0068] Como fica aparente do exposto acima, os exemplos que satisfazem todas as condições definidas na presente invenção são excelentes em características de fadiga se comparado com os Exemplos Comparativos e o Exemplo Convencional.
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Tabela 1
Teste n° Classificação Componentes químicos (% em massa)
C Si Mn P S Cr Al N Mo V Nb Ca Mg Zr
1 0,52 3,09 1,25 0,004 0,004 1,77 0,003 0,0040
2 0,69 3,01 1,18 0,004 0,005 1,89 0,003 0,0049
3 0,63 1,20 0,92 0,006 0,006 3,05 0,002 0,0040
4 0,59 4,80 1,54 0,003 0,005 1,72 0,002 0,0032 0,0031
5 0,65 1,11 0,35 0,004 0,005 3,20 0,003 0,0047
6 Exemplos da invenção 0,59 2,90 1,97 0,005 0,005 1,81 0,003 0,0040
7 0,61 4,23 1,43 0,003 0,006 0,15 0,002 0,0043
8 0,61 2,95 1,37 0,006 0,005 3,46 0,003 0,0032 0,0024 0,001
9 0,61 2,89 1,15 0,005 0,005 1,77 0,003 0,0033 0,24 0,22 0,0044 0,0032
10 0,60 2,86 1,11 0,003 0,003 1,84 0,002 0,0050 0,25 0,0013 0,0021 0,0029
11 0,59 3,07 1,16 0,004 0,005 1,84 0,003 0,0049 0,08 0,0045 0,0062
12 0,60 2,84 1,36 0,005 0,005 4,08 0,002 0,0036 0,0035
13 0,61 2,81 1,11 0,004 0,006 1,88 0,057 0,0044
14 Exemplos Com- 0,60 2,24 1,14 0,005 0,006 1,23 0,002 0,0040 0,0047
15 parativos 0,60 3,04 1,26 0,004 0,004 1,85 0,002 0,0045 0,15 0,05 0,07 0,001 0,0027 0,0014
16 0,59 2,81 0,53 0,004 0,006 1,76 0,003 0,0039
17 0,65 3,46 0,46 0,005 0,006 2,41 0,002 0,0036 0,21 0,29 0,0014 0,0037
18 Exemplo Convencional 0,54 1,48 0,69 0,005 0,009 0,64 0,002 0,0032
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Tabela 2
Teste N° Classificação Indicador H Indicador C Temperatura do tratamento de solução (°C) Dureza na revenido (HV) Profundidade total descarburada (mm) Resistência à fadiga (MPa)
1 Exemplos da invenção 165 2,48 950 615 0,01 862
2 171 2,55 950 627 0,01 872
3 162 1,30 1025 579 0,03 808
4 186 3,12 950 652 0,01 878
5 161 3,17 1025 581 0,03 811
6 171 1,47 950 634 0,01 867
7 163 2,96 850 574 0 823
8 187 2,16 1050 660 0,04 850
9 178 2,52 1025 610 0,03 815
10 174 2,58 1050 614 0,03 839
11 168 2,64 950 611 0,01 853
12 Exemplos comparativos 192 2,09 1150 679 0,09 744
13 166 2,53 950 609 0,01 692
14 153 1,96 900 519 0,01 725
15 169 2,41 1025 589 0,04 789
16 161 5,30 950 587 0,01 651
17 176 7,52 1050 649 0,04 696
18 Exemplo convencional 134 2,14 850 472 0 669
28/28

Claims (2)

1. Aço para molas, caracterizado pelo fato de que consiste em, % em massa:
C: 0,50 a 0,70%,
Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, opcionalmente um ou mais de:
Mo: 0,01 a 1,00%,
V: 0,01 a 0,30%,
Nb: 0,001 a 0,200%,
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, em que o valor H definido pela equação (a) a seguir é 160 ou mais (no caso de não incluir Mo e V), ou 175 ou mais (no caso de incluir Mo e/ou V), e o valor C definido pela equação (b) a seguir é 3,25 ou menos:
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21.9[Mo] + 34,0[V] + 90,0 (a), e
C = [Si]/[Mn] (b), em que [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo] e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
2. Mola produzida submetendo-se o material de aço a um tratamento térmico após a trefilação, do arame, caracterizada pelo fato de que o material de aço compreende, em % em massa:
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1/2 reivindicações
2/2
C: 0,50 a 0,70%,
Si: 1,00 a 5,00%,
Mn: 0,30 a 2,00%,
P: 0,0002 a 0,0500%,
S: 0,0002 a 0,0500%,
Cr: 0,10 a 3,50%,
Al: 0,0005 a 0,0500%, e
N: 0,0020 a 0,0100%, opcionalmente um ou mais de:
Mo: 0,01 a 1,00%,
V: 0,01 a 0,30%,
Nb: 0,001 a 0,200%,
Ca: 0,0002 a 0,0100%,
Mg: 0,0002 a 0,0100%, e
Zr: 0,0005 a 0,1000%, com o saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, em que a mola tem um valor H definido pela equação (a) a seguir de 160 ou mais (no caso de não incluir Mo e V), ou 175 ou mais (no caso de incluir Mo e/ou V), e um valor C definido pela equação (b) a seguir de 3,25 ou menos.
H = 33,6[C] + 10,0[Si] + 5,95[Mn] + 11,1[Cr] + 21.9[Mo] + 34,0[V]+ 90,0 (a), e
C = [Si]/[Mn] (b), em que [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo] e [V] representam os teores (% em massa) dos respectivos elementos no aço.
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