BRPI0712343B1 - Mola de aço com alta limpeza - Google Patents

Description

Campo da Técnica A presente invenção se refere à mola de aço com alta limpeza excelente em propri- edades de fadiga e uma mola com alta limpeza excelente em propriedades de fatiga, e se refere à mola de aço com alta limpeza em que as inclusões duras metálicas com flexibilida- de extremamente baixa são reduzidas e as propriedades de fadiga são melhoradas, e uma mola com alta limpeza excelente em propriedades de fadiga obtida empregando o aço. A mola obtida desta mola de aço com alta limpeza é útil como uma mola de válvula e uma mo- la de embreagem para um motor de automóvel, e uma mola de freio em que as proprieda- des de fadiga extremamente elevadas são requeridas.

Antecedente da Técnica Nos anos recentes, no campo de automóveis, por exemplo, como a redução de pe- so e o realce do rendimento são mais altamente requeridos, um projeto de alto estresse é direcionado, da mesma forma, em uma mola de válvula e uma mola de suspensão empre- gada a um motor, uma suspensão e similares, e uma mola de embreagem e similares. Por esse motivo, para estas molas, algumas das quais são excelentes em propriedade de resis- tência a fadiga e propriedade de resistência a fixação são fortemente requeridas competir com o aumento no estresse da carga. Em particular, com relação a uma mola de válvula, o requerimento para aumentar a intensidade de fatiga é muito forte, e até mesmo SWOSC—V (JIS G 3566), que é referido ser elevado em intensidade de fadiga entre o aço convencional, é duro para enfrentar.

Em material de mola de aço em que a alta intensidade de fadiga é requerida, é ne- cessário reduzir as inclusões duras não metálicas presentes no aço tanto quanto possível.

De um tal ponto de vista, com relação ao aço empregado para o emprego descrito acima, é comum que o aço com alta limpeza em que a presença de inclusões não metálicas descritas acima é diminuída tanto quanto possível é empregada. Porque o risco de ruptura do fio e ruptura por fadiga devido às inclusões não metálicas aumentando com alto fortalecimento de progressos materiais, o requerimento para redução e miniaturização das inclusões não me- tálicas descritas acima às quais se tornam sua causa principal tem tornado-se grandemente severa.

Do ponto de vista da redução de realização e miniaturização de inclusões duras não metálicas em aço, uma variedade de tecnologias tem sido proposta até aqui. Por exem- plo, no Documento de Patente 1, é descrito que, em mola de aço de válvula, quando contro- lada por três componentes Ca0-AI203.Si02 com base nas inclusões cujo ponto de fusão é mais baixo do que aproximadamente 1.400-1.500 DEG C., não se tornam o ponto de partida de insuficiência por fadiga e as propriedades de fadiga melhoram.

Da mesma forma, no Documento de Patente 1, o aço com alta limpeza, cuja a pra- ticabilidade fria e a propriedade de fadiga são melhoradas por estipular a composição média de inclusões não metálicas a fim de que as inclusões não metálicas sejam bem estendidas em rotação a quente e são esmagadas e finamente dispersadas em um processo do dese- nho do fio ou rotação a frio, é realizado. Além disso, no Documento de Patente 2, da mesma forma, a composição de inclusões não metálicas as quais são facilmente estendida e refina- da em rotação a quente, rotação a frio e o desenho é estipulado.

Por outro lado, no Documento de Patente 3, uma tecnologia é descrita em que o ponto de fusão de uma inclusão com base em óxido é estipulada como 1.500 DEG C. ou abaixo para produzir uma inclusão tendo uma composição de baixa fusão facilmente esten- dida em rotação a frio e quente.

Além disso, no Documento de Patente 4, como uma inclusão tendo uma composi- ção de baixa fusão facilmente estendida em rotação a quente e rotação a frio, Al203-Si02 com base em algum contendo MgO e/ ou CaO é estipulado.

Documento de não-patente 1: “182nd and 183rd Nishiyama Memorial Technical Lec- ture”, editado por The Iron and Steel Institute of Japan, P.131-134.

Documento de Patente 1: Publicação de Pedido de Patente não Examinada Japo- nesa No. S62-99436 Documento de Patente 2: Publicação de Pedido de Patente não Examinada Japo- nesa No. S62—99437 Documento de Patente 3: Publicação de Pedido de Patente não Examinada Japo- nesa No. H5—320827 Documento de Patente 4: Publicação de Pedido de Patente não Examinada Japo- nesa No. S63—140068 Descrição da Invenção Problemas a serem resolvidos pela invenção Em uma variedade de tecnologias convencionais propostas até agora, foi comum realizar excelente intensidade de fatiga por controlar a composição média de inclusões.

Nesse meio tempo, nos anos recentes, as seguintes propriedades (I) e (II) são requeridas para uma mola de válvula. (I) Porque há uma tendência de assegurar o espaço abaixo de um capô para garan- tir segurança em colisão para proteção do pedestre, redução de altura de motor, que é, a redução da altura da mola, é requerida. (II) Para melhorar a economia de combustível, a redução do peso de uma mola é requerida.

Como descrito acima, se bem que, além disso, o elevado fortalecimento da mola aço é requerido para realizar a redução da altura da mola e redução de peso, não é possível competir com o requerimento de promover elevado fortalecimento meramente por tecnologi- as convencionais. Seu motivo é que há um problema de controle de inclusões de muitos níveis elevados tem sido agora mesmo realizado até aqui, as inclusões induzindo a ruptura existem muito raramente sozinha, e é difícil reduzir também. Da mesma forma, tem sido mostrado que as inclusões com base em cristais duros seriam nocivas, de qualquer modo, não tem havido conhecimento na distinção de algum particularmente nocivo e não entre as inclusões em base em cristais duros.

Além disso, em uma variedade de tecnologias convencionais propostas até agora, o ponto condutor é para controlar a composição de inclusão para uma região de baixo ponto de fusão e para apontar para refinação de efeito, de qualquer modo, se a região da compo- sição é uma das quais inclui Si02, o Si02 pode teoricamente ser produzido por separação de fase. Particularmente, porque a mola de aço de válvula é aquecida antes da rotação após o forjamento, a ocorrência de geração de Si02 por separação de fase tornar-se altamente pro- vável neste momento. O Si02 dessa forma produzido é duro, é duramente deformado na rotação, e facilmente permanece no produto final. O restante de Si02 no produto final pode torna-se a causa de ruptura em um ferro de estirar ao mesmo tempo em que está em núme- ros extremamente pequenos, e a realização de aço com alta limpeza capaz de competir com o requisito nos anos recentes para, além disso, realce de limpeza não pode tornar-se possí- vel. A presente invenção tem sido desenvolvida sob tais circunstâncias, e seu propósito é para fornecer mola de aço útil na obtenção de uma excelente mola em propriedades de fadiga e uma excelente mola em propriedades de fatiga.

Meios para resolver os problemas O propósito da presente invenção descrito acima pode ser alcançado pela seguinte mola de aço com alta limpeza em relação com a presente invenção. Que significa uma pri- meira mola de aço com alta limpeza em relação com a presente invenção é: aço contendo; C: 1,2% (significa % em massa, mais adiante, o mesmo com relação ao componen- te) ou abaixo (não incluindo o%), Si: 1,2-4%, Mn: 0,1-2,0%.

Al: 0,01% ou abaixo (não incluindo 0%), e o equilíbrio compreendendo ferro com impurezas inevitáveis, onde; o total de inclusões com base em óxido de 4 ou acima de L (o grande diâmetro de uma inclusão) / D (o pequeno diâmetro de uma inclusão) e 25 pm ou acima de D e inclusões com base em óxido de menos do que 4 L/ D e 25 pm ou acima de L, nas inclusões com base em óxido de 25 % em massa ou acima de concentração de oxigênio e 70% (significa % em massa, mais adiante o mesmo com relação às inclusões) ou acima de conteúdo de Si02 quando Al203 + MgO + CaO + Si02 + MnO = 100% é presumido, através das inclusões no aço, é 20 nos./ 500 g ou abaixo. A primeira mola de aço com alta limpeza descrita acima pode, além disso, contér, como outros elementos: (a) uma ou mais espécies selecionadas de um grupo consistido de;

Cr: 3% ou abaixo (não incluindo 0%), Mo: 0,5 ou abaixo (não incluindo 0%), W: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%), e Co: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%), (b) uma ou mais espécies selecionadas de um grupo consistido de; V: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%), Nb: 0,1 % ou abaixo (não incluindo 0%), e Ti: 0,1 ou abaixo (não incluindo 0%), (c) Cu: 0,1% ou abaixo (não incluindo 0%) e/ ou Ni: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%), (d) REM por 0,1-50 ppm, (e) total de elementos de metal álcali e/ ou elementos de metal alcalino terroso por 0,1-50 ppm.

Além disso, uma segunda mola de aço com alta limpeza em relação com a presente in- venção é caracterizada do modo que: as inclusões com base em óxido com uma largura de 3 pm ou acima as quais estão presentes na lateral de camada de superfície da superfície de um ferro de esti- rar para a profundidade de 1/4 do diâmetro satisfazendo uma desigualdade (1) abaixo, além disso, a concentração de MgO: 5 % em massa ou abaixo (incluindo 0 % em massa) e a concentração de MnO: 10 % em massa ou abaixo (incluindo 0 % em massa), além disso, quando cada concentração [Cn], [An] e [Sn] de CaO, Al203 e Si02 nas inclusões com base em óxido são expressadas respecti- vamente de acordo com as equações (2)—(4) abaixo, satisfazendo a relação das equações (5) e (6) abaixo, e quando estas concentrações de CaO [Cn], concentrações de Al203 [An] e concentrações de Si02 [Sn] são expressadas por um diagrama de fase de sistema de três componentes CaO — Al203 Si02, o ponto de fusão das inclusões com base em óxido é de 1.500 °C. ou abaixo. Aqui, “lar- gura de inclusão” significa o diâmetro de uma inclusão na direção perpendicular à direção axial quando observado por uma seção incluindo a linha de eixo do ferro de estirar.

CaO + Al203 + Si02 > 80 (% em massa ) ... (1) [Cn] (% em massa) = [(CaO) / (CaO + Al203 + Si02)] x 100 ... (2) [An] (% em massa) = [(Al203) / (CaO + Al203 + Si02)] x 100 ... (3) [Sn] (% em massa) = [(Si02) / (CaO + Al203+ Si02)] x 100 ... (4) [An] + 4,29 [Sn] < 221,9 (% em massa) ... (5) [An] < 30 (% em massa) -..(6) Da mesma forma, na mola de aço descrita acima, a concentração de MgO e a con- centração de MnO, tão bem como CaO, Al203, Si02 na desigualdade (1) representam % em massa contra as partículas de inclusão total.

Se bem que a composição de componente químico da segunda mola de aço com alta limpeza descrita acima não é particularmente limitada uma vez que é a composição adequada para a mola de aço, como um preferível, material de aço respectivamente con- tendo C: 1,2 % em massa ou abaixo (não incluindo 0%), Si: 1,2-4 % em massa, Mn: 0,1 — 2,0 % em massa, Al: 0,01 % em massa ou abaixo (não incluindo 0%) pode ser exemplar- mente citado. Da mesma forma, esta mola de aço com alta limpeza pode, além disso, conter uma ou mais espécies selecionadas de um grupo consistido de Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Li, Na, K e elementos terrosos raros. Os conteúdos preferíveis contendo-os são, Cr: 0,5-3 % em massa, Ni: 0,5 % em massa ou abaixo, V: 0,5 % em massa ou abaixo, Nb: 0,1 % em massa ou abaixo, Mo: 0,5 % em massa ou abaixo, W: 0,5 % em massa ou abaixo, Cu: 0,1 % em massa ou abaixo, Ti: 0,1 % em massa ou abaixo, Li: 0,0005 % em massa ou abaixo, Na: 0,0010 % em massa ou abaixo, K: 0,0010 % em massa ou abaixo, e elementos terrosos raros: 0,0010 % em massa ou abaixo. Da mesma forma, a concentração destes componen- tes representa a concentração no aço.

Além disso, a presente invenção da mesma forma inclui molas com alta limpeza ex- celente em propriedades de fadiga obtidas empregando a primeira mola de aço e a segunda mola de aço descrita acima.

Efeitos da Invenção De acordo com a primeira mola de aço com alta limpeza em relação com a presen- te invenção, a realização de elevado fortalecimento é possível por desempenhar trabalho de desenho severo porque as inclusões com base em Si02 são extremamente controladas, e a mola de aço com alta limpeza capaz de fabricar molas excelentes em propriedades de fadi- ga facilmente e molas excelentes em propriedades de fadiga obtidas empregando o aço pode ser realizada.

Da mesma forma, de acordo com a segunda mola de aço com alta limpeza em re- lação com a presente invenção, a mola de aço com alta limpeza que obtém molas excelen- tes em propriedades de fadiga pode ser realizada por preparação total das inclusões com baixo ponto de fusão e fácil de ser deformada, e dura para produzir Si02 até mesmo se a separação de fase ocorrer por aquecimento antes da rotação a quente e durante a rotação a quente.

Breve descrição dos desenhos FIGURA 1 Gráfico mostrando os resultados da investigação no efeito do número de inclusões com base em Si02 (nos./ 500 g de aço) nas propriedades de fadiga (relação de ruptura obtida por um método descrito no Exemplo). FIGURA 2 Desenho explanatório mostrando um procedimento de abstração de in- clusões com base em Si02 no Exemplo. FIGURA 3 Diagrama de fase de sistema de três componentes CaO — Al203 - Si02 mostrando uma região onde o Si02 é produzido por separação de fase por aquecimento antes da rotação a quente e durante rotação a quente. FIGURA 4 Diagrama de fase de sistema de três componentes CaO — Al203 - Si02 mostrando a composição de inclusões estipuladas pela presente invenção.

Descrição dos números de referência 1. Béquer 2. Solução aquosa de ácido nítrico 3. Amostra 4. Aquecedor 5. Filtro de membrana 6. Suporte de filtro 7. Funil 8. Frasco Melhor modo para executar a invenção [Primeira modalidade] Os presentes inventores fazem investigações de uma variedade de ângulos para obter a mola de aço adequada para fabricação de molas que exercem excelentes proprie- dades de fatiga. Como um resultado, foi achado que, entre as inclusões com base em cris- tais duros (para ser exato, inclusões com base em óxido com 25 % em massa ou acima da concentração de oxigênio), inclusões com base em Si02 em particular foram nocivas. Mais especificamente, foi achado que, porque as inclusões compostas que foram de inclusões de porcentagem de Si02 ou Si02 elevado e foram inclusões de 4 ou acima de L (o grande diâ- metro de uma inclusão)/ D (o pequeno diâmetro de uma inclusão) e 25 pm ou acima de D ou inclusões de menos do que 4 de L/ D e 25 pm ou acima de L de propriedades de fadiga ex- tremamente diminuída até mesmo também a densidade foi extremamente baixa, foi neces- sário controlar estritamente o número das inclusões descritas acima, e a presente invenção foi completada.

Além disso, mais especificamente, como deve ser mostrado nos Exemplos descri- tos abaixo, o total das inclusões descritas abaixo obtidas por abstração de aço deve ser produzido por 20 nos. / 500 g ou abaixo. • Inclusões com 70% ou acima de conteúdo de Si02 (presumindo Al203 + MgO + CaO + Si02 + MnO = 100%, mais adiante o mesmo. Da mesma forma, % significa % em massa, mais adiante o mesmo com relação às inclusões) e com 4 ou acima de L (grande diâmetro de inclusão) / D (pequeno diâmetro de inclusão) e 25 pm ou acima de D, e • Inclusões com 70% ou acima de conteúdo de Si02 (presumindo AI03 + MgO + CaO + Si02 + MnO = 100%, mais adiante o mesmo) e com menos do que 4 de L/ D e 25 pm ou acima de L. (Mais adiante, estas inclusões resumidas podem ser coletivamente referidas como “inclusões com base em Si02”.) A FIGURA 1 é um gráfico mostrando os resultados da investigação nos efeitos do número das inclusões com base em Si02 descrito acima em propriedades de fadiga (relação de ruptura obtida por um método descrito no Exemplo descrito abaixo). Como mostrado na Figura 1, é conhecido que a relação de ruptura torna-se extremamente pequena por contro- lar as inclusões com base em Si02 para 20 nos./ 500 g ou abaixo. Preferivelmente, se as inclusões com base em Si02 são controladas para 12 nos./ 500 g ou abaixo, as proprieda- des de fadiga podem ser, além disso, melhoradas. A fim de obter o aço com inclusões com base em Si02 sendo controladas como descritas acima, um método, por exemplo, pode ser citado como, fusão por indução a vá- cuo, desoxigenação de carbono a vácuo como segue é realizada, e o nível de oxigênio é mais diminuído suficientemente (3 ppm ou abaixo). Isto é, dentro do forno é evacuado (60 Torr ou abaixo) e o C finamente dividido, adicionado até que o alvo de concentração C é alcançado. O oxigênio livre é medido por um sensor de oxigênio de zircônia, se não é nível alvo ou abaixo (3 ppm ou abaixo), dentro do forno é evacuado (60 Torr ou abaixo) mais uma vez (neste momento, a pressão parcial de CO dentro do forno diminui, por esse motivo, C e O em aço fundido reagem e a concentração de C no aço fundido da mesma forma diminui), e C é finamente dividido, adicionado até que o alvo de concentração C é alcançado. A mola de aço em relação com a presente modalidade é para satisfazer os seguin- tes componentes fundamentais. Primeiramente, C é um elemento útil em assegurar intensi- dade elevada, e é preferível para produzir 0,2% do conteúdo de C (significa % em massa, mais adiante o mesmo com relação ao componente) ou acima a fim de que o efeito ser sufi- cientemente exercido. Mais preferivelmente é de 0,3% ou acima, e, além disso, mais preferi- velmente é de 0,4% ou acima. De qualquer modo, se o conteúdo de C torna-se excessivo, o aço torna-se frágil o que não é prático, por esse motivo é controlado a 1,2% ou abaixo.

Na mola de aço em relação com a presente modalidade, o aço de Si: 1,2% ou aci- ma é feito um objeto. De qualquer modo, se Si é excessivamente contido, o material de aço torna-se responsável por ser quebradiço, por esse motivo o Si é controlado a 4% ou abaixo. A fim de controlar a composição das inclusões, Mn, que é componente de desoxi- genação, é produzido contido por 0,1% ou acima. De qualquer modo, se este componente é excessivamente contido, o material de aço tornar-se responsável por ser quebradiço, por esse motivo o conteúdo de Mn é controlado a 2,0% ou abaixo.

Al é um elemento útil em controle de inclusões e é requerido em aproximadamente 0,0001% como ο ΛΙ total. De qualquer modo, se o conteúdo de Àl total tornar-se bastante, a concentração de Al203 em inclusões torna-se elevada e é possível que Al203 grosseiro o qual tornar-se a causa de ruptura do fio é gerado, por esse motivo é controlado a 0,01% ou abaixo.

Os elementos contidos na mola de aço em relação com a presente invenção são como descritos acima, e o equilíbrio é ferro e impurezas inevitáveis. Para as impurezas ine- vitáveis, a misturação dos elementos conduzidos pela situação da matéria-prima, materiais de fabricação, equipamento de fabricação e similares é admissível. Da mesma forma, é efe- tivo para, além disso, melhorar as propriedades por positivamente conter os elementos des- critos abaixo. {Uma ou mais espécies selecionadas de um grupo consistido de Cr: 3% ou abaixo (não incluindo 0%), Mo: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%), W: 0,5% ou abaixo (não incluin- do 0%), e Co: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%)} Estes elementos são os elementos efetivos em melhorar a propriedade de resistên- cia ao amaciamento, e a fim de produzir o efeito mostrado, é preferível conter de 0,5% ou acima para Cr, 0,05% ou acima para Mo, 0,05% ou acima para W, e 0,01% ou acima para Co. De qualquer modo, se estes elementos são excessivos, a propriedade de extinção tor- na-se também elevada e a ruptura torna-se responsável para ocorrer durante o trabalho, por esse motivo é preferível controlar a 3% ou abaixo para Cr, 0,5% ou abaixo para Mo, 0,5% ou abaixo para W, e 0,5% ou abaixo para Co. {Uma ou mais espécies selecionadas de um grupo consistido de V: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%), Nb: 0,1% ou abaixo (não incluindo 0%), e Ti: 0,1% ou abaixo (não inclu- indo 0%)} Estes elementos são os elementos efetivos em refinamento de grão, e a fim de pro- duzir o efeito mostrado, é preferível conter de 0,01% ou acima para V, 0,01% ou acima para Nb, e 0,01% ou acima para Ti. De qualquer modo, se estes elementos são excessivos, o nitreto grosseiro é produzido e a intensidade de fatiga é diminuída. Por esse motivo, é prefe- rível controlar a 0,5% ou abaixo para V, 0,1% ou abaixo para Nb, e 0,1% ou abaixo para Ti. {Cu: 0,1% ou abaixo (não incluindo 0%) el ou Ni: 0,5% ou abaixo (não incluindo 0%)} Estes elementos são os elementos efetivos em inibição de condição quebradiça a baixa temperatura, e a fim de produzir o efeito mostrado, é preferível conter de 0,05% ou acima para Ni, e 0,01% ou acima para Cu.

De qualquer modo, até mesmo se estes elementos são contidos excessivamente, seu efeito se satura sozinho, por esse motivo é preferível produzir Ni a 0,5% ou abaixo, e Cu a 0,1% ou abaixo, do ponto de vista econômico. {REM: 0,1—50 ppm} REM (metal terroso raro; Ce, La e similares) tem uma ação de, além disso, inclu- sões não metálicas de amaciamento em aço. Para produzir o efeito mostrado, é preferível conter 0,1 ppm ou acima. De qualquer modo, até mesmo se o elemento é adicionado exces- sivamente, o efeito se satura sozinho, por esse motivo é preferível produzi-lo a 50 ppm ou abaixo. {Elementos de metal álcali e/ ou elementos de metal de alcalino terroso: 0,1—50 ppm no total} Os elementos de metal álcali (Li, Na, K, Rb, Cs) e elementos de metal alcalino ter- roso (Mg, Ca, Ba, Sr) têm uma ação de, além disso, amaciar as inclusões não metálicas em aço. Para produzir o efeito mostrado, é preferível conter 0,1 ppm ou acima no total. De qual- quer modo, até mesmo se os elementos são adicionados excessivamente, o efeito se satura sozinho, por esse motivo é preferível produzi-lo a 50 ppm ou abaixo no total.

Como descrito acima, a mola de aço em relação com a primeira modalidade da presente invenção é excelente na praticabilidade do desenho porque as inclusões com base em Si02 são extremamente controladas, e podem assegurar excelentes propriedades de fatiga. Conseqüentemente, a mola de aço em relação com esta modalidade é útil em fabri- car as molas empregadas, por exemplo, no campo de automóvel, o campo do maquinário industrial e similares. Em particular, é melhor adequado fabricar molas empregadas a um mecanismo de restauração de maquinário tal como uma mola de válvula e uma mola de embreagem para um motor de automóvel, uma mola de freio, uma mola de suspensão para uma suspensão e similares que requerem propriedades de fatiga extremamente elevadas, e similares. [Segunda modalidade] A seguir, uma modalidade em relação com a segunda mola de aço da presente in- venção deve ser descrita.

Em um ferro de estirar com uma grande relação de deformação durante a rotação a quente, é conhecida que o refinamento das inclusões por extensivamente se dilacerar du- rante a rotação a quente é útil. Convencionalmente, porque as inclusões duras foram desa- gradadas, o controle para a composição de baixo ponto de fusão (o Documento de Patente 3) e controle a uma certa região da composição (o Documento de Patente 4) foram realiza- dos. De qualquer modo, porque o objetivo condutor foi o controle para a composição de bai- xo ponto de fusão, a composição foi tal que Si02 seria produzido teoricamente, e o Si02 foi produzido raramente.

Sob tal circunstância, os presentes inventores estudaram de uma variedade de ân- gulos na composição e uma forma de respectiva inclusão para melhorar a propriedade de resistência a fadiga de molas considerando da mesma forma a mudança na forma de inclu- sões por aquecimento após solidificação e por rotação a quente. Com um resultado, foi co- nhecido que, por controlar a composição em que Si02 não seria produzida teoricamente, a geração de Si02 podería ser inibida notavelmente independente da condição de rotação. Em outros trabalhos, como deve ser conhecido na FIGURA 4 exibida abaixo, até mesmo na fai- xa do baixo ponto de fusão, o ponto de fusão na lateral onde a concentração de Si02 é ele- vada, é ocasionalmente mais baixa comparada com aquela na lateral onde a concentração de Si02 é baixa. Conseqüentemente, de controle para a lateral mais baixa de concentração de Si02 não foi comum. E em seguida, os presentes inventores acharam que o Si02 nocivo podería ser notavelmente controlado por controle de desempenho da composição para uma região predeterminada e que o dilaceramento foi possível durante a rotação a quente até mesmo na face onde a concentração de Si02 foi muito baixa, e a presente invenção foi completada.

Os efeitos do trabalho pela constituição desta modalidade devem ser descritos su- cessivamente. Na mola de aço em relação com esta modalidade, é necessário que as inclu- sões com base em óxido com a largura de: 3 pm ou acima os quais estão presentes na late- ral de camada de superfície da superfície de um ferro de estirar para a profundidade de 1/4 do diâmetro satisfazendo desigualdade (1) abaixo, e a concentração de MgO é de 5 % em massa ou abaixo (incluindo 0 % em massa) e a concentração de MnO é de 10 % em massa ou abaixo (incluindo 0 % em massa).

CaO + Al203 + Si02 > 80 (% em massa) ...(1) O motivo das inclusões as quais estão fazendo o objeto aqui é especificado como “uma largura de: 3 pm ou acima” é que a inclusão fina com a largura de: menos do que 3pm é dura para tornar-se o ponto de partida da insuficiência por fadiga e não tem uma influência distinta na intensidade de fadiga. Da mesma forma, o motivo da posição da presença de tal inclusão é especificado como “uma lateral de camada de superfície da superfície de um fer- ro de estirar para a profundidade de 1/4 do diâmetro” é que a inclusão presente nesta posi- ção influencia mais as propriedades de fadiga.

Em um ferro de estirar, as inclusões irregulares (óxido de Ti, Cr, e similares, por exemplo) misturadas em inevitavelmente, diferente de CaO, Al203, Si02, MnO e MgO, estão presentes. Se sua quantidade é pequena, não se torna um problema, mas se sua quantida- de aumenta, pode possivelmente se tornar o ponto de partida da insuficiência por fadiga. De um tal ponto de vista, quando a composição de inclusões é observada por cinco elementos (CaO, Al203, Si02, MnO e MgO), é necessário para produzir [CaO + Al203 + Si02] o compo- nente condutor (80 % em massa ou acima) e para apropriadamente controlar a quantidade de MgO e a quantidade de MnO igualmente.

Da mesma forma, se a quantidade de MgO nas inclusões se torna excessiva, um óxido duro de MgO—Si02, espinélio e similares se torna gerado, por esse motivo o conteúdo de MgO em inclusões necessita ser feita de 5 % em massa ou abaixo.

Além disso, quando a composição de inclusões é estavelmente controlada, um oxi- do de Μη (MnO), o qual é um componente de desoxigenação fraco, tornando-se 10 % em massa ou abaixo. De um tal ponto de vista, se o conteúdo de MnO em inclusões excede 10 % em massa, mostra que as inclusões estão em um estado não preferível, por esse motivo o conteúdo de MnO em inclusões necessita ser feito de 10 % em massa ou abaixo.

Na mola de aço em relação com esta modalidade, sob a condição descrita acima, a quantidade de Al203 quando normalizada para que os três componentes de CaO, Al203 e Si02 em inclusões tornam-se 100% e a relação de Al203 e Si02 e similares necessita ser estritamente estipulada para satisfazer a região predeterminada. Em outros trabalhos, quan- do CaO, Al203 e Si02 em inclusões com base em oxido são expressadas respectivamente de acordo com as equações (2)—(4) abaixo, necessitam ser controladas para satisfazer a relação das equações (5) e (6) abaixo. [Cn] (% em massa) = [(CaO) / (CaO + Al203 + Si02)] x 100 ... (2) [An] (% em massa) = [(Al203) / (CaO + Al203+ Si02)] x 100 ... (3) [Sn] (% em massa) = [(Si02) / (CaO + Al203+ Si02)] x 100 ... (4) [An] + 4,29 [Sn] < 221,9 (% em massa) ...(5) [An] < 30 (% em massa) - (6) Na mola de aço em relação com esta modalidade, é necessário que Si02 não seja produzido até mesmo se a separação de fase ocorrer em aquecimento antes de rotação a quente e durante rotação a quente. Por exemplo, no diagrama de fase de sistema de três componentes mostrado na FIGURA 3, se a composição das inclusões é na área de compo- sição indicada por linhas oblíquas, à separação de fase ocorre teoricamente e o Si02 é ge- rado, por esse motivo tal área necessita ser excluída. Na região de geração de Si02 indica- da na FIGURA 3, Linha A tornar-se a linha de conexão de CaO-Si02 (Volastonita) e CaO- AI203-2Si02 (Anortita). Em outros trabalhos, a fim de que o Si02 não seja produzido até mesmo se a separação de fase ocorrer em aquecimento antes de rotação a quente e duran- te rotação a quente, a região necessita ser na lateral mais baixa de Si02 baixo da Linha A na FIGURA 3 (lateral mais baixa da Linha A na FIGURA 3) Os presentes inventores acharam que controlar a lateral de Si02 mais baixo da Li- nha A foi efetiva. A equação (5) descrita acima representa a Linha A. Que significa que Si02 não é produzido até mesmo se a separação de fase ocorrer em aquecimento antes de rota- ção a quente e durante a rotação a quente, se a relação da equação (5) descrita acima é satisfeita.

Da mesma forma, na composição de inclusões, se a quantidade de Al203 quando normalizada por três componentes de CaO, Al203 e Si02 (que é [An] descrito acima) excede 30 % em massa, o cristal duro tal como Gelenita e Anortita é produzido e tem uma influência nociva em intensidade de fadiga, por esse motivo é necessário satisfazer a relação da equação.

Por outro lado, na mola de aço da presente invenção, quando a concentração de CaO [Cn], concentração de Al203 [An] e concentração de Si02 [Sn] da composição de uma inclusão são expressadas por um diagrama de fase de sistema de três componentes Al203 - Si02 — CaO, seu ponto de fusão necessita ser de 1.500 DEG C. ou abaixo. Em outros tra- balhos, a relação da redução de mola de aço da válvula durante a rotação a quente é gran- de e é esperável produzir as inclusões refinadas e não nocivas durante a rotação a quente.

Por esse motivo, o controle para a composição em que as inclusões são facilmente defor- madas durante a rotação a quente até mesmo se sua quantidade é grande é direcionada.

Nesta modalidade, as inclusões necessitaram ser controladas para composição de baixo ponto de fusão onde a deformação é fácil, e seu ponto de fusão foi feito a 1.500 DEG C. ou abaixo. É preferivelmente de 1.400 DEG C. ou abaixo. A área da composição de inclusões estipuladas nesta modalidade é mostrada na FIGURA 4 (um diagrama de fase de sistema de três componentes Al203 - Si02 - CaO). Na FIGURA 4, a Linha A é aquela satisfazendo a relação de {[An] + 4,29 [Sn] = 221,9 (% em massa)}, a Linha C é aquela satisfazendo a relação de {([An] = 30 (% em massa)), e a Linha B é aquela em que o ponto de fusão de uma inclusão satisfazendo 1.500 DEG C. (linha iso- térmica). Consequentemente, na FIGURA 4, a área circundada por Linhas A, B, C (mostrada por incubação no desenho) é a área estipulada pela presente invenção.

Na realização de tal composição das inclusões como descrita acima, o controle de inclusões pode ser realizado facilmente por empregar a escória com a mesma composição a qual é a mesma com a composição alvo da inclusão. O aço em relação com esta modalidade é assumida de aço com alta limpeza útil como um material para mola de aço e similares, mas sua espécie de aço não é particular- mente limitada. A fim de controlar a composição de inclusões, é preferível conter Si por 1,2 % em massa ou acima, Mn de 0,1 % em massa ou acima as quais são os componentes de desoxigenação. De qualquer modo, se estes componentes são contidos excessivamente, o material de aço torna-se responsável por ser frágil, por esse motivo Si deve ser de 4 % em massa ou abaixo e o Si deve ser de 2 % em massa ou abaixo. O conteúdo de C o qual é o componente fundamental como mola de aço é preferi- velmente de 1,2 % em massa ou abaixo. Se o conteúdo de C exceder 1,2 % em massa, o material de aço é quebradiço e tornar-se não prático.

Al é um elemento útil para controle de inclusões alem disso, e é necessário para aproximadamente 0,1-20 ppm em concentração de massa. De qualquer modo, se o conteú- do de Al aumenta, a concentração de Al203 em inclusões tornar-se elevada e o Al203 gros- seiro o qual tornar-se a causa da ruptura do fio é possivelmente gerado, por esse motivo é preferivelmente de 0,01 % em massa ou abaixo. O equilíbrio diferente dos componentes fundamentais descritos acima é Fe e as im- purezas inevitáveis, mas se necessário, podem incluir uma ou mais espécies selecionadas de um grupo consistido de Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Li, Na, K e metal terroso raro (REM).

Os conteúdos preferíveis quando estão contidos são, Cr: 0,5—3 % em massa, Ni: 0,5 % em massa ou abaixo, V: 0,5 % em massa ou abaixo, Nb: 0,1 % em massa ou abaixo, Mc: 0,5 % em massa ou abaixo, W: 0,5 % em massa ou abaixo, Cu: 0,1 % em massa ou abaixo, Ti: 0,1 % em massa ou abaixo, Li: 0,0005 % em massa ou abaixo, Na: 0,0010 % em massa ou abaixo, K: 0,0010 % em massa ou abaixo, e REM: 0,0010 % em massa ou abaixo.

Como descrito acima, a mola de aço em relação com a segunda modalidade da presente invenção é excelente em propriedades de fadiga porque as inclusões totais são de baixo ponto de fusão e fácil para ser deformadas, e o Si02 é duro para ser produzida até mesmo separação de fase ocorre em aquecimento antes de rotação a quente e durante ro- tação a quente. Conseqüentemente, a mola de aço em relação com esta modalidade é útil em fabricar molas empregadas, por exemplo, no campo de automóvel, no campo do maqui- nário industrial e similares. Em particular, é melhor adequado para fabricar molas emprega- das a um mecanismo de restauração de maquinário tal como a mola de válvula e a mola embreagem para um motor de automóvel, uma mola de freio, uma mola de suspensão para uma suspensão e similares o que requer propriedades de fatiga extremamente elevadas, e similares.

Se bem que a presente invenção deve ser descrita abaixo em mais detalhes por re- ferir-se aos Exemplos, os Exemplos abaixo por não significar limitar a presente invenção e qualquer mudança de projeto refletindo os propósitos descritos acima e abaixo é para ser incluído na faixa da técnica da presente invenção.

Exemplo O aço fundido o qual tem aço imitado derivado de um conversor adicionado com uma variável de espécies de fluxo foi submetido a ajuste das composições e refinação com escória, e foi moldado. Neste momento, a composição das inclusões foi apropriadamente controlada por apropriadamente ajustar a composição de escória, e aço com o componente químico mostrado na Tabela abaixo, foi obtida. A condição de refinação com escória para o respectivo aço é mostrada na Tabela 2 abaixo. O aço fundido foi moldado em um molde, a barra de metal fundido obtida foi subme- tida a forjamento e rotação a quente, e foi fabricada para um ferro de estirar de diâmetro de: 8,0 mm.

Para o respectivo ferro de estirar laminado a quente obtido, a composição de inclu- sões com base em óxido no ferro de estirar foi medida e a intensidade de fatiga foi calcula- da. O método de medida de delas é como segue. {Medição da composição das inclusões} A seção L (uma seção incluindo um eixo) do respectivo ferro de estirar laminado a quente foi fundamental, e com relação aos 30 nos. de inclusões com base em óxido de 3pm ou de largura acima (o diâmetro de uma inclusão na direção perpendicular a direção axial) presente na lateral de camada de superfície da superfície do ferro de estirar para a profun- didade de 1/4 do diâmetro (a lateral de camada de superfície da posição de 1/2 do raio do centro do ferro de estirar), a análise da composição é realizado por ΕΡΜΑ, e foi convertida a concentração de oxido. A condição da medição de ΕΡΜΑ e em seguida como segue. • Dispositivo ΕΡΜΑ: JXA-8621MX (produzido por JEOL Ltd.) • Instrumento analítico (EDS): TN—5500 (produzido por Tracor Northern Instru- ments) • Voltagem de aceleração: 20 kV

• Corrente de Varredura: 5 nA • Método de método: Análise quantitativa por análise por dispersão de energia (me- dição sobre a partícula total) {Avaliação das propriedades de fatiga} Para o respectivo ferro de estirar laminado a quente (8,0 mm φ), após escalpo de desempenho —> patentear —> trabalho do desenho do fio a frio (desenho do fio) —> têm- pera a óleo —> processo equivalente para anelamento de alívio de linhagem —> martela- mento provocado pelo impacto —> anelamento de alívio de linhagem, 4,0 mm φ x 650 mm de fios foram adquiridos como peças de teste, um teste foi realizado empregando um verifi- cador de curvatura em rotação do método Nakamura com o estresse por teste: estresse nominal de 880 MPa, velocidade: 4.000—5.000 rpm, o número de vezes de suspensão: 2 x 107 vezes, e a relação de ruptura foi medida de acordo com a equação abaixo for essas rompidas devido as inclusões entre essas as quais foram quebradas.

Relação de ruptura = [número desses quebrados por inclusão / (número desses quebrados por inclusão + número dessas interrompidas] x 100(%) A composição das inclusões do respectivo aço é mostrada na Tabela 3 abaixo. Da mesma forma a intensidade de fatiga (relação de ruptura) é mostrada na Tabela 4 abaixo.

Destes resultados, a seguinte consideração é possível. É conhecido que, nesses testes Nos. 21—26, a composição da escória é apropriada, a composição das inclusões é controlada para uma região apropriada, e excelente intensidade de fatiga é obtida. Por outro lado, nesses testes Nos. 21, 22 em particular, a composição das inclusões é em uma região ideal, e excelente intensidade de fatiga é obtida.

Por outro lado, nesses testes Nos. 27—30, porque a composição das inclusões são desviadas de algum estipulado na presente invenção, o resultado do teste de fadiga não foi bom.

Claims (3)

1. Mola de aço com alta limpeza CARACTERIZADA pelo fato de que: inclusões com base em óxido com a largura de 3 pm ou acima, as quais estão pre- sentes na face da camada de superfície da superfície de um ferro de estirar para a profundi- dade de 1/4 do diâmetro satisfazendo a desigualdade (1) abaixo, além disso, a concentra- ção de MgO: 5% em massa ou abaixo (incluindo 0% em massa) e uma concentração de MnO: 10% em massa ou abaixo (incluindo 0% em massa ), da mesma forma, quando cada concentração [Cn], [An] e [Sn] de CaO, Al203 e Si02 nas inclusões com base em óxido são expressadas respectivamente de acordo com as equações (2)—(4) abaixo, satisfazendo a relação das equações (5) e (6) abaixo, e quando esta concentração de CaO [Cn], concen- tração de Al203 [An] e concentração de Si02 [Sn] são expressadas por um diagrama de fase de sistema de três componentes CaO - Al203 - Si02, o ponto de fusão das inclusões com base em óxido é de 1.500°C ou abaixo, CaO + Al203 + Si02 > 80 (% em massa ) (1) [Cn] (% em massa) = [(CaO) / (CaO + Al203 + Si02)] x 100 (2) [An] (% em massa) = [ (Al203) / (CaO + Al203 + Si02)] x 100 (3) [Sn] (% em massa) = (Si02) / (CaO + Al203 + Si02)] x 100 (4) [An] + 4,29 [Sn] < 221,9 (% em massa) (5) [An] < 30 (% em massa) (6) em que “a largura de inclusão” significa o diâmetro de uma inclusão na direção per- pendicular a direção axial quando observada por uma seção incluindo a linha de centro axial do ferro de estirar.

2. Mola de aço com alta limpeza, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por consistir em material de aço respectivamente contendo C: 1,2% em massa ou abaixo (não incluindo 0%), Si: 1,2 - 4% em massa, Mn: 0,1 - 2,0% em massa, Al: 0,01% em massa ou abaixo (não incluindo 0%).

3. Mola de aço com alta limpeza, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA por ainda conter uma ou mais espécies de elementos selecionados de um grupo consistido em Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Li, Na, K e elementos terrosos raros.