BRPI0720475B1 - bastão de arame de aço acalmado com si com excelentes propriedades de fadiga e mola obtida a partir dele - Google Patents

Description

“BASTÃO DE ARAME DE AÇO ACALMADO COM SI COM EXCELENTES PROPRIEDADES DE FADIGA E MOLA OBTIDA A PARTIR DELE” Campo Técnico [001 ]A presente invenção se refere a um bastão de arame de aço acalmado com Si com excelentes propriedades de fadiga e uma mola obtida a partir desse bastão de arame de aço, a qual pode exercer excelentes propriedades de fadiga quando é feita, por exemplo, uma molda de alta resistência (uma mola de válvula, particularmente) ou semelhante, e são úteis como um material de uma mola de válvula para um motor de automóvel, uma mola de embreagem, uma mola de freio, uma mola de suspensão e uma corda de aço ou semelhante, nos quais tais propriedades são necessárias. Técnica Anterior [002] Nos últimos anos, uma vez que a redução do peso e o elevado rendimento para um automóvel são mais requisitados, um design de força elevada é também direcionado para uma mola de válvula, uma mola de suspensão ou semelhante usado para um motor, uma suspensão ou semelhante. Consequentemente, para essas molas, aquelas que são excelentes em relação às propriedades de resistência à fadiga e propriedades de resistência ao ajuste são muito desejáveis para enfrentar o aumento do esforço da carga. Particularmente, em relação a uma mola de válvula, a exigência para uma força de fadiga crescente é muito grande, e mesmo SWOSC-V (JIS G 3566), o qual é considerado como sendo excelente em relação à força de fadiga dentre os aços convencionais, está tendo dificuldades de estar à altura.

[003] Em um bastão de arame para uma mola, em que uma alta resistência à fadiga é requerida, é necessário reduzir as inclusões não-metálicas, as quais se tornam um ponto de partida das rupturas presentes nos bastões de arame, o máximo que for possível. A partir de tal ponto de vista, em relação ao aço usado para tal função conforme descrito acima, é comum que um aço de elevada pureza, em que a presença das inclusões não-metálicas descritas acima está diminuída ao máximo possível seja usado. Além disso, devido ao risco de quebra de arame e de quebra por fadiga devido ao aumento das inclusões não-metálicas, uma vez que uma resistência mais alta do material é objetivada, o requerimento pela redução e miniaturização das inclusões não-metálicas, as quais são a causa principal, se tornou mais severo.

[004] Do ponto de vista do objetivo da redução e miniaturização de inclusões não-metálicas duras no aço, uma variedade de tecnologias tem sido proposta até agora. Por exemplo, no Documento Não-Patente 1, é descrito que as inclusões são refinadas na rotação mantendo as inclusões em material de vidro e que as inclusões estão presentes no componente à base de Ca0-AI203-Si02, o qual é a composição na qual o vidro é estável. Também é proposto que a redução do ponto de fusão das inclusões é eficaz para promover a deformação da porção do vidro (o Documento Patente 1, por exemplo).

[005] Também no Documento Patente 2, é demonstrado que um arame de mola com propriedades de fadiga excelentes pode ser obtido pelo ajuste apropriado da composição química dos componentes do aço enquanto se controla a quantidade de Ca, Mg (La + Ce) dentro de uma faixa apropriada, e tornando a proporção da composição da composição média das inclusões não-metálicas no aço (proporção da composição de S1O2, MnO, AI2O3, MgO e CaO) dentro de uma faixa apropriada.

[006] Por outro lado, no Documento Patente 3, é proposto um bastão de arame para uma mola de alta resistência, em que excelentes “propriedades de ajuste” são efetuadas pelo controle dos componentes fundamentais de C, Si, Mn, Cr ou semelhantes, contendo um tipo ou mais de Ca, Mg, Ba, Sr na faixa de 0,0005 a 0,005%, e tornando 0 tamanho das inclusões não-metálicas como sendo de 20 pm ou menos, e etc.

[007] Dentre uma variedade de tecnologias convencionais propostas até agora, 0 objetivo de refinamento pelo controle da composição das inclusões até uma região de baixo ponto de fusão é centralizado. Por exemplo, em inclusões baseadas em três componentes Ca0-AI203-Si02, sabe-se que uma região de baixo ponto de fusão está presente em uma área de composição de três componentes no diagrama de fase do sistema de três componentes 0 qual é geralmente conhecido, entretanto, em uma composição onde qualquer um dos componentes se torna elevado, 0 ponto de fusão se eleva e a força de fadiga do bastão de arame é reduzida. Tal tendência também é similar no caso de inclusões baseadas em três componentes Mg0-AI203-SiC>2.

[008] Em uma variedade de tecnologias descritas acima, 0 caminho para melhorar propriedades, tais como propriedades de fadiga, é apresentado. Entretanto, no tempo na temperatura de aquecimento e durante 0 funcionamento a quente, 0 estado vítreo perfeito pode não necessariamente ser mantido somente pelo controle da composição àquela conforme mostrada no Documento Não-Patente 1, por exemplo, e cristais podem ser possivelmente formados. Também para estar à altura das necessidades de uma fortificação adicional da resistência à fadiga do aço nos últimos anos, é necessário ainda promover a deformação da porção vítrea da mesma forma.

[009] Além disso, com a elevada fortificação do aço, o conteúdo de Si no aço é aumentado, 0 grau de dificuldade para detectar 0 controle objetivando a composição alvo em um sistema Ca0-AI203-Si02 convencionalmente conhecido está com uma tendência de elevação, e conforme mostrado no documento Patente 4, por exemplo, um controle sofisticado, tal como o controle não somente total, porém também do componente dissolvido tem se tornado necessário.

[010] Também como uma a tecnologia para tornar as inclusões inofensivas (contra fadiga), uma tecnologia de controle da composição de inclusões é revelada. Por exemplo, no Documento não-Patente 1, foi revelado que, em um aço de mola de válvula, se controladas as inclusões à base de três componentes Ca0-AI203-SiC>2 cujo ponto de fusão é menor do que aproximadamente 1.400 - 1.500 QC, elas não se tornam o ponto de início da falha à fadiga e as propriedades de fadiga melhoram.

[011] Além disso, no Documento Patente 5, é mostrado que a limpeza do aço excelente na funcionalidade a frio e nas propriedades de fadiga podem ser obtidas pela composição média das inclusões não-metálicas cuja proporção de comprimento (I) e largura (d) for de 1/d < 5 na seção L do aço enrolado contendo Si02: 20 a 60%, MnO: 10 a 80% e qualquer um ou ambos de CaO: 50% ou menos e MgO: 15% ou menos.

[012] No Documento de Patente 6, é mostrado que a limpeza do aço excelente na funcionalidade a frio e nas propriedades de fadiga podem ser obtidas pela composição média das inclusões não-metálicas cuja proporção de comprimento (I) e largura (d) for de 1/d £ 5 na seção L do aço enrolado for feita compreender Si02: 35 a 75%, AI2Os: 30% ou menos, CaO: 50% ou menos, MgO: 25% ou menos.

[013] No Documento de Patente 2, é revelado que a força de fadiga é melhorada pelo controle de Si02: 25 a 75%, AI2Os: 35% ou menos, qualquer um ou ambos de CaO: 50% ou menos e MgO: 40% ou menos, e MnO: 60% ou menos para estar contido nas inclusões.

[014] No Documento de Patente 1, é revelado que a resistência à fadiga é melhorada pelo controle do ponto de fusão das inclusões, cujo ponto de fusão é o mais alto até 1.500 QC ou menos.

[015] Também em relação à tecnologia usando um componente especial, existe uma mostrada no Documento Patente 7 em que as inclusões são controladas para a composição de l_i20, e uma mostrada no Documento Patente 3, em que Ba, Sr, Ca e Mg são controlados no aço.

[016] Nessas tecnologias convencionais, é descrito que a composição é controlada até uma na qual a vitrificação é fácil de modo a promover a deformação das inclusões no enrolamento a quente, e que as inclusões são controladas para uma composição com ponto de fusão mais baixo para promover ainda mais a deformação. Também em relação a uma composição de inclusões específica, um sistema de óxido composto à base de Si02, em que o vidro é estável, é mostrado.

[017] Entretanto, não é possível estar à altura das necessidades de uma maior forti- ficação das propriedades da resistência à fadiga até agora pelos métodos convencionais descritos acima. Também, mesmo se a redução adicional do ponto de fusão for tentada em um sistema de Si02-AI203-Ca0-Mg0-Mn0 ou semelhante, no qual muitos relatórios têm sido convencionalmente fornecidos com o objetivo de fazer inclusões de ponto de fusão mais baixo para promover ainda mais a deformação, a situação já foi alcançada na qual é difícil efetuar uma melhoria adicional.

[018] Além disso, no Documento Patente 3 descrito acima, o uso de Ba, Ca, Mg, Sr ou semelhante é citado, entretanto, somente seus efeitos de redução do ponto de fusão são focados e a diferença de cada composição e o efeito da combinação da composição não são utilizados, o que resulta em uma tecnologia na qual a força de fadiga capaz de atender à atual elevada demanda não pode ser efetuada.

[019] Também é difícil de obter as inclusões de baixo ponto de fusão com aquelas contendo muito AI2O3 dentre as inclusões não-metálicas, consequentemente é comum que 0 aço para obter tais bastões de arame adote 0 chamado desoxidante “aço acalmado com Si” usando Si ao invés do aço acalmado com Al.

[020] Documento Não-Patente 1: “1829 e 1839 Nishiyama Memorial Technical Lite-rature”, editado por The Iron and Steel Institute of Japan, PP. 131-134.

[021] Documento Patente 1: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. H5-320827.

[022] Documento Patente 2: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. S63-140068.

[023] Documento Patente 3: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. S63-227748.

[024] Documento Patente 4: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. H9-310145.

[025] Documento Patente 5: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. S62-99436.

[026] Documento Patente 6: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. S62-99437.

[027] Documento Patente 7: Publicação do Pedido de Patente não-examinado Japonês No. 2005-29888.

Divulgação da Invenção Problemas a serem solucionados pela Invenção [028] A presente invenção foi desenvolvida sob tal situação, seu objetivo é fornecer um bastão de arame de aço acalmado com Si para obter uma mola ou semelhante que te- nha excelentes propriedades de fadiga e uma mola com excelentes propriedades de fadiga obtida de tal bastão de arame de aço fazendo inclusões inteiras de baixo ponto de fusão e de fácil deformação e fazendo inclusões de baixo ponto de fusão e de fácil deformação.

Meios para Solucionar os Problemas [029] Sob tal situação, os presentes inventores descobriram que era possível controlar as inclusões em aço fundido até uma composição própria e prevenir a formação de inclusões prejudiciais também na fundição pelo controle da concentração de Sr, Si, Al, Mg, Ca com excelente equilíbrio.

[030] De modo geral, a redução do ponto de fusão pela formação de óxidos pode ser considerada. Entretanto, não é fácil reduzir o ponto de fusão das inclusões do aço acalmado com Si e manter o vidro estável pelos componentes limitados, os quais podem ser controlados como as inclusões no aço, e formas específicas não foram realizadas até agora. Sob esse aspecto, os presentes inventores realizaram isto pelo controle de Sr, Si, Al, Mg, Ca com um ótimo equilíbrio. Particularmente, é importante controlar Sr, (Mg + Ca) respectivamente dentre Sr, Ca, Mg, os quais foram convencionalmente considerados como sendo semelhantes e contendo todos. Além disso, ficou possível melhorar notoriamente a resistência à fadiga pelo controle apropriado do Al, o qual exerceu influência complicada na estabilidade do vidro à base de SÍO2.

[031 ]Em outras palavras, um primeiro aspecto do bastão de arame de aço acalmado com Si da presente invenção o qual poderia alcançar os objetivos descritos acima é caracterizado por conter Sr: 0,03 - 20ppm (significa “ppm em massa”, de agora em diante considerado a mesma coisa), Al: 1 a 30 ppm e Si: 0,2 a 4% (significa “% em massa”, de agora em diante considerado a mesma coisa), respectivamente, e por conter Mg e/ou Ca em uma faixa de 0,5 a 30 ppm ao todo.

[032] Na variedade do bastão de arame acalmado com Si descrito acima, um contendo Li na faixa de 0,03 a 20 ppm também é uma modalidade preferida.

[033] Em relação à composição de componentes químicos do bastão de arame de aço acalmado com Si da presente invenção, ela não é particularmente limitada, contanto que ela seja daquelas usadas para uma “mola”, entretanto um bastão de arame, por exemplo, contendo C: 1,2% ou menos (não incluindo 0%), Mn: 0,1 a 2,0%, respectivamente pode ser citado como um preferível. Também tal bastão de arame pode ainda conter um ou mais tipos selecionados de um grupo consistindo de Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Co e elementos de terra-rara. O conteúdo preferível quando eles estão contidos é diferente de acordo com cada elemento, 0 qual é Cr: 0,5 a 3%, Ni: 0,5% ou menor, V: 0,5% ou menor, Nb: 0,1% ou menor, Mo: 0,5% ou menor, W: 0,5% ou menor, Cu: 0,1% ou menor, Ti: 0,1% ou menor, Co: 0,5% ou menor. Também, como um elemento para reduzir a viscosidade das inclusões e para exercer ainda mais o efeito, REM pode ser adicionado em aproximadamente 0,05% ou menos.

[034] Também, como um segundo aspecto da presente invenção, os presentes inventores descobriram que o ponto de fusão das inclusões foi notoriamente reduzido pelo controle de S1O2, AI2O3, MgO, CaO, MnO, SrO em inclusões com excelente proporção.

[035] Como uma generalização, a redução do ponto de fusão pela combinação dos óxidos pode ser considerada. Entretanto, não é fácil reduzir 0 ponto de fusão das inclusões à base de S1O2, em que 0 vidro é estável pelo componente limitado, 0 qual pode ser controlado como as inclusões no aço, e formas específicas não foram efetuadas até 0 momento. Sob esse aspecto, os presentes inventores descobriram que isso podería ser feito através do controle de S1O2, AI2O3, MgO, CaO, MnO, SrO com ótimo equilíbrio. Particularmente, é importante controlar Sr, (Mg+Ca) respectivamente dentre Sr, Ca, Mg, os quais foram convencionalmente considerados como sendo similares, e conter todos. Além disso, se tornou possível melhorar notavelmente a resistência à fadiga pelo controle apropriado de Al (AI2O3), 0 qual exerceu influência complicada na estabilidade do vidro à base de S1O2.

[036] Em outras palavras, um segundo aspecto do bastão de arame de aço acalmado com Si da presente invenção, 0 qual poderia realizar os objetos descritos acima, é caracterizado pelo fato de que inclusões baseadas em óxido presentes no bastão de arame contêm S1O2: 30 a 90% (% de massa média), AI2O3: 2 a 35%, MgO: 35% ou menos (não incluindo 0%), CaO: 50% ou menos (não incluindo 0%), MnO: 20% ou menos (não incluindo 0%) e SrO: 0,2 a 15% respectivamente, e conteúdo total de (CaO + MgO) sendo de 3% ou mais.

[037] Na variedade dos bastões de arame de aço acalmados com Si descritos acima, um cujas inclusões à base de óxido presentes no bastão de arame ainda contêm Li20 na faixa de 0,1 a 20% também é uma modalidade preferida.

[038] Em relação à composição dos componentes químicos do bastão de arame de aço acalmado com Si da presente invenção, ela não está particularmente limitada contanto que ela seja aço para uma mola, entretanto aço, por exemplo, contendo C: 1,2% em massa ou menos (não incluindo 0%), Si: 0,1 a 4,0%, Mn: 0,1 a 2,0%, Al: 0,01% ou menos (não incluindo 0%), respectivamente pode ser citado como um preferido. Também tal bastão de arame pode ainda conter um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo consistindo de Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Co e um elemento de terra-rara.

[039] Componentes diferentes dos descritos acima (equilíbrio) são essencialmente Fe e impurezas inevitáveis. Também, mesmo se 0 componente o qual não exerce uma grande influência nas inclusões (B, Pb, Bi ou semelhantes, por exemplo) for adicionado para melhorar as propriedades do aço, o efeito da presente invenção pode ser exercido.

[040]Uma mola excelente na resistência à fadiga pode ser obtida formando a mola usando o bastão de arame de aço acalmado com Si conforme descrito acima.

Efeitos da Invenção [041 ]De acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, através do ajuste adequado da composição de componentes químicos enquanto Sr é mantido, inclusões completas são feitas de baixo ponto de fusão e de facilidade de deformação, e a formação de S1O2 se tornou difícil mesmo se a separação de fases tenha ocorrido no aquecimento antes e durante 0 enrolamento a quente, deste modo um bastão de arame de aço acalmado com Si para obter uma mola com excelentes propriedades de fadiga poderia ser obtido.

[042] Também de acordo com 0 segundo aspecto da presente invenção, através do controle adequado da composição de inclusões à base de óxido (composição com equilíbrio ótimo), 0 baixo ponto de fusão e 0 estado vítreo no enrolamento a quente foram mantidos, deste modo 0 refinamento das inclusões no enrolamento a quente foi promovido e um bastão de arame de aço acalmado com Si com propriedades de fadiga excelentes pôde ser obtido.

Melhor Forma para Efetuar a Invenção Primeira Modalidade [043] Sabe-se que no bastão de arame com grande proporção de deformação no enrolamento a quente 0 refinamento das inclusões pelo aumento da remoção no enrolamento a quente é útil. Sob tal circunstância, os presentes inventores fizeram investigações a partir de vários ângulos na composição e formas de cada inclusão para melhorar as propriedades de fadiga das molas com variações na forma das inclusões pelo aquecimento após a solidificação e 0 enrolamento a quente também sendo levada em consideração. Como resultado, foi descoberto que, através do controle adequado da concentração de Sr, Al, Si, Mg e Ca, a deformação das inclusões à base de óxido no enrolamento a quente foi notoriamente promovida e se tornou fácil de ser refinada.

[044] Era convencionalmente sabido que a adição de uma quantidade ótima de um elemento de metal alcalino-terroso, tal como Sr, Mg, Ca ou semelhante foi útil para melhorar as propriedades de uma mola (0 Documento Patente 3, por exemplo), entretanto, foi revelado que a adição de uma quantidade boa sem levar em consideração 0 tipo de componente não funcionou, porém as propriedades de fadiga de um bastão de arame de aço acalmado com Si poderíam ser notoriamente melhoradas contendo-as com uma excelente proporção. Em inclusões à base de três componentes de Ca0-AI203-Si02, por exemplo, sabe-se que uma região de baixo ponto de fusão está presente em uma área de composição de três componentes no diagrama de fase do sistema de três componentes, o qual é conhecido de modo geral, entretanto, ao contrário, em uma composição onde qualquer um dos componentes é elevado, o ponto de fusão das inclusões se torna elevado e as propriedades de fadiga do bastão de arame são reduzidas. Por outro lado, é considerado que através do controle apropriado da concentração de Sr, Al, Si, Mg e Ca, qualquer componente nas inclusões à base de três componentes descrito acima não se torna excessivamente elevado, e as inclusões se tornam mais facilmente deformadas em comparação com o caso onde qualquer um dos componentes está ausente.

[045] Conforme descrito acima, o bastão de arame de aço acalmado com Si da presente modalidade é caracterizado pelo fato de conter componentes tais como Sr, Al, Si, Mg e Ca com excelente equilíbrio, e as razões de limitar a faixa desses componentes são as seguintes.

Sr: 0,03 a 20 ppm [046] Sr é um componente indispensável para compor inclusões e reduzir o ponto de fusão. Se o SrO estiver contido nas inclusões, ocorre o efeito de que a estabilidade do vidro não é muito reduzida e o ponto de fusão é reduzido. Também, mesmo se as inclusões com concentrações extremamente elevadas de S1O2 forem formadas na solidificação, por conter Sr, 0 qual tem um forte força de ligação com oxigênio, no aço com elevada concentração de Si, existe um efeito no qual o ponto de fusão de certo grau pode ser mantido. Para exercer esses efeitos, 0,03 ppm de Sr é necessário como mínimo. É preferível conter 0,2 ppm ou mais. Por outro lado, se a concentração de Sr se tornar excessivamente alta, a concentração dos outros componentes das inclusões (Mg, Ca, Al, Si, Mn ou semelhante) é reduzida, e 0 controle da composição onde 0 ponto de fusão se torna mais baixo se torna impossível. Consequentemente, a concentração de Sr deve ser de 20 ppm ou menor, preferivelmente 8 ppm ou menor.

Al: 1 a 30 ppm [047] AI tem 0 efeito de reduzir 0 ponto de fusão da composição das inclusões do aço acalmado com Si. Além disso, também existe 0 efeito do controle da vitrificação quando a concentração de CaO ou semelhante nas inclusões se torna alta. Além disso, Al é um componente facilmente dissolvido em aço em comparação com Ca, Sr ou semelhante, e 0 efeito de inibição da formação das inclusões com concentrações extremamente altas de S1O2 na solidificação é excelente. Para exercer esses efeitos, é necessário estar contido por 1 ppm ou mais. Entretanto, se o conteúdo de Al se tornar elevado, existe 0 risco de formar AI2O3 puro durante a solidificação, consequentemente é necessário torná-lo 30 ppm ou menos. Também, para efetuar o controle até uma composição ótima onde 0 ponto de fusão das inclusões é mais reduzido, é preferível deixá-lo como sendo 20 ppm ou menos.

Si: 0,2 a 4% [048] Si é um agente desoxidante principal na confecção do aço acalmado com Si e é um elemento indispensável para obter o bastão de arame da presente modalidade. Além disso, ele também contribui para a elevada durabilidade e é um elemento importante do ponto de vista que o efeito de melhora das propriedades de fadiga da presente modalidade é notoriamente exercido. Além disso, ele é um elemento útil para intensificar a resistência ao amaciamento e melhorar o ajuste das propriedades de resistência da mesma forma. Para exercer tais efeitos, o conteúdo de Si tem que ser de 0,2% ou mais (preferivelmente 2% ou mais). Entretanto, se o conteúdo de Si se tornar excessivo, S1O2 pode ser possivelmente formado durante a solidificação, e a descarburização da superfície e falhas na superfície aumentam, consequentemente as propriedades de fadiga se reduzem no contrário. Consequentemente, Si tem que ficar em 4% ou menos, preferivelmente 3% ou menos.

Mg e/ou Ca: 0,5 a 30 ppm no total [049] Mg e Ca são componentes indispensáveis para fazer inclusões de composição do composto ótima e reduzir 0 ponto de fusão. Se contiver somente Ba, somente Mg, somente Ca, somente Al, as inclusões obtêm um alto ponto de fusão. Consequentemente, é necessário seguramente conter um pouco deles. Além disso, Mg e Ca têm uma forte afinidade pelo oxigênio, e também têm um efeito que, quando o S1O2 puro é excepcionalmente formado, ele é facilmente reformado até uma composição do composto. Para exercer esses efeitos, o conteúdo (conteúdo total se ambos forem usados) de Mg e Ca (Mg, Ca somente ou usando ambos) necessariamente tem que ser de 0,5 ppm ou maior. Também é preferível conter ambos deles com cada elemento na concentração de 0,1 ppm ou maior (o conteúdo total, entretanto, sendo de 0,5 ppm ou maior). Entretanto, se esses elemento se tornarem excessivos, a concentração dos outros elementos nas inclusões se torna menor, e a composição de baixo ponto de fusão ótima não pode ser mantida. Consequentemente, seu limite superior deve ser de 30 ppm (preferivelmente 20 ppm ou menos).

[050] No bastão de arame de aço acalmado com Si da presente modalidade, as propriedades de fadiga são melhoradas por conter componentes respectivos descritos acima com excelente equilíbrio, porém também é útil conter Li de acordo com a necessidade. Li tem 0 efeito de refinar os cristais nas inclusões e, no aço da presente modalidade, em que 0 vidro é controlado como sendo estável e com baixo ponto de fusão, mesmo se os cristais forem muito excepcionalmente formados, ele tem o efeito de evitar que os cristais se tornem grossos. Consequentemente, também é útil conter Li. Para exercer tais efeitos, é preferível conter Li em 0,2 a 20 ppm, entretanto, considera-se que alguns efeitos sejam exercidos até certo grau mesmo pela adição de aproximadamente 0,03 ppm, e presume-se que a adição de baixas concentrações pelo menos não exerça uma influência danosa.

[051 ]A presente modalidade foi desenvolvida com base em um bastão de arame de aço acalmado com Si útil como material para uma mola, e seu tipo de aço não está particularmente limitado, porém Mn é um elemento que contribui para a desoxidação do aço, e melhora o temperamento e contribui para aumentar a resistência. A partir de tal ponto de vista, é preferível conter Mn em 0,1% ou mais. Entretanto, se o conteúdo de Mn se tornar excessivo, a resistência e a flexibilidade se deterioram, consequentemente, ele deve ficar na concentração de 2% ou menos.

[052] Em relação ao conteúdo de C, o qual é um componente fundamental como aço para uma mola, 1,2% ou menos é preferível. Se o conteúdo de C exceder 1,2%, o aço se torna quebradiço e não-prático.

[053] Aqueles diferentes dos componentes fundamentais acima são Fe e impurezas inevitáveis (0,02% ou menos de S, 0,02% ou menos de P ou semelhantes, por exemplo), entretanto, caso necessário, ele pode conter um ou mais tipos selecionados de um grupo consistindo de Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Co e um elemento de terra-rara (REM). O conteúdo preferível quando estes estão contidos difere de acordo com cada elemento, o qual é Cr: 0,5 a 3%, Ni: 0,5% ou menos, V: 0,5% ou menos, Nb: 0,1% ou menos, Mo: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Cu: 0,1% ou menos, Ti: 0,1% ou menos, Co: 0,5% ou menos, REM: 0,05% ou menos.

Segunda modalidade [054] Como resultado das investigações pelos presentes inventores, também foi descoberto que se a concentração de SrO, AI2O3, S1O2, MgO, CaO e MnO fosses controlada apropriadamente e a proporção de cada componente óxido nas inclusões baseadas em oxido fossem adequada, a deformação das inclusões baseadas em óxido no enrolamento a quente foi notoriamente promovida e 0 refinamento foi facilitado.

[055] Era convencionalmente sabido que compor a proporção de cada óxido nas inclusões à base de óxido apropriadas foi eficaz para melhorar as propriedades do aço (os Documentos Patente 1 a 3, 5 a 7, por exemplo), entretanto a resistência à fadiga não necessariamente se tornou excelente, e foi revelado que, contendo esses componentes de modo excelentemente equilibrado, as propriedades de fadiga do bastão de arame de aço acalmado com Si poderíam ser notoriamente melhoradas. Nas inclusões baseadas em três componentes de Ca0-AI203-Si02, por exemplo, sabe-se que uma região de baixo ponto de fusão está presente em uma área de composição de três componentes no diagrama de fase do sistema de três componentes o qual é geralmente conhecido, entretanto, em uma composi- ção onde qualquer um dos componentes se torna elevado, o ponto de fusão das inclusões se torna alto, ao contrário, e as propriedades de fadiga do bastão de arame são reduzidas.

[056] O bastão de arame de aço acalmado com Si da presente modalidade é caracterizado pelo fato de que a composição das inclusões à base de óxido presente no bastão de arame é apropriadamente ajustada, e o conteúdo de cada óxido que compõe as inclusões à base de óxido é estipulado conforme descrito abaixo.

SrO: 0,2 a 15% [057] SrO é um componente indispensável para compor as inclusões e reduzir o ponto de fusão. Se o SrO estiver contido nas inclusões, existe um efeito de que a estabilização do vidro não se deteriora muito e o ponto de fusão é reduzido. Para exercer esses efeitos, 0,2% de SrO é necessário no mínimo, preferivelmente 1% ou mais. Por outro lado, se a concentração de SrO se tornar excessivamente alta, o ponto de fusão das inclusões, ao contrário, se torna alto. Consequentemente, SrO deve estar em 15% ou menos.

Si02: 30 a 90% [058] SiO2 é um componente indispensável para fazer inclusões com vidros estáveis, e é necessário com um mínimo de 30%. Por outro lado, se o conteúdo de Si02 se tornar excessivo, uma fase de cristal de Si02 é formada e o aumento da remoção no enrola-mento a quente é impedido, consequentemente, ele deve ser de 90% ou menos.

Al203: 2 a 35% [059] AI2O3 tem um efeito de redução do ponto de fusão da composição de inclusões do aço acalmado com Si. Além disso, também há o efeito de inibição da cristalização quando a concentração de CaO ou semelhante nas inclusões aumenta. Para exercer esses efeitos, é necessário estar presente em 2% ou mais. Entretanto, se o conteúdo de Al203 se tornar excessivamente alto, os cristais de Al203 são formados nas inclusões e o aumento da remoção no enrolamento a quente é evitado, consequentemente ele deve ser de 35% ou menos.

MgO: 35% ou menos (não incluindo 0%), CaO: 50% ou menos (não incluindo 0%), MgO + CaO: 3% ou mais no conteúdo total [060] MgO e CaO são componentes indispensáveis para fazer inclusões de composição do composto ótima e para reduzir o ponto de fusão. Qualquer um de MgO e CaO apresenta um alto ponto de fusão individualmente, porém tem o efeito de redução do ponto de fusão do óxido à base de Si02. Para exercer tal efeito, 3% ou mais deve estar contido para qualquer ou para o total. Entretanto, se a concentração deles se tornar excessivamente alta, o ponto de fusão das inclusões se torna alto, cristais de MgO, CaO são formados e o aumento da remoção durante o enrolamento a quente é impedido. Consequentemente, exis- te um limite superior. Devido ao fato de existir uma diferença no desempenho na formação de cristal entre MgO e CaO, o limite superior é diferente, o qual deve ser de 35% ou menos para MgO e de 50% ou menos para o CaO.

MnO: 20% ou menos (não incluindo 0%) [061] Embora MnO tenha o efeito de reduzir o ponto de fusão do óxido à base de S1O2, não é um tanto realístico controlar até uma alta concentração em aço com alto teor de Si, consequentemente, ele se tornou como sendo de 20% ou menos.

[062] No bastão de arame de aço acalmado com Si da presente modalidade, as propriedades de fadiga são melhoradas por conter os componentes respectivos descritos acima com excelente equilíbrio, porém também é útil conter Li20 de acordo com a necessidade. As razões para ajustar a faixa quando Li20 está contido são as seguintes. Lí20: 0,1 a 20% [063] Li2O tem 0 efeito de refinar os cristais nas inclusões e, no aço da presente modalidade, em que 0 vidro é estavelmente controlado e apresenta um baixo ponto de fusão, mesmo se os cristais fossem muito excepcionalmente formados, ele tem o efeito de evitar que os cristais se tornem grossos. Consequentemente, também é útil conter Li20. Para exercer tais efeitos, é preferível conter Li20 em aproximadamente 2% ou mais, é considerado que os efeitos sejam exercidos em até certo grau mesmo pela adição de aproximadamente 0,1%, e presume-se que a adição de baixas concentrações pelo menos não cause um incidente danoso. Entretanto, se 0 conteúdo de Li20 exceder 20% como estando contido em excesso, seu efeito satura.

[064] Uma mola com excelentes propriedades de fadiga pode ser obtida pela formação da mola usando um bastão de arame de aço acalmado com Si cujas proporções de componentes respectivas em inclusões foram propriamente ajustadas conforme descrito acima.

[065] A presente modalidade foi desenvolvida com base em um bastão de arame de aço aclamado com Si útil como material para uma mola, e seu tipo de aço não é particularmente limitado, entretanto, para controlar a composição das inclusões, é preferível conter Si e Mn os quais são componentes desoxidantes por 0,1% ou mais. Si: 1,4% ou mais é mais preferível e 1,9% ou mais é ainda mais preferível. Entretanto, se esses componentes forem contidos em excesso, 0 aço se torna fácil de ser quebrado, consequentemente eles devem ser compostos por 4,0% ou menos para Si e por 2,0% ou menos para Mn.

[066] Embora o Al possa estar positivamente contido para efetuar 0 controle da composição de inclusões à base de óxido, se ele estiver em excesso, a concentração de Al203 nas inclusões se torna alta e o Al203 grosso, o qual é a causa da quebra do arame, é possivelmente formado, consequentemente 0,01% ou menos é preferível.

[067] Em relação ao conteúdo de C, o qual é um componente fundamental como aço para uma mola, 1,2% ou menos é preferível. Se o conteúdo de C exceder 1,2%, o aço fica quebradiço e se torna não-prático.

[068] Aqueles diferentes dos componentes fundamentais acima são Fe e impurezas inevitáveis (0,02% ou menos de S, 0,02% ou menos de P ou semelhante, por exemplo), entretanto, se necessário, ele pode conter um ou mais tipos selecionados de um grupo consistindo de Cr, Ni, V, Nb, Mo, W, Cu, Ti, Co e um elemento de terra-rara (REM). O conteúdo preferível quando esses estão contidos difere de acordo com cada elemento, o qual é Cr: 0,5 a 3%; Ni: 0,5% ou menos, V: 0,5% ou menos, Nb: 0,1% ou menos, Mg: 0,5% ou menos, W: 0,5% ou menos, Cu: 0,1% ou menos, Ti: 0,1% ou menos, Co: 0,5% ou menos. Também, como um elemento para reduzir a viscosidade das inclusões e exercer mais o efeito, REM pode ser adicionado em aproximadamente 0,05% ou menos.

[069] Uma mola com excelentes propriedades de fadiga pode ser obtida pela formação da mola usando um bastão de arame de aço acalmado com Si cujos componentes químicos são adequadamente ajustados como a primeira e a segunda modalidades.

[070] Embora a presente invenção seja descrita abaixo ainda mais especificamente em referência aos exemplos, a presente invenção não está de modo algum limitada pelos exemplos abaixo e pode, claramente, ser implementada com as modificações propriamente adicionadas dentro do escopo adaptável aos propósitos descritos acima e abaixo, e qualquer um deles deve ser incluído na faixa técnica da presente invenção.

Exemplos Exemplo 1 [071 ]0 experimento foi efetuado com máquinas reais (ou a nível laboratorial). Isto é, com as máquinas reais, o aço fundido por um conversor foi descarregado para uma concha (aço fundido de 500 Kg simulando o aço fundido descarregado de um conversor foi fundido, em laboratório), o fluxo variado foi adicionado, os componentes ajustados, o aquecimento do eletrodo e o borbulhamento de argônio foram efetuados, e um tratamento de fusão (refinamento de lava (slag refining)) foi efetuado. Também, depois do ajuste dos outros componentes, Ca, Mg, Ce, Ba, Li ou semelhantes foram adicionados durante o tratamento de fundição de acordo com a necessidade para ser mantido por 5 minutos ou mais. Um lingote de aço obtido foi forjado e enrolado a quente, e um bastão de arame de diâmetro de 8,0 mm foi feito.

[072]Para cada bastão de arame obtido, o conteúdo de Sr e Li no aço foi medido por um método descrito abaixo, e um teste de avaliação por um teste de fadiga de curvatura por rotação imitando uma mola de válvula foi efetuado.

Conteúdo de Sr e Li no aço 1) Quando o conteúdo for de 0,2 ppm (mg/Kg) ou maior (valor do limite inferior quantitativo de 0,2 ppm) [073] Uma amostra de 0,5 g foi tomada de um bastão de arame de um objeto, foi colocada em um béquer, água desmineralizada, ácido clorídrico e ácido nítrico foram adicionados e ela foi termicamente decomposta. Depois de ela ser esfriada naturalmente, foi transferida para um frasco de medição de 100 mL (mililitros) e uma solução de medição foi feita. Essa solução de medição foi diluída com água desmineralizada e Sr e Li foram quantitativamente analisados usando um espectrômetro de massa ICP (modelo SQP8000: fabricado por Seiko Instruments Inc.). 2) Quando o conteúdo for menor do que 0,2 ppm (mg/Kg) (valor do limite inferior quantitativo de 0,03 ppm) [074] Uma amostra de 0,5 g foi tomada de um bastão de arame de um objeto, foi colocada em um béquer, água desmineralizada, ácido clorídrico e ácido nítrico foram adicionados e a hidrólise foi efetuada. Depois disso, a concentração de ácido foi ajustada pela adição de ácido clorídrico, adicionado com metilisobutilcetona (MIBK), agitada e o conteúdo de ferro foi extraído para a fase de MIBK. Depois de ser deixada em repouso, somente a fase aquosa foi removida, transferida para um frasco de medição de 100 mL e uma solução de medição foi feita. Essa solução de medição foi diluída com água desmineralizada e Sr e Li foram quantitativamente analisados com a condição descrita acima usando um espectrômetro de massa ICP (modelo SQP8000: fabricado por Seiko Instruments Inc.).

Teste de resistência à fadiga (taxa de ruptura) [075] Para cada bastão de arame enrolado a quente (diâmetro: 8,0 mm), o espana-mento (diâmetro: 7,4 mm) tratamento térmico delineação do arame a frio (diâmetro: 4 mm) têmpera com óleo [processo contínuo de temperamento, de temperamento com óleo e banho de chumbo (aproximadamente 450 sC)j foram efetuados e um arame com 4,0 mm e diâmetro x 650 mm foi produzido. O arame obtido foi submetido a um tratamento equivalente ao anelamento aliviador de tensão (400 QC) jateamento anelamento em baixa temperatura de 200 SC, a seguir o teste foi efetuado usando o Método Nakamura testador de curvatura rotacional com estresse nominal de 908 MPa, velocidade rotacional: 4.000 a 5.000 rpm, quantidade de vezes de parada: 2 x 107 vezes. A seguir, para aqueles os quais a quebra foi causada por inclusões fora daqueles rompidos, a taxa de ruptura foi obtida pela equação abaixo.

Taxa de ruptura (%) = [quantidade de amostras quebradas por inclusões / (quanti- dade de amostras quebradas por inclusões + quantidade de amostras em que o teste foi interrompido depois de atingir o número prescrito de vezes}] x 100 [076]Esses resultados estão mostrados na Tabela 1 abaixo, juntamente com a composição de componentes químicos de cada bastão de arame. Também em relação aos elementos diferentes de Sr e Li, a medição foi efetuada de acordo com os métodos descritos abaixo. C: método de absorção por infravermelho sob queima Si, Mn, Ni, Cr, V e Ti: método de espectrometria de emissão de ICP Al, Mg, Zr e REM: método de espectrometria de massa Ca: método de espectrometria de absorção atômica sem moldura O: método de fusão sob gãs inerte Tabela 1 [077] A partir desses resultados, as seguintes considerações se tornam possíveis.

Naquelas nos Nos. de Teste 1-3, 5, 6, 9, 10, 13, 18-27, se entende que a composição de componentes químicos é apropriada, e a composição de inclusões é controlada até uma região própria e uma excelente resistência à fadiga é obtida.

[078] Por outro lado, naquelas nos Nos. de teste 4, 7, 8, 11, 12, 14-17, a composição de componentes químicos se desvia de uma região própria e a composição de inclusões não é controlada até uma região adequada, consequentemente o resultado do teste de fadiga não é bom.

[079] Nos Nos. de teste 4 e 7, embora Sr, Ca e Mg sejam adequadamente controlados, a concentração de Al é alta ou baixa, e a taxa de ruptura se torna elevada, [080] Nos Nos. de teste 8, 11 e 12, a concentração de Sr é alta ou baixa, e a taxa de ruptura se torna elevada.

[081 ]Nos Nos. de teste 14 e 16, embora a concentração de Ba e Al seja apropriada, a concentração de Ca e Mg é baixa, e a taxa de ruptura se tona elevada.

[082] Nos Nos. de teste 15 e 17, embora a concentração de Ba e Al seja apropriada, a concentração de Ca e Mg é excessivamente alta, e a proporção de quebra se torna elevada. Também no Teste No. 18, a concentração de Li se desvia de um limite superior preferível, entretanto, o efeito é saturado em comparação com o Teste No. 19.

[083] Deste modo, se entende que o controle adequado de todas as espécies dentre Sr, Ca, Mg e Al é necessário.

Exemplo 2 [084] O experimento foi efetuado com máquinas reais ou a nível laboratorial. Isto é, com as máquinas reais, o aço fundido refinado por um conversor foi descarregado a uma concha (aço fundido de 500 Kg simulando o aço fundido descarregado de um conversor foi refinado, em laboratório), o fluxo variado foi adicionada, os componentes ajustados, o aquecimento do eletrodo (e o borbulhamento com argônio) foram efetuados e um tratamento de refinamento (refinamento de lava) foi efetuado. Também, ligas metálicas de Ca, Mg, Ce, Sr, Li ou semelhantes foram adicionados durante o tratamento de refinamento de acordo com a necessidade. A seguir, o aço fundido foi expelido e um lingote de aço foi feito (foi moldado por um molde o qual pôde obter a velocidade de resfriamento equivalente às máquinas reais, a nível laboratorial). Um lingote de aço obtido foi forjado e enrolado a quente, e um bastão de arame de aço de diâmetro de 8,0 mm foi feito.

[085] Para cada bastão de arame de aço obtido, a composição das inclusões à base de óxido no bastão de arame foi medida e um teste de avaliação por um teste de fadiga de curvatura giratória imitando uma mola de válvula foi efetuado. Esses métodos de medição foram conforme descrito abaixo.

Composição das inclusões (excluindo Li20) [086] Uma seção em L (uma seção incluindo o eixo) de cada bastão de arame de aço enrolado a quente foi triturada, a análise da composição foi efetuada para 300 inclusões à base de óxido presentes na seção triturada por um ΕΡΜΑ (Microanalisador por Sonda Eletrônica), e o valor médio foi obtido depois de ser convertido a óxido. Também, aqueles com concentração de 5% ou abaixo de S foram considerados como inclusões à base de óxido. Por conseguinte, a condição de medição do ΕΡΜΑ é conforme descrita abaixo.

Aparelho ΕΡΜΑ: JXA-8621MX (fabricado por JEOL Ltd.) Analisador (EDS): TN-5500 (fabricado por Tracor Northern) Voltagem de aceleração: 20 KV

Corrente de varredura: 5 nA Método de medição: análise quantitativa por análise de dispersão de energia (medição da área inteira de uma partícula) Medição de Li20 [087] Devido à concentração de Li20 em inclusões não poder ser medida por ΕΡΜΑ, um método de análise por SIMS (Espectroscopia Íon-Massa Secundária) foi originalmente desenvolvida e a medição foi efetuada em um procedimento descrito abaixo. (1) Amostra padrão primária 1) Primeiramente, a concentração de cada um de CaO, MgO, AI2C>3, MnO, Si02, SrO ou semelhante de inclusões no aço é analisada por EDX, ΕΡΜΑ ou semelhante. 2) O óxido sintetizado com a composição igual à composição de inclusões diferente de l_i20 e o óxido sintetizado adicionado com vários Li20 a ele são preparados em grande quantidade, a concentração de Li20 deles é quantitativamente analisada por análise química, e as amostras de padrões são preparadas. 3) A força iônica secundária relativa do Li contra Si de cada óxido sintetizado preparado é medida. 4) Uma curva de calibração da força iônica secundária relativa do Li contra Si e a concentração de Li20 quimicamente analisada em 1) acima é esboçada. (2) Amostra padrão secundária (para medir a correção ambiental) 5) Com o propósito de efetuar a correção ambiental na medição, uma amostra de padrão, em que os íons Li foram íon-implantados em uma lâmina de Si é preparada separadamente, a força iônica secundária relativa do Li contra Si é medida, e a correção é feita quando acima de 2) é efetuada. (3) Medição efetiva 6) A força iônica secundária relativa de Li contra Si das inclusões no aço é medida, e a concentração de Li20 é obtida pela curva de calibração obtida em 4) acima.

Teste de resistência à fadiga (proporção de ruptura) [088] Para cada bastão de arame enrolado a quente (diâmetro: 8,0 mm), o despa-namento (diâmetro: 7,4 mm) -»tratamento térmico -» delineação do arame a frio (diâmetro: 4 mm) têmpera com óleo [processo contínuo de temperamento, de temperamento com óleo e banho de chumbo (aproximadamente 450 9C)] foram efetuados e um arame com 4,0 mm de diâmetro x 650 mm foi produzido. O arame obtido foi submetido a um tratamento equivalente ao anelamento aliviador de tensão (400 QC) -»jateamento-» anelamento em baixa temperatura, a seguir o teste foi efetuado usando o Método Nakamura testador de curvatura rotacional com estresse nominal de 908 MPa, velocidade rotacional: 4.000 a 5.000 rpm» quantidade de vezes de parada: 2 x 107 vezes. A seguir, para aqueles nos quais a quebra foi causada por inclusões fora daqueles rompidos, a taxa de ruptura foi obtida pela equação abaixo, Taxa de ruptura (%) = [quantidade de amostras quebradas por inclusões / (quantidade de amostras quebradas por inclusões + quantidade de amostras em que o teste foi interrompido depois de atingir o número prescrito de vezes}] x 100 [089]As composições dos componentes químicos dos bastões de arame de aço estão mostradas na Tabela 1 abaixo juntamente com a composição da lava na fusão, e a composição das inclusões e propriedades de fadiga (proporção de ruptura} de cada bastão de arame de aço estão mostradas na Tabela 2 abaixo, respectivamente.

Tabela 2 [090] A partir desses resultados, as seguintes considerações são possíveis, Nos números de teste 31 -34, 36, 37, 40, 41 e 46-53, se entende que a composição das inclusões é propriamente controlada e uma excelente resistência à fadiga é obtida, [091] Por outro lado, nos Números de Teste 35, 38, 39, 42-45, a composição das inclusões se desvia da região estipulada na presente invenção, consequentemente o resultado do teste de fadiga não é bom.

[092] Mais especifica mente, nos Nos. de Teste 35 e 38, embora as concentrações de Si Os, CaO e MgO sejam propriamente controladas, a concentração de Al^Oa é alta ou baixa, e a proporção de ruptura se torna elevada.

[093] Nos Nos, de Teste 39 e 42, SrO é alto ou baixo, e a proporção de ruptura se torna alta.

[094] No No. de Teste 43, embora as concentrações de Si02, CaO e AIüOs sejam propriamente controladas, a concentração de MgO é muito alta, e a proporção de ruptura se torna alta, [095] No No. de Teste 44, embora as concentrações de Si02, MgO e Al203 sejam propriamente controladas, a concentração de CaO é muito alta, e a proporção de ruptura se torna elevada.

[096] No No. de Teste 45, embora as concentrações de MgO, Al203 e SrO sejam propriamente controladas, o total de CaO + MgO é baixo, e a proporção de ruptura se torna elevada.

REIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1. Bastão de arame de aço acalmado com Si CARACTERIZADO por conter 1,2% em massa ou menos, não incluindo 0%, de C; 0,1 a 2,0% em massa de Mn; 0,03 a 20 ppm em massa de Sr; 1 a 30 ppm em massa de Al e 1,5 a 4% em massa de Si, respectivamente, e por conter Mg e/ou Ca em uma faixa de 0,5 a 30 ppm em massa no total, em que o equilíbrio é Fe e impurezas inevitáveis.

2. Bastão de arame de aço acalmado com Si, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por conter Li em uma faixa de 0,03 a 20 ppm em massa.

3. Bastão de arame de aço acalmado com Si, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO por ainda conter um ou mais tipos de elementos selecionados de um grupo consistindo em 0,5 a 3% em massa de Cr; 0,5% em massa ou menos, não incluindo 0%, de Ni; 0,5% em massa ou menos, não incluindo 0%, de V; 0,1% em massa ou menos, não incluindo 0%, de Nb; 0,5% em massa ou menos, não incluindo 0%, de Mo; 0,5% em massa ou menos, não incluindo 0%, de W; 0,1% em massa ou menos, não incluindo 0%, de Cu; 0,1% em massa ou menos, não incluindo 0%, de Ti; 0,5% em massa ou menos, não incluindo 0%, de Co e 0,05% em massa ou menos, não incluindo 0%, de um elemento de terra-rara.

4. Mola CARACTERIZADA por ser obtida a partir do bastão de arame de aço acalmado com Si, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3.