CN104160053B - 碳工具钢钢带 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高了冲裁性和疲劳特性的、适合用于各种弹簧材料、阀材料等的碳工具钢钢带。一种碳工具钢钢带，其为具有以质量％计含有C：0.8～1.2％的碳工具钢组成、厚度为1mm以下的碳工具钢钢带，所述碳工具钢钢带的维氏硬度为500～650(Hv)，并且，将与所述碳工具钢钢带的轧制面成直角且与碳工具钢钢带的长度方向平行的面作为观察面观察碳工具钢钢带的板厚中心部的截面时，存在于金属组织中的碳化物中以圆当量直径计为0.5μm以上的碳化物的面积率为0.50～4.30％。

Description

碳工具钢钢带

技术领域

[0001] 本发明涉及适合用作例如减震器、止回阀等各种弹簧、阀材料的碳工具钢钢带。

背景技术

[0002] -直以来，适合用于弹簧、阀等的碳工具钢的钢带在乳制至规定的板厚之后进行 淬火•回火，从而调节为所期望的特性，之后，通过冲裁等加工手段制成为所期望的形状使 用。

[0003] 这样，用于淬火•回火的碳工具钢中，例如，日本特开2006-63384号公报（专利文 献1)中提出了通过控制碳钢的金属组织中的残留碳化物的量而改善冲击特性。此处提出的 高碳钢部件通过将母相中所包含的未熔解碳化物的体积％ (Vf)控制在8.5 < 15.3 X C% -Vf < 10.0的范围而改善冲击特性。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1:日本特开2006-63384号公报

发明内容

[0007] 发明要解决的问题

[0008] 然而，对于用作弹簧材料、阀材料等的碳工具钢钢带，除了冲击特性以外，还要求 用于冲压成弹簧、阀的形状的冲裁性、高的疲劳特性等特性优异。然而，对于怎样的金属组 织适合作为碳工具钢钢带以兼顾作为弹簧、阀而使用时所需的疲劳特性、和制造过程中重 要的冲裁性，尚未进行充分的研究。

[0009] 本发明的目的在于提供使冲裁性和疲劳特性提高、适合用作各种弹簧材料、阀材 料等的碳工具钢钢带。

[ ο]用于解决问题的方案

[0011] 本发明人等，不仅最优化了碳工具钢钢带用作弹簧、阀等合适的硬度，进而发现了 能够兼顾疲劳特性和冲裁性的合适的碳化物的形态，至此完成了本发明。

[0012] 即，本发明为一种碳工具钢钢带的发明，其为具有以质量％计含有C:0.8~1.2% 的碳工具钢组成、厚度为1mm以下的碳工具钢钢带，所述碳工具钢钢带的维氏硬度为500~ 650HV，并且，将与前述碳工具钢钢带的乳制面成直角且与碳工具钢钢带的长度方向平行的 面作为观察面观察碳工具钢钢带的板厚中心部的截面时，存在于金属组织中的碳化物中以 圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物的面积率为0.50~4.30%。

[0013]以前述的圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物的面积率优选为1.50 %~4.00 %的 范围。另外，本发明的碳工具钢钢带的厚度优选为〇. 1~〇. 5mm。

[0014] 发明的效果

[0015] 本发明的碳工具钢钢带由于不仅最优化了硬度还能够兼顾疲劳特性和冲裁性，所 以特别适合用作厚度为〇. 1~〇. 5mm的各种弹簧材料、阀材料。

附图说明

[0016] 图1为本发明的碳工具钢钢带截面的电子显微镜照片。

[0017] 图2为表示碳工具钢钢带截面的金属组织的观察面的示意图。

具体实施方式

[0018] 如上所述，本发明的重要的特征在于，将淬火•回火后的一定以上大小的碳化物 的面积率调节在一定的范围，进而，不仅将碳工具钢钢带的硬度最优化，而且能够兼顾疲劳 特性和冲裁性。

[0019] 因此，本发明的碳工具钢钢带兼备作为弹簧、阀的必要特性。为了能够适合用作这 些弹簧、阀等，将其厚度限定为1mm以下。

[0020] 首先，对于本发明的碳工具钢钢带的组成进行说明。需要说明的是，各元素的含量 以质量％计。

[0021] C:0.8 ~1.2%

[0022] C为用于得到淬火·回火后的硬度、合适的耐摩耗性、耐冲击性等机械性质必需的 元素。另外，其为用于将硬度和碳化物的形态设在合适的范围所必需的元素。因此，0.8%以 上的C量是必需的，超过1.2%的C量会导致Ms点降低从而使残留奥氏体增加、残留碳化物量 增加，成为特性恶化的原因，所以优选设为0.8~1.2%。优选的C的下限为超过0.9%的范 围，优选C的上限为1.1 %。

[0023] 本发明的碳工具钢钢带的组成除了前述的C以外没有特别的限定，只要是具有 JIS-G-3311(特殊的抛光钢带)规定的碳工具钢的组成的物质即可。其中，优选为以下所示 的组成。

[0024] Si:0.1 ~0.35%

[0025] Si作为精炼时的脱氧材料而添加。小于0.1 %则有脱氧效果不充分的情况;如果超 过0.35 %，则有成为机械性质劣化的原因的情况，因此Si的范围优选为0.1~0.35%的范 围。进而优选的Si的下限为0.15%，优选的Si的上限为0.30%。

[0026] Μη:0·1 ~0.5%

[0027] Mn具有改善淬火性的效果。如果小于0.1 %则有改善效果不充分的情况，如果超过 〇. 5 %则有韧性恶化的情况，因此优选0.1~0.5%的范围。优选的Mn的下限为0.35%，优选 的Mn的上限为0.48 %。

[0028] Cr :0.05 ~0.3%

[0029] Cr具有改善淬火性的效果。因此，优选超过0 %而添加;但如果超过0.3 %则容易成 为珠光体组织，阻碍冲裁性。因此，Cr优选的范围为超过0%且0.3%以下。需要说明的是，为 了更切实地得到淬火性改善效果，优选将Cr的下限设在0.05%。另外，由于Cr的添加，淬 火•回火时容易形成氧化覆膜，所以Cr优选的上限为0.25%。

[0030] 除了上述元素以外为Fe和杂质即可。

[0031]接着，对于本发明中规定的碳化物的面积率进行说明。

[0032]具有上述的组成的碳工具钢钢带在淬火•回火后，金属组织的基体为马氏体组 织;如果残留奥氏体、珠光体的存在变多，则机械性质劣化。

[0033] 本发明中，存在于以该马氏体组织为主体的金属组织中的、以圆当量直径计为0.5 μπι以上的碳化物的面积率为0.50~4.30 %。以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物容易成 为疲劳龟裂产生的根源。因此，为了提高疲劳特性，优选极力地减少以圆当量直径计为〇.5μ m以上的碳化物。另一方面，进行压制成型时，以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物成为龟 裂产生的根源，有降低冲裁载重的效果。

[0034] 因此，以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物的面积率对于疲劳特性和冲裁性两 者带来影响，所以存在兼顾疲劳特性和冲裁性的优选的范围。具体而言，存在于金属组织中 的以圆当量直径计为〇.5μπι以上的碳化物的面积率小于0.50%时，冲裁性显著变差，如果超 过4.30%则疲劳特性显著变差，所以，本发明中，存在于金属组织中的以圆当量直径计为 0.5μπι以上的碳化物的面积率规定为0.50~4.30%。特别优选的面积率的下限为1.50%，优 选的面积率的上限为4.00%。需要说明的是，对于碳化物尺寸的上限，没有特别的限制；例 如，如果存在超过5μπι的碳化物则容易成为疲劳碎裂产生根源，由于疲劳特性显著恶化，对 于碳化物尺寸上限，以圆当量直径计优选为5μπι。

[0035] 评价上述的碳化物的面积情况下，如图2所示以长度方向为观察面观察进行了淬 火•回火的碳工具钢钢带的板厚的中心部。这是因为，板厚薄，所以表面附近的金属组织观 察受到试验片制备时的影响，金属组织的偏差大。

[0036] 对于评价碳化物的试验片，能够如图2所示，在与乳制面2成直角的方向、且碳工具 钢钢带1的长度方向与观察面3平行地进行树脂包埋，进行镜面研磨后，浸渍于加热至80~ 100°C的苦味酸钠•碱液中约10分钟使碳化物着色，使用扫描型电子显微镜，对于前述观察 面3的中心部，用2000倍的反射电子图像观察6000μπι 2的面积，通过进行图像处理从所观察 的碳化物中只识别以圆当量直径计为〇.5μπι以上的碳化物并测定面积率，由此进行评价。 [0037]另外，将碳工具钢钢带的维氏硬度设为500~650HV，是因为小于500HV时不能确保 充分的弹簧性，而如果超过650HV则强度变得过强，不能作为弹簧、阀起作用。优选的维氏硬 度的下限为520HV，优选的维氏硬度的上限为625HV。

[0038] 以上详述的碳工具钢钢带由于将厚度设为0.1~0.5mm，而适合用作弹簧、阀。

[0039] 本发明中，为了制成为存在于金属组织中的、以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化 物的面积率成为0.50~4.30%的碳化物形态，优选选择稍微高于以往进行的淬火温度、进 而高于回火温度的淬火条件。作为具体的淬火条件，优选将淬火温度设为830~940°C、将加 热·保持时间设为20~170秒。如果淬火时的温度低于830°C，则碳化物的固溶不充分，不易 得到上述的碳化物形态。另外，如果淬火温度超过940°C，则容易产生碳化物过于固溶而残 留碳化物减少的问题。优选的淬火温度的下限为850°C，优选的淬火温度的上限为920°C。另 外，即便淬火的加热·保持时间短于20秒，或者长于170秒，则0.5μπι以上的碳化物的面积率 不易成为0.50~4.30%。

[0040] 需要说明的是，作为淬火时的骤冷方法，优选使用盐浴、熔融金属、喷雾等冷却至 200~350 °C后，进而在被水冷却的Cu、铸铁制的两个平板间夹入钢带，边矫正形状边进一步 进行冷却，使之完成马氏体转变。

[0041] 另外，由于回火赋予合适的硬度，所以优选选择合适的回火条件。具体而言，回火 的温度优选为310~440°C的范围。回火温度低于310°C则硬度变高；另外，如果回火的温度 超过440°C，则容易产生硬度降低的问题。进而优选的回火温度的下限为350°C，更优选的回 火温度的上限为400 °C。另外，回火时间优选为30~300秒。如果回火时间短于30秒则容易产 生硬度变高的问题;如果回火时间长于300秒则硬度过于降低。

[0042]需要说明的是，本发明的碳工具钢钢带为了切实地提高疲劳强度，对于碳工具钢 钢带的表面粗糙度，优选将JIS-B-0601规定的十点平均粗糙度(Rz)设为0.5μπι以下、算术平 均粗糙度(Ra)设为0.08μπι以下。只要在该表面粗糙度的范围，就能够更切实地防止以碳工 具钢钢带表面的划痕等表面缺陷为起点的疲劳破坏。需要说明的是，由于存在碳工具钢钢 带的表面背面的表面粗糙度不同的情况，所以在测定十点平均粗糙度时，更优选表面与背 面的粗糙度的差异为〇 . 15Μ1以内（优选为0. ΙΟμπι以内）、算术平均粗糙度(Ra)为0.015μπι以 内（优选为〇·〇12μηι以内）。

[0043]为了得到上述的表面粗糙度，只要通过物理手段去除淬火·回火后的碳工具钢钢 带的表面背面即可。具体而言，能够使用例如氧化铝磨粒、二氧化硅磨粒进行抛光研磨。

[0044] 实施例

[0045] 用以下的实施例进一步详细地说明本发明。

[0046] 熔解•铸造碳钢原材料后，对于热乳后的热乳原材料重复进行冷乳和退火，准备 厚度为0.30mm的碳工具钢钢带的冷乳材A以及厚度为0.20mm的碳工具钢钢带的冷乳材Β。

[0047] 表1中记载有冷乳材A和B的厚度、化学成分。

[0048] [表1]

[0050]通过将该冷乳材A和B进行淬火·回火而制作碳工具钢钢带。

[0051 ]利用淬火的条件改变存在于金属组织中的以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物 的面积率。将淬火•回火条件示于表2中。

[0052]需要说明的是，淬火与回火设定为表2所示的温度，进行各时间的炉内保持。另外， 淬火时的骤冷夹在被水冷却的平板而进行。

[0053] 另外，对于进行了回火的碳工具钢钢带，采用使用了氧化铝磨粒的抛光研磨对碳 钢钢带的表面背面进行研磨。

[0054] [表2]

[0056]由制作的碳工具钢钢带切出金属组织观察用试验片。切断的部位为图2的虚线。并 且，如图2所示，与碳工具钢钢带1的乳制面2成直角方向且碳工具钢钢带的长度方向与观察 面3平行地进行树脂包埋，进行镜面研磨之后，在加热至80~100°C的苦味酸钠•碱液浸渍 约10分钟使碳化物着色，使用扫描型电子显微镜，对于板厚的中心部用2000倍的反射电子 图像观察6000μπι2的面积并进行图像处理，评价0.5μπι以上的碳化物的面积率。

[0057]接着，在各试样的观察部附近，测定5点平均的维氏硬度。另外，作为疲劳特性的评 价，沿着乳制方向采集疲劳特性评价用试验片，施加交变应力制作S-N曲线，求出在重复数 为IO7次时断裂的IO 7时间强度。

[0058 ]另外，作为冲裁性的评价，对于I Omm宽度的试验片，用I Omm见方的冲头和冲模测定 冲压时的载重。将测定结果示于表3。

[0059] 作为前述的碳化物观察面的2000倍的反射电子图像，将试样2的反射电子图像示 于图1。图1的黑色部分为碳化物。需要说明的是，图1的横向方向与碳工具钢钢带的长度方 向对应。可知0.5μπι以上的碳化物以优选的面积率存在。另外，如图1所示，试样2的碳化物的 最大尺寸以圆当量直径计为3μπι左右。本发明的其它各试样的碳化物最大尺寸以圆当量直 径计也为2~3μηι左右。

[0060] 需要说明的是，由与上述的碳化物观察面的位置同样的位置切出金属组织观察用 试验片，将试验片包埋在树脂中，进行镜面研磨之后，用硝酸乙醇（硝酸+乙醇的混合溶液） 进行蚀刻，用光学显微镜进行显微组织观察，可以确认碳工具钢钢带的金属组织的基体几 乎为马氏体组织。

[0061 ] 另外，测定抛光研磨的表面粗糙度，确认表面Rz: 0 · 39μπι、背面Rz: 0 · 33μπι、表面Ra: 0.068μπι、背面Ra: 0.061μπι，具有平滑的表面粗糙度。

[0062][表 3]

[0064] 由表3可知，存在于金属组织中的以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物的面积率 在本发明规定的范围内的碳工具钢钢带，其硬度超过550HV、IO 7时间强度超过I OOOMPa，并 且厚度为〇. 3mm的原材料的按压载重为8.5(kN)以下，另外，厚度为0.2mm的原材料的按压载 重为低至6. OkN以下的载重。

[0065] 由此可知，存在于金属组织中的以圆当量直径计为0.5μπι以上的碳化物的面积率 为0.50~4.30 %的碳工具钢钢带，机械性质的平衡优异。

[0066] 产业上的可利用性

[0067] 本发明的碳工具钢钢带由于能够兼顾硬度和疲劳特性这样的产品特性和冲裁性， 所以能够期待应用于厚度为〇. 1~〇. 5mm的弹簧、阀。

[0068] 附图标记说明 [0069] 1碳工具钢钢带

[0070] 2乳制面

[0071] 3观察面

Claims (3)

1. 一种碳工具钢钢带，其特征在于，其为具有以质量％计含有c: 0.8~1.2%的碳工具 钢组成、厚度为1mm以下的碳工具钢钢带，所述碳工具钢钢带的维氏硬度为500~650HV，并 且，将与所述碳工具钢钢带的乳制面成直角且与碳工具钢钢带的长度方向平行的面作为观 察面观察碳工具钢钢带的板厚中心部的截面时，存在于金属组织中的碳化物中以圆当量直 径计为0.5μπι以上的碳化物的面积率为0.50~4.30 %，对于所述碳工具钢钢带的表面粗糙 度，将JIS-B-0601规定的十点平均粗糙度Rz设为0.5μπι以下、算术平均粗糙度Ra设为0.08μπι 以下，所述碳工具钢钢带经历830~940°C下加热•保持时间为20~170秒的淬火步骤，以及 310~440 °C下30~300秒的回火步骤。

2. 根据权利要求1所述的碳工具钢钢带，其特征在于，所述以圆当量直径计为0.5μπι以 上的碳化物的面积率为1.50~4.00%。

3. 根据权利要求1或权利要求2所述的碳工具钢钢带，其特征在于，厚度为0.1~0.5mm。