CN106062229A - 高强度弹簧用轧制材和高强度弹簧用钢丝 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种轧制材以及由这种轧制材得到的高强度弹簧用钢丝。所述轧制材是高强度弹簧用的原材，其是即使抑制合金元素的添加量，仍能够在淬火回火后发挥优异的腐蚀疲劳特性的轧制材。本发明的高强度弹簧用轧制材以质量％计分别含有C：0.39～0.65％，Si：1.5～2.5％，Mn：0.15～1.2％，P：高于0％且0.015％以下，S：高于0％且0.015％以下，Al：0.001～0.1％，Cu：0.10～0.80％，Ni：0.10～0.80％，以及O：高于0％且0.0010％以下，余量是铁和不可避免的杂质，平均直径为25μm以上的氧化物系夹杂物在每100g钢材中有30个以下，并且非扩散性氢量为0.40质量ppm以下。

Description

高强度弹簧用轧制材和高强度弹簧用钢丝
技术领域
本发明涉及高强度弹簧用轧制材和使用其的高强度弹簧用钢丝。详细地说，就是作为以调质即淬火回火的状态使用的高强度弹簧的原材有用的轧制材和高强度弹簧用钢丝，特别是涉及淬火回火后的腐蚀疲劳特性优异的轧制材，和即使线材加工后的抗拉强度为1900MPa以上的高强度，腐蚀疲劳特性仍优异的高强度弹簧用钢丝。
背景技术
用于汽车等的螺旋弹簧，例如发动机和悬挂等所使用的阀弹簧、悬架弹簧等，为了减少尾气和提高燃油效率而要求轻量化，并要求高强度化。高强度化的弹簧缺乏韧性延展性，容易发生氢脆性，腐蚀疲劳特性降低。因此，对用于弹簧制造的高强度弹簧用钢线(以下，有将钢线记述为钢丝的情况)要求腐蚀疲劳特性优异。腐蚀疲劳破坏是由于腐蚀而产生的氢侵入到钢中，产生因该氢造成的钢材脆化而发生的，因此，为了改善腐蚀疲劳特性，需要改善钢材的耐腐蚀性和耐氢脆性。
作为提高高强度弹簧用钢丝的腐蚀疲劳特性的方法，已知有控制化学组成等。但是，在这些方法中，因为大量使用合金元素，所以从制造成本的增加和节约资源的观点出发未必最好。
那么，作为弹簧的制造方法，已知有将钢线加热到淬火温度而热成形为弹簧形状之后，再进行油冷回火的方法，和对于钢线进行淬火回火之后，再冷成形为弹簧形状的方法。另外还可知，在后者的冷成形方法中，以高频加热进行成形前的淬火回火，例如在专利文献1中公开有一项技术，其是将线材进行冷拉拔之后，通过高频感应加热进行淬火回火而调整组织的技术。在此技术中，使珠光体的组织分率为30％以下，由马氏体和贝氏体构成的组织分率为70％以上，之后以既定的断面收缩率进行冷拉拔，接着进行淬火回火，由此减少未熔化碳化物，使延迟断裂特性提高。
在专利文献2中，实施例中对轧制线材进行拉丝，高频加热而进行淬火回火处理。在此技术中，将着眼点放置于使高强度和卷绕性等的成形性兼顾上，而对于腐蚀疲劳特性则没有任何考虑。
在专利文献3中，提出有一种在强拉丝加工条件下的拉丝加工性优异的热轧线材，其着眼于根据从室温升温至350℃时放出的总氢量评价的钢中氢量。但是在专利文献3中，仅仅注重的是强拉丝这样的特殊的加工中的拉丝性，而对于在悬架弹簧等之中最重要的淬火回火后的腐蚀疲劳特性则未予任何考虑。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-143482号公报
专利文献2：日本特开2006-183137号公报
专利文献3：日本特开2007-231347号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于上述这样的情况而形成，其目的在于，提供一种轧制材和由这样的轧制材得到的高强度弹簧用钢丝。所述轧制材是热卷和冷卷的高强度弹簧用的原材，其是即使抑制合金元素的添加量，仍能够在淬火回火后发挥优异的腐蚀疲劳特性的轧制材。
用于解决课题的手段
能够解决上述课题的本发明的高强度弹簧用轧制材的特征在于，
以质量％计分别含有
C：0.39～0.65％、
Si：1.5～2.5％、
Mn：0.15～1.2％、
P：高于0％且0.015％以下、
S：高于0％且0.015％以下、
Al：0.001～0.1％、
Cu：0.10～0.80％、
Ni：0.10～0.80％，以及
O：高于0％且0.0010％以下，余量是铁和不可避免的杂质，
平均直径为25μm以上的氧化物系夹杂物在每100g钢材中有30个以下，并且非扩散性氢量为0.40质量ppm以下。
还有，求得氧化物系夹杂物的平均直径时，以EPMA(Electron ProbeMicroAnalyser：电子探针微量分析仪)观察，分别测量氧化物系夹杂物的长径和短径，将氧化物系夹杂物的长径和短径的平均值，即长径和短径之和除以2的值作为平均直径。该平均值为25μm以上的夹杂物，为本发明中的个数测量对象。
本发明的高强度弹簧用轧制材，还优选以质量％计还含有属于以下的(a)～(d)中的任意一种以上。
(a)Cr：高于0％且1.2％以下
(b)Ti：高于0％且0.13％以下
(c)B：高于0％且0.01％以下
(d)Nb：高于0％且0.1％以下和Mo：高于0％且0.5％以下中的至少一种
本发明也包括由上述任意一项所述的钢的化学成分构成，回火马氏体的面积率为80％以上，抗拉强度为1900MPa以上的高强度弹簧用钢丝。
发明效果
根据本发明，即使不大量添加合金元素，因为可减少轧制材中的氧化物系夹杂物并且抑制非扩散性氢量，所以在淬火回火后仍能够发挥优异的腐蚀疲劳特性。在这样的轧制材中，即使抑制钢材成本仍能够提高钢丝的腐蚀疲劳特性，因此能够廉价地提供腐蚀疲劳破坏极难发生的高强度的弹簧，例如，作为汽车用零件之一的悬架弹簧等螺旋弹簧。
附图说明
图1是表示轧制材中的夹杂物数和非扩散性氢量对腐蚀疲劳特性产生的影响的图解。
具体实施方式
若钢丝的腐蚀进行，则线材表面发生凹坑，并且因腐蚀导致的减薄造成线材的线径变细。另外，因腐蚀而产生的氢侵入到钢中，发生氢导致的钢材脆化。腐蚀疲劳破坏以这些腐蚀凹坑、减薄处、钢材脆化部为起点而发生。因此，腐蚀疲劳破坏能够通过提高线材的耐氢脆性和耐腐蚀性来加以改善。
本发明人等对于给耐氢脆性和耐腐蚀性造成影响的因素从各种角度进行研究。其结果发现，如果对于适当控制了钢中的既定大小的氧化物系夹杂物的个数、和钢中氢量之中特别是非扩散性氢量二者的轧制材进行淬火回火处理，则腐蚀疲劳特性大幅提高。查明若钢中大量存在大的氧化物系夹杂物，则不仅大气耐久性降低，而且在其周围形成“应变场”，成为氢聚集处，特别是使其周围的晶界脆化，使腐蚀疲劳特性降低。
通过适当控制氧化物系夹杂物和氢量，即使减少耐腐蚀性改善元素的添加量，电能够使腐蚀疲劳特性提高。以下，对于本发明中规定的氧化物系夹杂物个数、钢中的非扩散性氢量、化学组成的要件进行说明。
氧化物系夹杂物个数
若钢中存在大的氧化物系夹杂物，则不仅大气耐久性降低，而且在其周围形成应变场，成为氢聚集处，特别是使其周围的晶界脆化，使腐蚀疲劳特性降低。为了减少对腐蚀疲劳特性的不良影响，需要使平均直径为25μm以上的氧化物系夹杂物的个数在每100g钢材中处于30个以下(以下，表述为“30个/100g以下”)。氧化物系夹杂物的个数优选为20个/100g以下，更优选为10个/100g以下。为了使腐蚀疲劳特性提高，没必要设置氧化物系夹杂物的个数的下限，因为要达到0个/100g会花费制造成本，所以在工业生产上优选为2个/100g以上。若氧化物系夹杂物的平均直径为25μm以上，则作为应力集中源成为破坏起点，使腐蚀疲劳特性降低，但平均直径低于25μm的氧化物系夹杂物，则不会给腐蚀疲劳特性带来不利影响。
非扩散性氢量
在本发明的轧制材中，需要使非扩散性氢量为0.40质量ppm以下。若轧制材中的非扩散性氢量多，则在淬火回火后的钢丝中，非扩散性氢也变多。若钢丝的非扩散性氢多，则进一步侵入直到线材脆化的氢的允许量减少，作为弹簧，即使在使用中侵入的少量的氢也会导致线材脆化发生，容易过早破坏，耐氢脆性降低。非扩散性氢量优选为0.35质量ppm以下，更优选为0.30质量ppm以下。非扩散性氢量越少越优选，但成为0质量ppm有困难，下限为0.01质量ppm左右。
还有，所谓非扩散性氢，是以后述的实施例所述的方法测量的氢量，具体来说，意思是以100℃/小时升温钢材时，在300～600℃放出的氢量的总量。
本发明的高强度弹簧用轧制材是抑制了合金元素的含量的低合金钢，其化学组成如下。还有，本发明还包括在对于上述轧制材进行拉丝之后进行淬火回火的钢丝，其化学组成与轧制材的化学组成相同。在本说明书，化学组成以质量％表示。
C：0.39～0.65％
C是用于确保弹簧用钢丝的强度所需要的元素，并且在用于使作为氢捕集点的微细碳化物生成上也是需要的。从这样的观点出发，将C量定为0.39％以上。C量的优选的下限为0.45％以上，更优选为0.50％以上。但是，若C量过剩，则即使在淬火回火后仍容易生成粗大的残留奥氏体和未固溶的碳化物，有耐氢脆性反而降低的情况。另外，C也是使耐腐蚀性劣化的元素，因此为了提高作为最终制品的悬架弹簧等弹簧制品的腐蚀疲劳特性，需要抑制C量。从这样的观点出发，将C量定为0.65％以下。C量的优选的上限为0.62％以下，更优选为0.60％以下。
Si：1.5～2.5％
Si是用于确保强度所需要的元素，并且具有使碳化物微细的效果。为了使这样的效果有效地发挥，将Si量定为1.5％以上。Si量的优选的下限为1.7％以上，更优选为1.9％以上。另一方面，Si也是促进脱碳的元素，因此若Si量过剩，则线材表面的脱碳层形成被促进，需要用于削除脱碳层的剥皮工序，招致制造成本的增加。另外，未固溶碳化物也变多，耐氢脆性降低。从这样的观点出发，将Si量定为2.5％以下。Si量的优选的上限为2.3％以下，更优选为2.2％以下，进一步优选为2.1％以下。
Mn：0.15～1.2％
Mn作为脱氧元素被利用，并且与钢中作为有害元素的S反应而形成MnS，是对S的无害化有益的元素。另外，Mn也是有助于强度提高的元素。为了有效地发挥这些效果，将Mn量定为0.15％以上。Mn量的优选的下限为0.2％以上，更优选为0.3％以上。但是，若Mn量过剩，则韧性降低，钢材脆化。从这样的观点出发，将Mn量定为1.2％以下。Mn量的优选的上限为1.0％以下，更优选为0.85％以下。
P：高于0％且0.015％以下
P是使线材等的轧制材的延展性，例如卷绕性劣化的有害元素，因此优选尽可能少的方法。另外，P容易在晶界偏析，招致晶界脆化，在氢作用下导致晶界容易断裂，对耐氢脆性造成不利影响。从这样的观点出发，将P量定为0.015％以下。P量的优选的上限为0.010％以下，更优选为0.008％以下。P量越少越为优选，但通常含有0.001％左右。
S：高于0％且0.015％以下
S与上述的P同样，是使轧制材的卷绕性等延展性劣化的有害元素，因此优选尽可能少的方法。另外，S容易在晶界偏析，招致晶界脆化，在氢作用下容易导致晶界断裂，对耐氢脆性造成不良影响。从这样的观点出发，将S量定为0.015％以下。S量的优选的上限为0.010％以下，更优选为0.008％以下。S量越少越优选，但通常含有0.001％左右。
Al：0.001～0.1％
Al主要作为脱氧元素添加。另外，与N反应而形成AlN，使固溶N无害化，并且也有助于组织的微细化。为了充分地发挥这些效果，将Al量定为0.001％以上。Al量的优选的下限为0.002％以上，更优选为0.005％以上。但是，Al与Si同样，也是促进脱碳的元素，因此在大量含有Si的弹簧用钢中需要抑制Al量，在本发明中，将Al量定为0.1％以下。Al量的优选的上限为0.07％以下，更优选为0.030％以下，特别优选为0.020％以下。
Cu：0.10～0.80％
Cu是对于表层脱碳的抑制和耐腐蚀性的提高有效的元素。因此Cu量定为0.10％以上。Cu量的优选的下限为0.15％以上，更优选为0.20％以上。但是，若Cu被过剩地含有，则热加工时发生裂纹或成本增加。因此，将Cu量定为0.80％以下。Cu量的优选的上限为0.70％以下，更优选为0.60％以下。还优选Cu量为0.48％以下，0.35％以下和0.30％以下。
Ni：0.10～0.80％
Ni与Cu同样，对于表层脱碳的抑制和耐腐蚀性的提高是有效的元素。因此将Ni量定为0.10％以上。Ni量的优选的下限为0.15％以上，更优选为0.20％以上。但是，若Ni过剩地含有，则成本增加。因此，将Ni量定为0.80％以下。Ni量的优选的上限为0.70％以下，更优选为0.60％以下。还优选Ni量为0.48％以下，0.35％以下和0.30％以下。
O：高于0％且0.0010％以下
若钢材中存在氧，则形成Al2O3、SiO2、CaO、MgO、TiO2等氧化物系夹杂物。氧化物系夹杂物为硬质，由于与周围的基体的硬度差，导致氧化物系夹杂物的周边产生应变。在此应变聚集氢，使周围的晶界脆化。因此，重要的是使氧量减少，从而提高腐蚀疲劳特性。因此，O量的上限定为0.0010％以下。优选为0.0008％以下，更优选为0.0006％以下。另一方面，O量的下限，工为生产上一般为0.0002％以上。
本发明的轧制材的基本成分如上述，余量实质上是铁。但是，当然允许因原材料、物资、制造设备等的状况而混入的Ca、Mg、N等的不可避免的杂质包含在钢中。本发明的弹簧用轧制材凭借上述的化学组成，能够在高强度下达成优异的卷绕性和耐氢脆性，根据用途，以耐腐蚀性的提高等为目的，可以还含有下述元素。
Cr：高于0％，1.2％以下
Cr是对耐腐蚀性的提高有效的元素。为了使这样的效果有效地发挥，Cr量优选为0.05％以上，更优选为0.08％以上，进一步优选为0.10％以上。但是，Cr的碳化物生成倾向强，在钢材中形成独自的碳化物，并且是在渗碳体中容易以高浓度渗透的元素。虽然含有少量的Cr有效，但在高频加热中，因为淬火工序的加热时间为短，所以使碳化物、渗碳体等渗透到母材中的奥氏体化容易不充分。因此，若大量含有Cr，则发生Cr系碳化物和金属Cr高浓度固溶的渗碳体的未融化，成为应力集中源而容易断裂，耐氢脆性劣化。因此，Cr量优选为1.2％以下，更优选为0.8％以下，进一步优选为0.6％以下。
Ti：高于0％且0.13％以下
Ti与S反应而形成硫化物，对于实现S的无害化是有用的元素。另外，Ti形成碳氮化物，也具有使组织微细化的效果。为了使这样的效果有效地发挥，Ti量优选为0.02％以上，更优选为0.05％以上，进一步优选为0.06％以上。但是，若Ti量变得过剩，则粗大的Ti硫化物形成，延展性劣化。因此，Ti量优选为0.13％以下。从降低成本的观点出发，优选为0.10％以下，更优选为0.09％以下。
B：高于0％且0.01％以下
B是淬火性提高元素，另外具有使旧奥氏体结晶晶界强化的效果，是有助于抑制断裂的元素。为了使这样的效果有效地发挥，B量优选为0.0005％以上，更优选为0.0010％以上。但是，即使B量过剩，上述效果也饱和，因此B量优选为0.01％以下，更优选为0.0050％以下，进一步优选为0.0040％以下。
Nb：高于0％且0.1％以下和Mo：高于0％且0.5％以下中的至少一种
Nb与C和N形成碳氮化物，主要是有助于组织微细化的元素。为了使这样的效果有效地发挥，Nb量优选为0.003％以上，更优选为0.005％以上，进一步优选为0.01％以上。但是，若Nb量变得过剩，则粗大碳氮化物形成而使钢材的延展性劣化。因此，Nb量优选为0.1％以下。从降低成本的观点出发，优选为0.07％以下。
Mo也与Nb同样，与C和N形成碳氮化物，是有于组织微细化的元素。另外对于确保回火后的强度也是有效的元素。为了使这样的效果有效地发挥，Mo量优选为0.15％以上，更优选为0.20％以上，进一步优选为0.25％以上。但是，若Mo量变得过剩，则形成粗大碳氮化物而使钢材的延展性，例如卷绕性劣化。因此，Mo量优选为0.5％以下，更优选为0.4％以下。
Nb和Mo可以分别单独含有，也可以组合两种含有。另外，本发明的轧制材作为不可避免的杂质含有N，其量优选调整至下述范围。
N：高于0％且0.007％以下
N量是不可避免的杂质中包含的元素，但越多越会与Ti、Al一起形成粗大的氮化物，给疲劳特性带来不利影响，因此优选N量尽可能少的方法。N量例如可以为0.007％以下，更优选为0.005％以下。另一方面，若N量过度减少，则生产率显著降低。另外，N与Al一起形成氮化物而有助于晶粒的微细化。从这一观点出发，优选使N量为0.001％以上，更优选为0.002％以上，进一步优选为0.003％以上。
接着，对于本发明的轧制材的制造方法进行说明。在熔炼具有上述化学组成的钢，并进行连续铸造、开坯轧制、热轧这一系列的工序中，通过调整(A)钢液阶段的氢量，(B)开坯轧制前的均质化处理温度和时间，(C)热轧后的400～100℃的冷却速度中的至少一个，能够控制轧制材的非扩散性氢量。
为了减少凝固后的钢中的氢，需要通过扩散除去钢中的氢，为了使氢从钢材表面放出，应该加快氢的扩散速度，高温且长时间的加热是有效的。具体来说，作为减少钢中的氢量的方法，可列举在钢液阶段的调整、在凝固后1000℃以上的连续铸造材料的阶段的调整、在热轧前的加热阶段的调整、在轧制加热中的阶段的调整、和在轧制后的冷却阶段的调整。其中，特别有效的是进行以下所示的(A)～(C)的非扩散性氢的降低处理中的至少一个。
(A)在钢液处理中进行脱气处理，使钢液中的氢量达到2.5质量ppm以下。
例如，有效的是在二次精炼工序中，在浇包中装配具备两根浸渍管的真空槽，从一方的浸渍管侧面喷送Ar气，进行利用其浮力使钢液向真空槽环流的真空脱气。这一方法的氢除去能力优异。钢液中的氢量优选为2.0质量ppm以下，更优选为1.5质量ppm以下，特别优选为1.0质量ppm以下。
(B)开坯轧制前的均质化处理(加热)在1100℃以上，优选在1200℃以上进行10小时以上。
(C)热轧后的400～100℃的平均冷却速度为0.5℃/秒以下，优选为0.3℃/秒以下。
特别是钢材的断面积大时，需要长时间的加热，但若长时间加热钢材则脱碳促进，因此这样的情况下，优选进行上述(A)来降低钢中的氢量。
另外，热轧后的卷材卷取温度TL、卷取后的400～100℃的温度范围以外的冷却条件没有特别限定。
卷材卷取温度TL，例如能够为900℃以上且1000℃以下，优选为910℃以上，更优选为930℃以上。另外，卷材卷取温度TL～650℃的平均冷却速度能够为2℃/秒以上且5℃/秒以下。卷材卷取温度TL～650℃的平均冷却速度的下限优选为2.3℃/秒以上，更优选为2.5℃/秒以上。另外，卷材卷取温度TL～650℃的平均冷却速度的上限优选为4.5℃/秒以下，更优选为4℃/秒以下。此外，650～400℃的平均冷却速度可以为2℃/秒以下。650～400℃的平均冷却速度优选为1.5℃/秒以下，更优选为1℃/秒以下。该平均冷却速度的下限没有特别限定，例如为0.3℃/秒左右。
氧化物系夹杂物的减少
为了减少氧化物系夹杂物，需要使线材的氧含量处于规定值以下。另外，以铝、硅充分地进行脱氧，并且充分地进行脱气，能够减少夹杂物，实现高洁净化，能够减少氧化物系夹杂物。
为了制造例如用于汽车等的螺旋弹簧，需要对于上述的轧制材进行线材加工即拉丝加工而制造钢丝，例如在冷卷弹簧中，线材加工后以高频加热等进行淬火回火，这样的钢丝也包含在本发明中。
抗拉强度为1900MPa以上的高强度钢丝，通过对轧制材进行线材加工即拉丝加工后，以高频加热等进行淬火回火而得到。具体来说，对于轧制材以5～35％左右的断面收缩率进行拉丝加工，之后以900～1000℃左右进行淬火，以300～520℃左右进行回火。为了充分奥氏体化，淬火温度优选为900℃以上，为了防止晶粒粗大化而优选为1000℃以下。另外，回火的加热温度符合钢丝强度的目标值而在300～520℃的范围内设定为适当的温度即可。另外，通过高频加热进行淬火回火时，淬火回火的时间分别为10～60秒左右。
对于淬火回火后的组织而言，需要使回火马氏体组织为80面积％以上。若组织中未固溶的铁素体和残留奥氏体的比例多，则强度降低。淬火回火后的组织中，优选回火马氏体组织为85面积％以上。为了使回火马氏体组织的比例为80面积％以上，还优选在淬火加热时加热到900℃以上，使之充分地奥氏体化，其后，通过水冷或油冷冷却至100℃以下。
如此得到的本发明的钢丝能够实现1900MPa以上的高抗拉强度。抗拉强度匹配弹簧设计强度选择即可，通常，选择为1900MPa～2200MPa。抗拉强度的上限没有特别限定，大致为2500MPa左右。另外本发明的钢丝因为使用本发明的轧制材，所以即使为1900MPa以上的高强度，仍能够发挥优异的腐蚀疲劳特性。
本申请基于2014年2月28日申请的日本国专利申请第2014-039368号主张优先权。2014年2月28日申请的日本国专利申请第2014-039368号的说明书的全部内容，在本申请中用于参考而援引。
以下，列举实施例更具体地说明本发明。本发明不受以下的实施例限制，在能够符合前述、后述的主旨的范围，当然也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
实施例
通过转炉熔炼，熔化下述表1～3所示的化学成分组成的钢材，经连续铸造后，在1100℃以上进行均质化处理。均质化处理后进行开坯轧制，以1000～1280℃加热后进行热轧，得到直径14.3mm的轧制材，即线材。前述方法中的钢液有无脱气处理，卷取后有无冷却，即轧制后是否以0.5℃/秒以下的平均冷却速度进行了400～100℃的冷却，如下述表4～6所示。另外，表4～6所示的钢液中的O量，通过控制由铝、硅进行的脱氧的程度来进行调整。
这时，热轧后的卷材卷取温度TL为950℃，卷取后的其他的冷却中，TL～650℃以4℃/秒的平均冷却速度冷却，650～400℃以1℃/秒的平均冷却速度冷却。另外均质化处理一栏中记述为“实施”的试验例中，1100℃下的均顾化处理进行10小时以上，记述为“-”的试验例中，1100℃下的均质化处理的时间低于10小时。
对于得到的线材，按以下的要领测量非扩散性氢量、氧化物系夹杂物的个数。其结果显示在表4～6中。还有，在表4～6中，轧制材中的平均直径为25μm以上的氧化物系夹杂物的个数表述为“轧制材中的25μm以上的夹杂物个数”。
非扩散性氢量
从所述轧制材即线材切下宽20mm×长40mm的试验片。使用气相色谱分析装置，以100℃/小时的升温速度升温该试验片，测量300～600℃下的放出氢量，将其作为非扩散性氢量。
氧化物系夹杂物的个数
氧化物系夹杂物的个数，是求得6个50g的轧制材试样的调查结果的平均值，换算成每100g的个数计算。夹杂物个数通过酸溶解法调查。用酸溶解上述50g的试样，使未溶的夹杂物残存在滤纸上，利用EPMA拣选平均直径为25μm以上的夹杂物，以EDX(EnergyDispersive X-ray spectrometry：能量色散型X射线分析)进行分析，拣选氧化物系夹杂物。对于所述6个各试样，测量平均直径25μm以上的氧化物系夹杂物的个数，求其平均值，换算成每100g钢材中的个数。这时，由酸进行的溶解中，使用以不会溶解氧化物系夹杂物的方式进行了调整的硝酸。氧化物系夹杂物的平均直径表示长径与短径的平均值，即长径与短径之和除以2的值。还有，为了减少氧化物夹杂物个数，在转炉熔炼时充分地进行真空脱气，实施去氧。
接下来，将所述线材拉丝至直径12.5mm，即实施冷拉拔加工，进行淬火回火。所述拉丝加工的断面收缩率约23.6％，淬火回火的条件如下。
淬火回火条件
·高频加热
·加热速度：200℃/秒
·淬火：950℃，20秒，水冷却
·回火：300～520℃的各温度，20秒，水冷却
通过进行上述的淬火回火，能够得到回火马氏体的面积率占80％以上的组织。在此试验中，全部确认到回火马氏体的面积率为80％以上。
对于拉丝和淬火回火后的钢丝，进行抗拉强度、腐蚀疲劳特性的评价。其结果一并记述在下述表4～6中。
抗拉强度的测量
将淬火回火后的钢丝切断为既定长度，设为卡盘间距200mm、拉伸速度5mm/min，遵循JIS Z2241(2011)进行拉伸试验。
腐蚀疲劳特性的评价
腐蚀疲劳特性，是在实施腐蚀处理后，进行小野式旋转弯曲疲劳试验，依据其断裂寿命进行评价。试验片是切削经淬火回火的钢丝，制作JIS Z2274(1978)的1号试验片。用800号砂纸研磨该试验片的平行部。对表面不实施喷丸硬化而实施试验。首先，对于加工的试验片，在以下的条件实施腐蚀处理。
腐蚀处理
使用35℃、5％NaCl水溶液，进行8小时盐水喷雾后进行干燥，在35℃、相对湿度60％的湿润环境中保持16小时，以此作为1个循环，全部反复进行10个循环，对于试验片实施腐蚀处理。对于腐蚀处理后的试验片，实施旋转弯曲试验，评价腐蚀疲劳特性。各试验使用10个试验片，负荷应力设定在500MPa而实施小野式旋转弯曲疲劳试验，测量各试验片达到破损的疲劳寿命。测量10个试验片的疲劳寿命的平均值，将疲劳寿命的平均值为10万次以上评价为腐蚀疲劳寿命优异。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
由这些结果，能够进行如下考察。即，表4所示的试验No.1～16和表6所示的试验No.32～48，因为是根据上述优选的制造条件制造钢材的化学组成得到恰当调整的钢，所以氧化物系夹杂物的个数、非扩散性氢量满足本发明所规定的范围。对于这样的线材进行拉丝加工、淬火回火之后的钢丝，均具有1900MPa以上的优异的抗拉强度。而且，淬火回火后的钢丝均发挥出10万次以上的疲劳寿命，腐蚀疲劳特性优异。
相对于此，表5所示的试验No.17～31，因为本发明中规定的钢材的化学组成、氧化物系夹杂物的个数、非扩散性氢量的要件的至少任意一项不当，所以在腐蚀疲劳特性中为差的结果。
试验No.17、18是没有添加Cu、Ni，或使用了不满足规定的下限的钢种17、18的例子，腐蚀疲劳特性劣化。试验No.19～24中，脱氧处理不充分，钢中的O量变得过剩，轧制材中的氧化物系夹杂物的个数变多，腐蚀疲劳特性劣化。
试验No.25～29，钢中的O量控制在适当的范围，但均未进行上述的非扩散性氢减少处理，轧制材中的非扩散性氢量变多，疲劳寿命低于10万次，腐蚀疲劳特性劣化。
试验No.30、31，因为脱氧处理不充分，钢中的O量过剩，另外均未进行上述的非扩散性氢减少处理，所以轧制材中的氧化物系夹杂物的个数多，另外轧制材中的非扩散性氢量多，疲劳寿命均低于10万次，腐蚀疲劳特性劣化。
基于这些结果，轧制材中的氧化物系夹杂物的个数和非扩散性氢量对腐蚀疲劳特性造成的影响显示在图1中。在图1是，○标记的发明例，表示表4的试验No.1～16，×标记的比较例，表示表5的试验No.19～31，轧制材中的氧化物系夹杂物的个数表述为“夹杂物数”。由此结果可知，严密地规定氧化物系夹杂物的个数和非扩散性氢量，在使腐蚀疲劳特性提高上有效。
产业上的可利用性
本发明的轧制材和钢丝能够适用于汽车等所用的螺旋弹簧，例如发动机和悬挂等所使用的阀弹簧、悬架弹簧等，在工业上有用。

Claims (3)

1.一种高强度弹簧用轧制材，以质量％计分别含有
C：0.39～0.65％，
Si：1.5～2.5％，
Mn：0.15～1.2％，
P：高于0％且0.015％以下，
S：高于0％且0.015％以下，
Al：0.001～0.1％，
Cu：0.10～0.80％，
Ni：0.10～0.80％，以及
O：高于0％且0.0010％以下，余量是铁和不可避免的杂质，
平均直径为25μm以上的氧化物系夹杂物在每100g钢材中有30个以下，并且非扩散性氢量为0.40质量ppm以下。
2.根据权利要求1所述的高强度弹簧用轧制材，其中，以质量％计还含有属于以下的(a)～(d)中的任意一种以上，
(a)Cr：高于0％且1.2％以下；
(b)Ti：高于0％且0.13％以下；
(c)B：高于0％且0.01％以下；
(d)Nb：高于0％且0.1％以下和Mo：高于0％且0.5％以下中的至少一种。
3.一种高强度弹簧用钢丝，其特征在于，由权利要求1或2所述的钢的化学成分构成，回火马氏体的面积率为80％以上，抗拉强度为1900MPa以上。
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