CN107075604A - 不锈钢弹簧和不锈钢弹簧的制造方法 - Google Patents

不锈钢弹簧和不锈钢弹簧的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种通过经过如下工序而具有优异的耐腐蚀性以及疲劳强度的不锈钢弹簧：对以质量％计含有C：0.08％以下、Si：0.3％～2.0％、Mn：3.0％以下、Ni：8.0％～10.5％、Cr：16.0％～22.0％、Mo：0.5％～3.0％、N：0.15％～0.23％且剩余部分由Fe和杂质构成的钢线，以规定的加工度ε实施拉丝加工的工序；得到线圈状的钢线的工序；以500℃～600℃实施20分钟～40分钟热处理的工序；通过氮化处理在钢线的表面形成厚度40μm～60μm的氮化层的工序；实施喷丸硬化处理的工序以及实施热处理的工序。

Description

不锈钢弹簧和不锈钢弹簧的制造方法
技术领域
本发明涉及不锈钢弹簧和不锈钢弹簧的制造方法。本发明特别涉及例如用作柴油机的吸排气阀的返回机构的气门弹簧以及用作柴油机的燃料喷射泵的升压活塞的返回机构的柱塞弹簧等中利用的不锈钢弹簧以及不锈钢弹簧的制造方法。
背景技术
以往，例如，用作柴油机的吸排气阀的返回机构的气门弹簧以及用作燃料喷射泵的升压活塞的返回机构的柱塞弹簧等要求疲劳强度高的钢弹簧。
为了实现该疲劳强度高的钢弹簧，大多使用油淬回火硅铬钢丝(SWOSC-V)作为线材。该油淬回火硅铬钢丝(SWOSC-V)为钢制的材料，耐腐蚀性不高。因此，例如，吸排气阀的气门弹簧等这样的在以混入有硫成分的润滑油润滑的腐蚀环境下工作的钢弹簧，有时由于润滑油中的硫成分而表面被腐蚀。此外，燃料喷射泵用的柱塞弹簧等这样的为了排出气体的清洁化而不是以润滑油润滑而是在以燃料润滑的环境下工作的钢弹簧，也有时由于燃料中所含的水分而表面被腐蚀。
作为该钢弹簧的腐蚀的预防，已知在钢弹簧的表面整体实施涂装。然而，若实施该涂装，则成本增高，并且有时在钢弹簧的工作中剥离的涂料会引起润滑油过滤器或燃料过滤器等的堵塞。
与此相对，作为耐腐蚀性高的线材，已知使用不锈钢线的钢弹簧。然而，不锈钢线与SWOSC-V相比疲劳强度低。为了使用不锈钢线实现所要求的钢弹簧的疲劳强度，必须使用与SWOSC-V相比大尺寸的不锈钢线，钢弹簧的重量和大小增加。因此，现状是使用不锈钢线的钢弹簧在柴油机或燃料喷射泵等的设计上难以成立。
另一方面，作为疲劳强度高的不锈钢线，已知在SUS304中添加N和Mo而提高强度的Sumitomo Electric Steel Wire公司制的“Super Dolce”(参照文献1～3)。
而且，作为使用该不锈钢线加工和制造高强度的钢弹簧的技术，有“经过对不锈钢线实施弹簧加工而形成弹簧形状的工序，将弹簧形状的不锈钢线在425℃～600℃的温度退火的工序，对弹簧形状的不锈钢线实施氮化处理的工序以及将弹簧形状的不锈钢线进行喷丸硬化的工序而制造高强度不锈钢弹簧的方法(参照文献4)”。
此外，作为高强度的不锈钢线的制造方法，也有“具有对以重量％计含有C：0.04％以上的奥氏体系不锈钢线材进行加工温度150℃以下、加工度60％～90％的拉丝加工的第一拉丝加工工序，对上述加工的线材进行600℃～900℃的热处理而将热处理后的奥氏体晶粒的平均直径设为1μm～3μm的热处理工序以及对上述热处理的线材进行加工温度150℃以下、加工度50％以上的拉丝加工而制成拉伸强度为1500N/mm2以上的钢线的第二拉丝加工工序的不锈钢线的制造方法(参照文献6)”或“将规定的组成的钢线加热至70～400℃的温区域而实施合计面积减少率：40～95％的拉丝加工的不锈钢线的制造方法(参照文献7)”。
此外，作为加工和制造高强度的钢弹簧的技术，也有“将不锈钢线进行冷卷绕、低温退火后，进行利用喷丸硬化的表面活性化处理和气体氮化处理，其后，实施利用喷丸硬化的表层压缩应力赋予处理的高疲劳强度不锈钢弹簧的制造方法(参照文献8)”。
现有技术文献
专利文献
文献1：日本专利3975019号说明书
文献2：日本专利4080321号说明书
文献3：日本专利4245457号说明书
文献4：日本特开2007-224366号公报
文献6：日本特开2003-231919号公报
文献7：日本专利第4519513号说明书
文献8：日本特开8-281363号公报
发明内容
然而，使用这些提高了强度的不锈钢线的钢弹簧也如同使用SUS631J1WPC的钢弹簧，其疲劳强度赶不上使用SWOSC-V的钢弹簧。因此，现状是不锈钢线的钢弹簧的使用在柴油机或燃料喷射泵等的轻量化和小型化方面有局限性。
因此，本发明的课题在于提供一种耐腐蚀性以及疲劳强度优异的不锈钢弹簧以及不锈钢弹簧的制造方法。
上述课题通过以下方法解决。
＜1＞
一种不锈钢弹簧，其经过如下工序而得到：
对以质量％计含有C：0.08％以下、Si：0.3％～2.0％、Mn：3.0％以下、Ni：8.0％～10.5％、Cr：16.0％～22.0％、Mo：0.5％～3.0％、N：0.15％～0.23％，且剩余部分由Fe和杂质构成的钢线，以满足下述式(1)的加工度ε实施拉丝加工的工序；
将实施了上述拉丝加工的钢线成型，得到线圈状的钢线的工序；
对上述线圈状的钢线在温度500℃～600℃和时间20分钟～40分钟的条件下实施热处理的工序；
对实施了上述热处理的线圈状的钢线实施氮化处理，在上述线圈状的钢线的表面形成厚度40μm～60μm的氮化层的工序；
对实施了上述氮化处理的线圈状的钢线实施喷丸硬化处理的工序；以及
对实施了上述喷丸硬化处理的线圈状的钢线实施热处理的工序；
式(1)：
-0.79×Ln(d1)+2.36≤ε≤-0.79×Ln(d1)+2.66
式(1)中，ε表示加工度＝Ln(d)×2。Ln表示自然对数。d表示d0/d1。d0表示拉丝处理前的钢线的线直径。d1表示拉丝处理后的钢线的线直径。
＜2＞
如＜1＞所述的不锈钢弹簧，其中，上述喷丸硬化处理为多阶段的喷丸硬化处理。
＜3＞
如＜1＞或＜2＞所述的不锈钢弹簧，其中，上述式(1)中的d1为2.00mm～5.00mm。
＜4＞
一种不锈钢弹簧的制造方法，其具有如下工序：
对以质量％计含有C：0.08％以下、Si：0.3％～2.0％、Mn：3.0％以下、Ni：8.0％～10.5％、Cr：16.0％～22.0％、Mo：0.5％～3.0％、N：0.15％～0.23％，且剩余部分由Fe和杂质构成的钢线，以满足下述式(1)的加工度ε实施拉丝加工的工序；
将实施了上述拉丝加工的钢线成型，得到线圈状的钢线的工序；
对上述线圈状的钢线在温度500℃～600℃和时间20分钟～40分钟的条件下实施热处理的工序；
对实施了上述热处理的线圈状的钢线实施氮化处理，在上述线圈状的钢线的表面形成厚度40μm～60μm的氮化层的工序；
对实施了上述氮化处理的线圈状的钢线实施喷丸硬化处理的工序；以及
对实施了上述喷丸硬化处理的线圈状的钢线实施热处理的工序；
式(1)：
-0.79×Ln(d1)+2.36≤ε≤-0.79×Ln(d1)+2.66
式(1)中，ε表示加工度＝Ln(d)×2。Ln表示自然对数。d表示d0/d1。d0表示拉丝处理前的钢线的线直径。d1表示拉丝处理后的钢线的线直径。
＜5＞
如＜4＞所述的不锈钢弹簧的制造方法，其中，上述喷丸硬化处理为多阶段的喷丸硬化处理。
＜6＞
如＜4＞或＜5＞所述的不锈钢弹簧的制造方法，其中，上述式(1)中的d1为2.00mm～5.00mm。
根据本发明，可以提供一种耐腐蚀性以及疲劳强度优异的不锈钢弹簧以及不锈钢弹簧的制造方法。
附图说明
图1是表示实施例1的重复次数(耐久次数)设为107次的疲劳试验的结果的图。
图2是表示实施例1的重复次数(耐久次数)设为108次的疲劳试验的结果的图。
图3是表示实施例1的温夹紧试验的结果的图。
图4是表示实施例1的热处理的温度与拉伸强度的关系的图。
图5是表示实施例2的疲劳试验的结果的图。
图6是表示实施例3的氮化层的厚度与表面硬度的关系的图。
图7是表示实施例4的疲劳试验的结果的图。
具体实施方式
以下，对本发明的不锈钢弹簧详细地进行说明。应予说明，本发明的不锈钢弹簧的详细的说明是基于不锈钢弹簧的制造方法进行说明的。
本发明的不锈钢弹簧(以下也称为“钢弹簧”)的制造方法具有如下工序：对钢线实施拉丝加工的工序(以下称为“拉丝加工工序”)；将实施了拉丝加工的钢线成型，得到线圈状的钢线的工序(以下称为“钢线成型工序”)；对线圈状的钢线实施热处理的工序(以下称为“第1热处理工序”)；对实施了热处理的线圈状的钢线实施氮化处理的工序(以下称为“氮化处理工序”)；对实施了氮化处理的线圈状的钢线实施喷丸硬化处理的工序(称为“喷丸硬化工序”)；以及对实施了喷丸硬化处理的线圈状的钢线实施热处理的工序(以下称为“第2热处理工序”)。
即，本发明的钢弹簧是经过这些工序而得到的。经过以下详述的各工序而得到的本发明的钢弹簧的耐腐蚀性以及疲劳强度优异。具体而言，例如，本发明的钢弹簧不仅耐腐蚀性，疲劳强度也与使用SWOSC-V的钢弹簧同等或其以上优异。
此外，本发明的钢弹簧具有优异的耐热变形特性，在相同的操作环境下与使用SWOSC-V的钢弹簧相比更能抑制负荷损失。
由此，本发明的钢弹簧具有耐腐蚀性，并且可实现轻量和小型化，可有助于柴油机或燃料喷射泵等的轻量化和小型化。
以下，对工序的详细内容进行说明。
(拉丝加工工序)
拉丝加工工序中，对以质量％计含有C：0.08％以下、Si：0.3％～2.0％、Mn：3.0％以下、Ni：8.0％～10.5％、Cr：16.0％～22.0％、Mo：0.5％～3.0％、N：0.15％～0.23％且剩余部分由Fe和杂质构成的钢线，以满足下述式(1)的加工度ε实施拉丝加工。
这里，实施拉丝加工的钢线是在SUS304的成分中添加Mo和N，，实现了固溶强化的不锈钢线。以下，对限定钢线的构成元素的选定和含量的理由进行阐述。
-C：0.08％以下-
C具有在晶格中侵入型固溶，导入形变而强化的效果。而且，C具有形成科特雷尔气氛，使金属组织中的转移固着，使强度提高的效果。另一方面，C具有与钢中的Cr等键合，形成碳化物的趋势。例如，若Cr碳化物存在于晶界，则奥氏体中的Cr的扩散速度低，因此具有在晶界周边产生Cr缺乏层，引起韧性和耐腐蚀性的下降的趋势。
因此，从抑制韧性和耐腐蚀性的下降的方面考虑，C的含量设为0.08质量％以下。此外，从抑制韧性和耐腐蚀性的下降，并且提高强度的方面出发，C的含量优选为0.04质量％～0.08质量％。
-Si：0.3％～2.0％-
Si具有提高固溶而降低层叠缺陷能量，使机械特性提高的效果。此外，Si作为熔解精炼时的脱氧剂也是有效的。在通常的奥氏体系不锈钢中，以0.6质量％～0.7质量％左右含有Si。另一方面，若大量地含有Si，则存在韧性变差的趋势。
因此，从抑制韧性的下降，以及得到由固溶强化所致的机械特性的方面出发，Si的含量设为0.3质量％～2.0质量％，更优选为0.9质量％～1.3质量％。
-Mn：3.0％以下-
Mn作为熔解精炼时的脱氧剂发挥功能。此外，Mn对奥氏体系不锈钢的γ相(奥氏体)的相稳定也有效，能够成为昂贵的Ni的代替元素。此外，Mn也具有提高奥氏体中的N的固溶极限的效果。另一方面，若大量地含有Mn，则存在对高温下的耐氧化性造成不良影响的趋势。
因此，从耐氧化性的方面出发，Mn的含量设为3.0质量％以下。此外，在γ相(奥氏体)的相稳定性的基础上还从提高N的固溶极限，减少N的微气孔的方面出发，Mn的含量优选为0.5质量％～2.0质量％。
-Ni：8.0％～10.5％-
Ni对γ相(奥氏体)的稳定化有效。另一方面，若大量地含有Ni，则成为产生气孔的原因。
因此，从γ相(奥氏体)的稳定化、抑制气孔以及抑制成本上升的方面出发，Ni的含量设为8.0质量％～10.5质量％。此外，从相同的方面出发，Ni的含量更优选为8.0质量％～10.0质量％。
另外，Ni的含量为10.5质量％以下时，尤其是在熔解铸造工序中能够使N容易地固溶，因此通过含有N来极力减少作为昂贵的元素的Ni的使用量在成本方面具有显著优点。
-Cr：16.0％～22.0％-
Cr是奥氏体系不锈钢的主要的构成元素，是为了得到耐热特性和耐氧化性而有效的元素。另一方面，若大量地含有Cr，则存在韧性变差的趋势。
因此，从γ相(奥氏体)的相稳定性、耐热特性、耐氧化性和韧性的方面出发，Cr的含量设为16.0质量％～22.0质量％。更优选为18.0质量％～20.0质量％。
-Mo：0.5％～3.0％-
Mo在γ相(奥氏体)中进行取代型固溶，显著有助于提高强度和确保耐腐蚀性。而且，Mo与N形成簇，从而可得到高的强度上升。另一方面，若大量地含有Mo，则存在产生加工性的劣化的趋势，原料成本也上升。
因此，从强度的提高、加工性和原料成本的方面出发，Mo的含量设为0.5质量％～3.0质量％。更优选为0.5质量％～1.0质量％。
-N：0.15％～0.23％-
N与C同样是侵入型固溶强化元素，也是科特雷尔气氛形成元素。此外，具有通过与钢中的Cr、Mo形成簇而提高强度的效果。由该簇所致的强度提高效果是根据时效而得到的。另一方面，若大量地含有N，则成为熔解或铸造时产生气孔的主要原因。该现象虽然能够通过添加Cr、Mn等与N的亲和力高的元素来提高固溶极限而在某种程度上进行抑制，但过度地添加的情况下，在熔解时需要控制温度等气氛，有可能导致成本增加。
因此，从由N的含有所致的奥氏体相的稳定性、由簇的形成所致的强度上升、气孔的减少以及熔解铸造的难易度的方面出发，N的含量设为0.15质量％～0.23质量％。更优选为0.19质量％～0.22质量％。
-杂质-
杂质是除了Fe和上述成分元素以外，意外地在钢线的原料中含有的元素和意外地在钢线的制造工序中混入的元素。
另外，若将由以上元素构成的钢熔炼，则钢的金属组织大部分成为奥氏体单相，在钢线的表面形成主要以Cr氧化物为主成分的钝化膜。该钝化膜非常薄且均匀，且具有致密的结构，因此在发挥钢线的耐腐蚀性的方面具有非常大的作用。此外，该钝化膜在发挥钢线的美观性(金属光泽)的方面也具有非常大的作用。
接着，对拉丝加工详细地进行说明。
拉丝加工对上述特定的组成的钢线以满足下述式(1)的加工度ε进行实施。若以加工度ε满足下述式(1)的方式对上述特定的组成的钢线实施拉丝加工，则钢弹簧的疲劳强度提高。
式(1)：
-0.79×Ln(d1)+2.36≤ε≤-0.79×Ln(d1)+2.66
式(1)中，ε表示加工度＝Ln(d)×2。Ln表示自然对数。d表示d0/d1。d0表示拉丝处理前的钢线的线直径。d1表示拉丝处理后的钢线的线直径。
式(1)中，从提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，d1优选为2.00mm～5.00mm的范围。
另外，线直径d0和线直径d1是指钢线的直径。钢线为正圆以外的形状时，线直径d0和线直径d1是指最大直径与最小直径的平均值。
拉丝加工例如也可以是在常温下进行的冷拉丝加工。拉丝加工例如也可以是利用辊或模具等的拉丝加工方法，从精度的方面出发，可以使用利用模具的拉丝加工方法。
另外，若为满足下述式(1)的加工度ε，则拉丝加工可以进行1次，也可以进行多次。
(钢线成型工序)
钢线成型工序是将实施了拉丝加工的钢线成型，得到线圈状的钢线的工序。钢线成型例如可以是在常温下进行的冷成型。钢线成型例如可利用使用弹簧成型机(卷取机)的方法、使用芯棒的方法等。
(第1热处理工序)
第1热处理工序是对线圈状的钢线在温度500℃～600℃和时间20分钟～40分钟的条件下实施热处理的工序。通过第1热处理工序，进行加工形变的除去和时效硬化，提高钢线的拉伸强度，提高钢弹簧的疲劳强度。
第1热处理工序中，热处理的温度从实现充分的加工形变的除去和充分的时效硬化、提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，设为500℃～600℃的范围，优选为530℃～570℃的范围。
热处理的时间从实现充分的加工形变的除去和充分的时效硬化、提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，设为20分钟～40分钟的范围，优选为30分钟～40分钟的范围。
另外，第1热处理工序中，在热处理后，例如，将线圈状的钢线自然冷却。
这里，在第1热处理工序后且氮化处理工序前，也可以根据需要实施座研磨工序。座研磨工序是将线圈状的钢线(弹簧)的两端面以相对于线圈状的钢线(弹簧)的轴芯成为直角的平面的方式研削的工序。
(氮化处理工序)
氮化处理工序是对实施了第1热处理的线圈状的钢线实施氮化处理，在线圈状的钢线的表面形成厚度40μm～60μm的氮化层的工序。通过该氮化处理工序，钢弹簧的疲劳强度提高。此外，钢弹簧的耐腐蚀性也提高。
氮化处理工序中，氮化层的厚度从提高钢弹簧的耐腐蚀性和疲劳强度的方面出发，设为40μm～60μm的范围，从提高钢弹簧的耐腐蚀性的方面出发，优选为45μm～55μm。
另外，氮化层的厚度通过接下来所示的方法进行测定。在线圈纵断面方向以水冷式精密切割器切断，埋入至研磨树脂，进行镜面研磨，并且使用电子探针显微分析仪进行EPMA(Electron Probe Microanalyzer)分析。以根据利用标准样品的校准曲线的线分析来测定氮的扩散层的深度。
氮化处理工序例如在氨等含氮气体气氛下在温度400℃～500℃、时间30分钟～120分钟的条件下实施。
(喷丸硬化工序)
喷丸硬化工序是对实施了氮化处理的线圈状的钢线实施喷丸硬化处理的工序。通过喷丸硬化工序，对钢线的表面赋予压缩残留应力，钢弹簧的疲劳强度提高。
喷丸硬化工序例如通过将切断丝、钢球等金属粒(喷丸)投射，使金属粒在线圈状的钢线的表面冲突而实施。以金属粒(喷丸)的球当量直径或投射速度、投射时间以及多阶段的投射方式来调整利用喷丸硬化工序的压缩残留应力的赋予。
喷丸硬化工序中，从对钢线的表面赋予压缩残留应力、提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，可以实施多阶段(优选为2阶段～3阶段，更优选为3阶段)的喷丸硬化处理。
从提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，多阶段的喷丸硬化处理可以以与先前的阶段的喷丸硬化处理相比，后阶段的喷丸硬化处理的弧高值变小的方式实施。
另外，弧高值是指将成型为规定的形状的由特殊带钢构成的试验片作为试验片实施喷丸硬化处理时，对该试验片的翘曲量(单位mm)进行测定而得的值。弧高值的测定基于由社团法人日本弹簧工业界发行的“喷丸硬化作业基准”，使用A片进行。
在实施多阶段的喷丸硬化处理时，也可以在各阶段的喷丸硬化处理后进行热处理。
(第2热处理工序)
第2热处理工序是对实施了喷丸硬化处理的线圈状的钢线实施热处理的工序。通过第2热处理工序，除去根据喷丸硬化处理的微细的加工形变，提高钢弹簧的疲劳强度。
第2热处理工序中，热处理的温度从实现充分的加工形变的除去、提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，优选为200℃～250℃的范围。
热处理的时间从实现充分的加工形变的除去、提高钢弹簧的疲劳强度的方面出发，优选为10分钟～20分钟的范围。
另外，第2热处理工序中，在热处理后，例如，将线圈状的钢线自然冷却。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明不限于这些实施例。
(实施例1)
对经过熔解铸造、锻造以及热轧、拉丝、热处理而得到的线直径为7.0mm的表1所示的组成的钢线No1进行接下来的处理而制作钢弹簧No1。
表1
首先，对钢线以加工度ε＝1.7实施利用模具的拉丝加工，得到线直径3.00mm的钢线。
接着，利用卷取机将实施了拉丝加工的钢线进行冷成型，得到线圈状的钢线。
接着，对线圈状的钢线在温度550℃实施30分钟的热处理。其后，在大气中缓慢冷却。然后，将线圈状的钢线(弹簧)的两端面以相对于线圈状的钢线(弹簧)的轴芯成为直角的平面的方式研削。
接着，对实施了热处理的线圈状的钢线在氨气气氛下在温度450℃、时间90分钟的条件下实施氮化处理，在线圈状的钢线的表面形成厚度45μm的氮化层。
接着，对实施了氮化处理的线圈状的钢线实施表2所示的条件的3阶段的喷丸硬化处理。
表2
喷丸硬化处理 第一阶段 第二阶段 第三阶段
弧高值(mmA) 0.5 0.4 0.15
覆盖率(％) 100 100 100
喷丸形状 切丝 切丝 切丝
喷丸的球当量直径(mm) 0.7 0.3 0.1
处理时间(分钟) 30 30 30
接着，对实施了喷丸硬化处理的线圈状的钢线以温度230℃、时间10分钟实施热处理。
经过以上工序得到表3所示的弹簧各要素的钢弹簧(1-1)。
表3
-疲劳试验-
对所得的钢弹簧(1-1)实施利用疲劳试验机的疲劳试验。疲劳试验是将试验数设为8个，将平均应力τm恒定为686MPa，改变应力振幅τa而实施。另外，将重复次数(耐久次数)设为107次。然后，对同样地以SWOSC-V制作的、弹簧各要素与钢弹簧(1-1)相同的钢弹簧也实施疲劳试验。将其结果示于图1。应予说明，图1中，钢弹簧(1-1)标记为“本发明”，以SWOSC-V制作的钢弹簧标记为“SWOSC-V”。
由图1所示的疲劳试验的结果可知，钢弹簧(1-1)[本发明]在直至重复次数(耐久次数)为107次为止未折损时的疲劳极限(应力振幅τa)为530MPa。即，重复次数(耐久次数)107次的未折损应力振幅为686±530MPa。并且，钢弹簧(1-1)[本发明]中，重复次数(耐久次数)107次的未折损应力振幅与以SWOSC-V制作的钢弹簧[比较例]为相同程度或在其以上。
此外，对于所得的钢弹簧(1-1)，除了将重复次数(耐久次数)设为108次以外，以相同的条件进行疲劳试验。将其结果示于图2。应予说明，图2中，钢弹簧(1-1)标记为“本发明”。
由图2所示的疲劳试验的结果可知，钢弹簧(1-1)[本发明]在直至重复次数(耐久次数)为5×107次为止未折损时的疲劳极限(应力振幅τa)为450MPa。
由以上情况可知，本发明的钢弹簧具有重复次数107次的未折损应力振幅＝686±530MPa以上的疲劳强度，且具有与以SWOSC-V制作的钢弹簧[比较例]为相同程度或在其以上的疲劳强度。
-夹紧试验-
对所得的钢弹簧(1-1)实施温夹紧试验，测定试验后的残余剪切应变(负荷损失)。夹紧试验是以120℃、48小时的条件，在各试验中使夹紧应力(最大剪切应力)在895MPa～925MPa之间变动而实施。此外，同样地，对以SWOSC-V制作的钢弹簧也实施温夹紧试验，测定试验后的残余剪切应变γ。将其结果示于图3。应予说明，图3中，钢弹簧(1-1)标记为“本发明”，以SWOSC-V制作的钢弹簧标记为“SWOSC-V”。
由图3的结果可知，钢弹簧(1-1)[本发明]的残余剪切应变γ(变形量)为以SWOSC-V制作的钢弹簧[比较例]的约1/2，具有优异的耐热变形性能。
由以上情况可知，本发明的钢弹簧具有优异的耐热变形性能，在相同的工作环境下与以SWOSC-V制作的钢弹簧[比较例]相比负荷损失被抑制。
-拉伸强度测定-
对于成型前的钢线，将热处理的时间恒定为30分钟，变更为表4所示的温度(回火温度)而实施热处理，得到热处理钢线(1-1)～(1-6)。然后，对所得的热处理钢线(1-1)～(1-6)测定拉伸强度。对热处理前的钢线也测定拉伸强度。拉伸强度的测定中使用的试验片为JIS Z2201所规定的9A号试验片，试验方法根据JIS Z 2241。其中，试验温度以20±5℃为标准，拉伸速度(平均应力增加率)设为70N/mm2·s以下而测定。将其结果示于表4和图4。
表4
热处理温度 拉伸强度 备注
热处理前的钢线 ０℃ 1，717MPa 参考例
热处理的钢线(1-1) 350℃ 1，805MPa 比较例
热处理的钢线(1-2) 400℃ 1，828MPa 比较例
热处理的钢线(1-3) 450℃ 1，827MPa 比较例
热处理的钢线(1-4) 500℃ 1，838MPa 本发明
热处理的钢线(1-5) 550℃ 1，875MPa 本发明
热处理的钢线(1-6) 600℃ 1，835MPa 本发明
由表4和图4的结果可知，热处理的时间为30分钟、热处理的温度为500℃～600℃的热处理钢线(1-4)～(1-6)与热处理的温度为450℃以下的钢线(1-1)～(1-3)相比，与疲劳强度具有相关关系的拉伸强度提高。由此，可知使用热处理钢线(1-4)～(1-6)的钢弹簧的疲劳强度提高。
由以上情况可知，本发明的钢弹簧相对于氮化处理前的线圈状的钢线，通过在温度500℃～600℃和时间20分钟～40分钟的条件下实施热处理，疲劳强度变优异。
(实施例2)
除了以表5所示的加工度ε实施拉丝加工以外，与实施例1的钢弹簧(1-1)同样地制作钢弹簧(2-1)～(2-6)。
对制作的钢弹簧(2-1)～(2-4)实施利用疲劳试验机的疲劳试验。疲劳试验是将试验数设为8个，将试验应力设为686±560MPa(平均应力＝686MPa，应力振幅＝560MPa)而实施。另外，将重复次数(耐久次数)设为107次。将其结果示于图5。
对制作的钢弹簧(2-5)～(2～6)也实施利用疲劳试验机的同样的疲劳试验。将钢弹簧(2-1)～(2-4)以及钢弹簧(2-5)～(2～6)的直至折损为止的耐久次数(重复次数)的结果示于表5。
由图5和表5的结果可知，以满足式(1)的加工度ε实施拉丝加工而将拉丝加工后的钢线的线直径设为3.00mm的钢弹簧(2-2)、(2-3)[本发明]与以不满足式(1)的加工度ε实施拉丝加工的钢弹簧(2-1)、(2-4)[比较例]相比，直至折损为止的耐久次数(重复次数)变高。
此外，可知以满足式(1)的加工度ε实施拉丝加工而将拉丝加工后的钢线的线直径设为4.50mm的钢弹簧(2-5)[本发明]与以不满足式(1)的加工度ε实施拉丝加工的钢弹簧(2-6)[比较例]相比，直至折损为止的耐久次数(重复次数)也变高。
由以上情况可知，本发明的钢弹簧通过以满足式(1)的加工度ε实施拉丝加工而使疲劳强度变优异。
(实施例3)
变更氮化处理的条件，形成表6所示的厚度的氮化层，除此以外，与实施例1的钢弹簧(1-1)同样地制作钢弹簧(3-1)～(3-6)。其中，钢弹簧(3-1)是不实施氮化处理而制作的。
对制作的钢弹簧(3-1)～(3-6)测定表面硬度Hv(维氏硬度Hv)。表面硬度Hv使用显微维氏硬度计进行测定。将其结果示于表6和图6。
此外，对制作的钢弹簧(3-1)～(3-6)进行盐水喷射试验。盐水喷射试验中，喷射浓度5质量％的盐水，调查500小时的产生锈状况。将其结果示于表6。
表6
由表6和图6的结果可知，氮化层的厚度为40μm以上的钢弹簧(3-3)～(3-6)的表面硬度上升。此外，可知氮化层的厚度小于40μm的钢弹簧(3-1)～(3-2)中未观察到表面硬度的上升。
另一方面，可知氮化层的厚度大于60μm的钢弹簧(3-6)整个产生锈，耐腐蚀性差。
由以上情况可知，本发明的钢弹簧通过具有厚度40μm～60μm的氮化层，耐腐蚀性优异且疲劳强度也优异。
(实施例4)
不实施氮化处理，在实施例1中示出的喷丸第1阶段和第2阶段的喷丸硬化处理条件下实施2阶段的喷丸硬化处理，除此以外，与实施例1的钢弹簧(1-1)同样地制作钢弹簧(4-1)。
此外，在实施例1中示出的喷丸第1阶段和第2阶段的喷丸硬化处理条件下实施2阶段的喷丸硬化处理，除此以外，与实施例1的钢弹簧(1-1)同样地制作钢弹簧(4-2)。
将制作的钢弹簧(4-1)～(4-2)与实施例1的钢弹簧(1-1)一起实施利用疲劳试验机的疲劳试验。疲劳试验是将试验数设为8个，将试验应力设为686±590MPa(平均应力＝686MPa，应力振幅＝590MPa)而实施。另外，将重复次数(耐久次数)设为107次。将其结果示于图7。
由图7的结果可知，在实施氮化处理后实施2阶段的喷丸硬化处理的钢弹簧(4-2)[本发明]与不实施氮化处理而实施2阶段的喷丸硬化处理的钢弹簧(4-1)[比较例]相比，直至折损为止的耐久次数(重复次数)变高。
进而，可知在实施氮化处理后实施3阶段的喷丸硬化处理的钢弹簧(1-1)[本发明]与在实施氮化处理后实施2阶段的喷丸硬化处理的钢弹簧(4-2)[本发明]相比，直至折损为止的耐久次数(重复次数)变高。
由以上情况可知，本发明的钢弹簧通过在实施氮化处理后实施喷丸硬化处理(即，通过在形成氮化层后实施喷丸硬化处理)，疲劳强度变优异。
尤其是可知本发明的钢弹簧通过在实施氮化处理后实施多阶段的喷丸硬化处理，疲劳强度进一步提高。
另外，本说明书中将日本专利申请第2014-157899号的公开内容的整体通过参照引入。
对于本说明书中记载的全部的文献、专利申请以及技术标准，将各个文献、专利申请以及技术标准以与具体且分别记述的情况相同程度地通过参照引入本说明书中。

Claims (6)

1.一种不锈钢弹簧，其经过如下工序而得到：
对以质量％计含有C：0.08％以下、Si：0.3％～2.0％、Mn：3.0％以下、Ni：8.0％～10.5％、Cr：16.0％～22.0％、Mo：0.5％～3.0％、N：0.15％～0.23％且剩余部分由Fe和杂质构成的钢线，以满足下述式(1)的加工度ε实施拉丝加工的工序；
将实施了所述拉丝加工的钢线成型，得到线圈状的钢线的工序；
对所述线圈状的钢线以温度500℃～600℃和时间20分钟～40分钟的条件实施热处理的工序；
对实施了所述热处理的线圈状的钢线实施氮化处理，在所述线圈状的钢线的表面形成厚度40μm～60μm的氮化层的工序；
对实施了所述氮化处理的线圈状的钢线实施喷丸硬化处理的工序；以及
对实施了所述喷丸硬化处理的线圈状的钢线实施热处理的工序，
其中，式(1)：
-0.79×Ln(d1)+2.36≤ε≤-0.79×Ln(d1)+2.66，
式(1)中，ε表示加工度＝Ln(d)×2，Ln表示自然对数，d表示d0/d1，d0表示拉丝处理前的钢线的线直径，d1表示拉丝处理后的钢线的线直径。
2.如权利要求1所述的不锈钢弹簧，其中，所述喷丸硬化处理为多阶段的喷丸硬化处理。
3.如权利要求1或2所述的不锈钢弹簧，其中，所述式(1)中的d1为2.00mm～5.00mm。
4.一种不锈钢弹簧的制造方法，其具有如下工序：
对以质量％计含有C：0.08％以下、Si：0.3％～2.0％、Mn：3.0％以下、Ni：8.0％～10.5％、Cr：16.0％～22.0％、Mo：0.5％～3.0％、N：0.15％～0.23％且剩余部分由Fe和杂质构成的钢线，以满足下述式(1)的加工度ε实施拉丝加工的工序；
将实施了所述拉丝加工的钢线成型，得到线圈状的钢线的工序；
对所述线圈状的钢线以温度500℃～600℃和时间20分钟～40分钟的条件实施热处理的工序；
对实施了所述热处理的线圈状的钢线实施氮化处理，在所述线圈状的钢线的表面形成厚度40μm～60μm的氮化层的工序；
对实施了所述氮化处理的线圈状的钢线实施喷丸硬化处理的工序；以及
对实施了所述喷丸硬化处理的线圈状的钢线实施热处理的工序，
其中，式(1)：
-0.79×Ln(d1)+2.36≤ε≤-0.79×Ln(d1)+2.66
式(1)中，ε表示加工度＝Ln(d)×2，Ln表示自然对数，d表示d0/d1，d0表示拉丝处理前的钢线的线直径，d1表示拉丝处理后的钢线的线直径。
5.如权利要求4所述的不锈钢弹簧的制造方法，其中，所述喷丸硬化处理为多阶段的喷丸硬化处理。
6.如权利要求4或5所述的不锈钢弹簧的制造方法，其中，所述式(1)中的d1为2.00mm～5.00mm。
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