CN110719967A - 弹簧钢用轧制线材 - Google Patents

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Abstract

该弹簧钢用轧制线材的化学成分以质量％计含有C：0.42～0.60％、Si：0.90～3.00％、Mn：0.10～1.50％、Cr：0.10～1.50％、B：0.0010～0.0060％、N：0.0010～0.0070％、Mo：0～1.00％、V：0～1.00％、Ni：0～1.00％、Cu：0～0.50％、Al：0～0.100％、Ti：0～0.100％、Nb：0～0.100％，P限制为低于0.020％、S限制为低于0.020％，剩余部分包含Fe及杂质，其中，碳当量(Ceq)为0.75～1.00％，金属组织包含以面积分率计为90％以上的回火马氏体及贝氏体，抗拉强度为1350MPa以下，并且断面收缩率值为40％以上。

Description

弹簧钢用轧制线材
技术领域
本发明涉及弹簧钢用轧制线材。
本申请基于2017年06月15日在日本申请的特愿2017-118110号而主张优先权，将其内容援引于此。
背景技术
伴随着汽车的高性能化、轻量化，汽车部件中使用的弹簧也正在被高强度化。为了弹簧的高强度化，在热处理后抗拉强度超过1800MPa那样的高强度钢已经被供于弹簧的制造。近年来，抗拉强度超过2000MPa的钢也开始作为弹簧材料被使用。
另一方面，对于汽车的悬挂弹簧，不仅要求高强度，而且还要求用于在因路面的凹凸等而引起的冲击载荷下也不会破损的高韧性。
近年来，伴随着对于弹簧的进一步的高强度化的要求，提出了谋求兼顾强度与韧性的方法。
例如在专利文献1中示出了一种方法，其通过将合金元素的添加量进行优化、并控制淬火回火后的碳化物析出，从而兼顾高强度和高韧性。然而，对于钢材的化学成分及淬火回火工序以外的内容没有特别提及，对于淬火回火的前工序即线材轧制工序和轧制线材的显微组织对淬火回火后的材质造成的影响没有提及。
另外，在专利文献2中，对于轧制前的组织有所提及，示出了通过将铁素体及珠光体作为主体、并减少马氏体及贝氏体，使得轧制线材的拉丝加工性提高，淬火回火后的耐氢脆性改善。然而，对于强度和韧性等机械特性与轧制线材的显微组织的关系没有提及。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3577411号公报
专利文献2：日本特开2015-143391号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题是提供适于在淬火回火等热处理后具有2000MPa以上的抗拉强度并且高韧性的弹簧钢的弹簧钢用轧制线材。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们进行了研究，结果发现：通过不仅控制化学成分，而且还控制轧制线材的组织，从而通过之后的淬火回火热处理可得到高强度且高韧性的弹簧钢。本发明以下面所示的钢作为主旨。
(1)根据本发明的一方案的弹簧钢用轧制线材，其化学成分以质量％计含有C：0.42～0.60％、Si：0.90～3.00％、Mn：0.10～1.50％、Cr：0.10～1.50％、B：0.0010～0.0060％、N：0.0010～0.0070％、Mo：0～1.00％、V：0～1.00％、Ni：0～1.00％、Cu：0～0.50％、Al：0～0.100％、Ti：0～0.100％、Nb：0～0.100％，P限制为低于0.020％、S限制为低于0.020％，剩余部分包含Fe及杂质，其中，由下述式(1)规定的碳当量(Ceq)为0.75～1.00％，金属组织包含以面积分率计为90％以上的回火马氏体及贝氏体，抗拉强度为1350MPa以下，并且断面收缩率值为40％以上。
Ceq＝[C％]+「Si％」/24+[Mn％]/6+[Cr％]/5+[Mo％]/4+[V％]/14+「Ni％」/40 (1)
(2)根据上述(1)所述的弹簧钢用轧制线材，其上述化学成分也可以进一步以质量％计含有Mo：0.10～1.00％、V：0.05～1.00％、Ni：0.05～1.00％、Cu：0.05～0.50％、Al：0.005～0.100％、Ti：0.005～0.100％、Nb：0.005～0.100％中的1种或2种以上。
发明效果
根据本发明的上述方案的弹簧钢用轧制线材，通过进行淬火回火等热处理，能够得到显示2000MPa以上的抗拉强度、并且显示高韧性的弹簧钢。即，本发明的上述方案的弹簧钢用轧制线材可以作为高强度且高韧性的弹簧钢的原材料适宜地使用。特别是可以作为悬挂弹簧等弹簧钢的原材料适宜地使用。
附图说明
图1A是表示本实施方式的弹簧钢用轧制线材的组织的一个例子的组织照片(倍率为400倍)。
图1B是表示本实施方式的弹簧钢用轧制线材的组织的一个例子的组织照片(倍率为1000倍)。
图2A是表示以往的弹簧钢用轧制线材的组织的一个例子的组织照片(倍率为400倍)。
图2B是表示以往的弹簧钢用轧制线材的组织的一个例子的组织照片(倍率为1000倍)。
具体实施方式
本发明的发明者们对用于得到即使淬火回火后的抗拉强度为2000MPa以上的高强度但也具有充分的韧性的弹簧钢的原材料即弹簧钢用轧制线材进行了研究。
其结果是，本发明的发明者们发现了：为了得到在淬火回火后兼顾高强度和高韧性的弹簧钢，控制淬火回火前的弹簧钢用轧制线材的显微组织是有效的。
一般来说，弹簧钢(悬挂弹簧钢)是通过对轧制线材进行拉丝处理、在提高圆度且调整为所期望的线径后、进行淬火回火处理，从而调整为所期望的强度。因此，轧制线材一般被调整为拉丝处理性优异的包含软质的珠光体或铁素体及珠光体的复相组织。如果在轧制线材中软质的铁素体及珠光体与硬质的贝氏体及马氏体混合存在，则由于软质相、硬质相各自的变形行为不同，在拉丝时有可能断线，因此以往是按照在轧制线材的组织中不使贝氏体及马氏体混合存在的方式进行了控制。
另一方面，近年来，要求提高对轧制线材进行淬火回火而得到的悬挂弹簧钢的抗拉强度。为了提高淬火回火后的抗拉强度，考虑添加提高淬透性的Cr或Mo、V等合金元素。然而，如果淬透性变高，则在轧制后的冷却中变得容易生成贝氏体及马氏体，在轧制线材中软质的铁素体及珠光体与硬质的贝氏体及马氏体变得容易混合存在。因此，以往是采用下述方法：通过降低轧制后的冷却速度、调整合金成分，从而抑制在轧制线材的组织中混合存在贝氏体及马氏体。
与此相对，就本发明而言，其特征在于，通过进行将热轧后的线材直接投入冷却水槽中的在线淬火，从而制成包含贝氏体及马氏体作为主相的组织，之后进行软化退火来确保拉丝加工性。需要说明的是，通过在线淬火而生成的马氏体通过经由软化退火而变成回火马氏体。因此，本发明的弹簧钢用轧制线材成为具有包含90％以上的贝氏体及回火马氏体的组织的线材。
如上所述，以往认为：在轧制线材的组织中混合存在贝氏体及马氏体是不优选的。然而，本发明的发明者们新发现了：即使轧制后的组织为包含贝氏体及马氏体作为主相的组织，但通过软化退火而使其具有一定以下的抗拉强度和一定以上的断面收缩率值，由此也能够确保与组织为珠光体的情况同等的拉丝加工性。另外，还发现了：如果由于轧制后的冷却速度不足、因钢材的化学成分的影响而使淬透性不足从而导致与贝氏体及马氏体同时混合存在一定以上的铁素体、珠光体，则拉丝加工性降低。
进而，本发明的发明者们进行了研究，结果获知：通过将轧制后的组织制成贝氏体及马氏体主相、并通过退火而将贝氏体及回火马氏体作为主相，从而与以往的珠光体相比，能够将钢材中的碳化物均匀微细地分散。通过将轧制线材的组织制成这样的组织，从而对于弹簧钢用轧制线材进行的淬火回火处理时的碳化物的固溶变得容易。其结果是，能够谋求由淬火温度的降低带来的原奥氏体粒度的微细化，并且还能够抑制淬火后的未溶解碳化物的残存。即，本发明的发明者们发现了：对于轧制线材，通过将轧制后的组织制成贝氏体及马氏体主相、并通过退火而将贝氏体及回火马氏体作为主相，从而淬火回火后的韧性也提高。
这样一来，本发明的发明者们发现了：通过将轧制后的组织制成主要为贝氏体及马氏体，之后进行软化退火，从而变得能够确保为了制造弹簧钢而进行的后工序(拉丝处理)中的拉丝加工性，并且谋求淬火回火后的机械特性的改善(高强度化及高韧性化)。
以下，对基于该发现的本发明的一个实施方式的弹簧钢用轧制线材(本实施方式的弹簧钢用轧制线材)进行说明。
对于本实施方式的弹簧钢用轧制线材的化学成分的限定理由进行说明。
[C：0.42～0.60％]
C是对钢的强度造成较大影响的元素。为了对淬火回火后的钢赋予充分的强度，将C含量设定为0.42％以上。C含量优选为0.43％以上，更优选为0.45％以上。
另一方面，如果C含量过量，则在淬火回火后的钢中未相变奥氏体(残留奥氏体)增加，由含有C带来的强度上升效果减少。另外，韧性显著降低。因此，将C含量设定为0.60％以下。C含量优选为0.58％以下。
[Si：0.90～3.00％]
Si是使由弹簧钢用轧制线材制造的弹簧钢的强度上升的元素，特别是抑制在淬火后进行的回火时的软化。进而，Si是提高对于弹簧的使用中的形状变化即弹力减弱的耐受性(耐弹力减弱特性)的元素。为了得到这样的效果，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，将Si含量设定为0.90％以上。Si含量优选为1.20％以上，更优选为1.40％以上。
另一方面，如果Si含量过量，则钢显著脆化。因此，将Si含量设定为3.00％以下。Si含量优选为2.50％以下。
[Mn：0.10～1.50％]
Mn是提高钢的淬透性的元素，是为了在热轧后的直接淬火时得到贝氏体及马氏体所需要的元素。为了得到这样的效果，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，将Mn含量设定为0.10％以上。Mn含量优选为0.30％以上。
另一方面，如果Mn含量过量，则在淬火回火后软质的残留奥氏体增加而抗拉强度降低。在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，为了抑制残留奥氏体的生成，将Mn含量设定为1.50％以下。Mn含量优选为1.00％以下，进一步优选为0.70％以下。
[Cr：0.10～1.50％]
Cr是为了提高钢的淬透性、并且在热轧后的直接淬火时得到贝氏体及马氏体所需要的元素。另外，Cr是为了控制碳化物的析出状态、确保淬火回火后的钢的强度所需要的元素。为了得到这样的效果，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，将Cr含量设定为0.10％以上。Cr含量优选为0.30％以上，更优选为0.50％以上。
另一方面，如果Cr含量过量，则在淬火回火后软质的残留奥氏体增加而抗拉强度降低，并且钢材脆化。因此，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，将Cr含量设定为1.50％以下。Cr含量优选为1.00％以下。
[B：0.0010～0.0060％]
B是为了提高钢的淬透性、并且在热轧后的直接淬火时得到贝氏体及马氏体所需要的元素。进而，B是通过在容易成为断裂的起点的原奥氏体晶界处优先偏析来抑制P及S等向晶界的偏析、其结果是有助于晶界强度的上升及韧性的提高的元素。为了得到这些效果，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，将B含量设定为0.0010％以上。B含量优选为0.0020％以上。
另一方面，即使过量地含有B，不仅这些效果饱和，而且也有可能在晶界处析出Fe23(CB)6等而使钢的韧性降低。因此，将B含量设定为0.0060％以下。B含量优选为0.0050％以下。
[N：0.0010～0.0070％]
N是在钢中生成各种氮化物的元素。在高温下也稳定的氮化物粒子有助于由奥氏体晶粒生长的钉扎效果带来的原奥氏体粒的微细化。本实施方式的弹簧钢用轧制线材中，将N含量设定为0.0010％以上。N含量优选为0.0020％以上。
另一方面，如果N含量过量，则形成成为断裂的起点的粗大的氮化物，韧性及疲劳特性降低。此外，在N含量过量的情况下，N与B连结而生成BN，使固溶B量减少。如果固溶B量减少，则有可能损害上述的由B带来的淬透性的提高效果及晶界强度的提高效果。因此，将N含量设定为0.0070％以下。N含量优选为0.0060％以下。
[P：低于0.020％]
P是以杂质元素存在于钢中、使钢脆化的元素。特别是在原奥氏体晶界处偏析的P成为使晶界强度降低而引起钢材的脆化的原因。因此，P含量少为好。为了防止钢的脆化，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中将P含量限制为低于0.020％。P含量优选为0.015％以下。
[S：低于0.020％]
S是与P同样地以杂质元素存在于钢中、使钢脆化的元素。S通过含有Mn而能够以MnS的形式固定，但MnS如果粗大化则作为断裂起点起作用，使钢的断裂特性劣化。为了抑制这些不良影响，S含量优选较少，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中将S含量限制为低于0.020％。S含量优选为0.015％以下，更优选为0.010％以下。
本实施方式的弹簧钢用轧制线材以包含上述元素、剩余部分包含Fe及杂质作为基本。然而，也可以进一步含有Mo、V、Ni、Cu、Al、Ti及Nb中的1种或2种以上来代替Fe的一部分。其中，Mo、V、Ni、Cu、Al、Ti及Nb为任选元素，本实施方式的钢的化学成分也可以不含有这些元素。因此，Mo、V、Ni、Cu、Al、Ti及Nb各自的含量的下限为0％。
所谓杂质是指在工业上制造钢材时，从矿石或废料等那样的原料或从制造工序的各种环境中混入的成分，是在不对钢造成不良影响的范围内被允许的成分。
[Mo：0～1.00％]
Mo是为了提高钢的淬透性、并且在热轧后的直接淬火时得到贝氏体及马氏体而有效的元素。另外，是为了控制碳化物的析出状态、确保淬火回火后的钢的强度而有效的元素。为了得到这样的效果，也可以将Mo含量设定为0.10％以上。另一方面，在Mo含量超过1.00％的情况下，这些效果饱和。由于Mo为高价格元素，不优选含有必要以上的Mo，因此即使是在含有Mo的情况下，也将Mo含量设定为1.00％以下。Mo含量优选为0.60％以下。
[V：0～1.00％]
V是为了提高钢的淬透性、并且在热轧后的直接淬火时得到贝氏体及马氏体而有效的元素。另外，是为了控制碳化物的析出状态、确保淬火回火后的钢的强度而有效的元素。为了得到这样的效果，也可以将V含量设定为0.05％以上。另一方面，在V含量超过1.00％的情况下，生成粗大的未固溶析出物从而钢脆化。因此，即使是在含有V的情况下，也将V含量的上限设定为1.00％以下。V含量的优选的上限为0.50％以下。
[Ni：0～1.00％]
Ni是提高钢的淬透性的元素，还具有提高钢的耐蚀性的效果。为了得到这些效果，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中也可以将Ni含量设定为0.05％以上、更优选设定为0.10％以上。另一方面，如果Ni含量过量，则在淬火回火后软质的残留奥氏体增加从而抗拉强度降低。因此，即使是在含有Ni的情况下，也将Ni含量设定为1.00％以下。Ni含量的优选的上限为0.50％以下。
[Cu：0～0.50％]
Cu是提高钢的淬透性的元素，还具有提高钢的耐蚀性的效果。为了得到这些效果，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中也可以将Cu含量设定为0.05％以上、更优选设定为0.10％以上。另一方面，如果Cu含量过量，则钢的热延展性降低，有可能成为在热轧时产生开裂的原因。因此，即使是在含有Cu的情况下也将Cu含量设定为0.50％以下。Cu含量的优选的上限为0.30％以下。
[Al：0～0.100％]
Al是作为脱氧元素使用的元素，与钢中的N反应而形成AlN。由于该AlN会将热处理时的奥氏体晶粒的生长钉扎而抑制粗大化，因此Al是对于晶粒微细化有效的元素。另外，Al还具有通过将N固定而抑制BN的形成、使B的效果提高的效果。为了得到这些效果，也可以将Al含量设定为0.005％以上、更优选设定为0.010％以上。另一方面，如果Al含量过量，则生成粗大的AlN从而韧性降低。在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中将Al含量设定为0.100％以下。Al含量优选为0.050％以下，更优选为0.035％以下。
[Ti：0～0.100％]
Ti与钢中的N、C反应而形成TiN、TiC，将热处理时的奥氏体晶粒的生长钉扎而抑制粗大化。因此，Ti是对于晶粒微细化有效的元素。另外，Ti还具有通过将N固定而抑制BN的形成、使B的效果提高的效果。为了得到这些效果，也可以将Ti含量设定为0.005％以上、更优选设定为0.010％以上。另一方面，如果Ti含量过量则生成粗大的TiN从而韧性降低。因此，在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中即使是在含有Ti的情况下也将Ti含量设定为0.100％以下。Ti含量优选为0.070％以下。
[Nb：0～0.100％]
Nb是与钢中的N、C反应而形成Nb(CN)、将热处理时的奥氏体晶粒的生长钉扎而抑制粗大化、对于晶粒微细化有效的元素。另外，Nb还具有通过将N固定而抑制BN的形成、使B的效果提高的效果。为了得到这些效果，也可以将Nb含量设定为0.005％以上、更优选设定为0.010％以上。另一方面，如果Nb含量过量则产生粗大的Nb(CN)从而韧性降低。在本实施方式的弹簧钢用轧制线材中即使是在含有Nb的情况下也将Nb含量设定为0.100％以下。Nb含量优选为0.050％以下。
本实施方式的弹簧钢用轧制线材的特征在于，在热轧后的直接淬火时得到贝氏体及马氏体。因此，为了确保淬透性，将由以下的式(1)计算的Ceq(碳当量)设定为0.75％以上。Ceq的优选的下限为0.80％以上。另外，如果Ceq过高，则淬火时的烧裂、残留奥氏体的增加成为问题。进而，如果Ceq过高，则还有可能会在将弹簧钢用轧制线材进行淬火回火时残存未溶解碳化物。因此，Ceq的上限设定为1.00％以下。Ceq的优选的上限为0.90％以下。在式(1)中的元素符号中代入各元素的质量％。即，例如如果为[C％]，则代入以质量％计的C含量。另外，在不主动含有Mo、V或Ni的钢的情况下，在[Mo％]、[V％]或「Ni％」中代入0％。
Ceq＝[C％]+「Si％」/24+[Mn％]/6+[Cr％]/5+[Mo％]/4+[V％]/14+「Ni％」/40 (1)
本实施方式的弹簧钢用轧制线材的金属组织是以面积分率计贝氏体及回火马氏体的合计成为90％以上、更优选成为95％以上的组织。贝氏体及回火马氏体的合计也可以为100％。对于贝氏体和回火马氏体各自的面积率没有必要限定。剩余部分组织为0％以上且低于10％，更优选为0％以上且低于5％。剩余部分组织包含铁素体、珠光体、残留奥氏体中的任1种或2种以上。如果贝氏体及回火马氏体的合计面积率变得低于90％(剩余部分组织为10％以上)则延展性降低，拉伸试验中的断面收缩率值降低，拉丝加工性降低。
该金属组织通过经由热轧后的骤冷以及之后的用于调整强度的软化退火而形成。
本实施方式的弹簧钢用轧制线材的抗拉强度为1350MPa以下，断面收缩率值为40％以上。如果抗拉强度超过1350MPa或断面收缩率值变得低于40％，则之后在弹簧钢的制造时所进行的拉丝加工时变得容易断裂。骤冷后的轧制线材由于抗拉强度变高，因此为了设定为适于拉丝加工的强度，按照抗拉强度成为1350MPa以下的方式进行软化退火。通过软化退火，抗拉强度变成1350MPa以下，断面收缩率值变成40％以上。
对于弹簧钢用轧制线材的金属组织，从弹簧钢用轧制线材中采集组织观察试验片进行观察。具体而言，只要将弹簧钢用轧制线材在中央L断面切断，在成形、研磨后用3％硝酸乙醇(3％硝酸-乙醇溶液)进行腐蚀，以L断面中的仅距离轧制线材表面为直径的1/4的内部的位置作为观察位置，用倍率为400倍的金相显微镜观察5个视场，将所得到的面积率进行平均即可。
所观察的组织分离判定为“贝氏体及回火马氏体”、“铁素体”、“珠光体”，求出“贝氏体及回火马氏体”的面积分率。由于贝氏体与回火马氏体的识别是困难的，因此只要将两者统一处理即可。
图1A、图1B是本实施方式的弹簧钢用轧制线材的组织的一个例子，是包含贝氏体及回火马氏体的组织。与此相对，图2A、图2B是以往的弹簧钢用轧制线材的组织的一个例子，是包含铁素体和珠光体的组织。
抗拉强度的测定是依据“JIS Z 2241”的拉伸试验方法，使用圆棒的2号试验片来实施拉伸试验，测定断裂之前的最大抗拉强度。另外，断面收缩率值是由断裂后的最大断面收缩部的直径进行测定。
接下来，对本实施方式的弹簧钢用轧制线材的制造方法的例子进行说明。本实施方式的弹簧钢用轧制线材不管制造方法如何，只要具有上述的构成，就可得到该效果，但采用例如以下那样的制造方法，可稳定地得到，因此优选。
将具有上述的化学成分的钢锭例如在950℃～1200℃的温度下仅加热不超过120分钟的时间，通过热轧而制成线径为12～18mm左右的轧制线材(热轧工序)。将红热状态的轧制线材按照成为适于卷取的环形形态的方式进行加工后，投入水槽中(冷却工序)。
热轧工序中的轧制完成温度设定为900～1000℃，从轧制完成至投入水槽为止的时间设定为30秒以下。
在冷却工序中，被投入水槽中的轧制线材冷却至200℃以下。通过在轧制线材变成200℃以下之后在冷却后从水槽中捞起，从而以5～30℃/秒的平均冷却速度进行冷却。钢材的加热温度、钢材的轧制完成温度及冷却时的钢材的温度设定为钢材的表面温度。另外，平均冷却速度是以冷却开始时的钢材的温度与冷却结束温度的温度差作为分子、以冷却开始时刻与冷却结束时刻的时间差作为分母的平均冷却速度。另外，冷却开始设定为投入水槽时，冷却结束设定为从水槽捞起时。
通过热轧工序及之后的冷却工序，将金属组织制成以贝氏体及马氏体作为主相的组织。如果轧制完成温度低于900℃或超过1000℃、冷却时的平均冷却速度变得低于5℃/秒，则铁素体、珠光体变得容易析出，贝氏体及马氏体的面积分率降低。平均冷却速度优选为10℃/秒以上。平均冷却速度越高越好，但由于超过30℃/秒时其效果饱和，因此将30℃/秒以下设定为上限。
对于冷却后的轧制线材，按照成为能够拉丝的强度即以抗拉强度计成为1350MPa以下的方式，将轧制线材的卷材以在300～500℃下为2～24小时的条件进行软化退火。通过软化退火，马氏体变成回火马氏体。如果是该退火条件，则能够将抗拉强度设定为1350MPa以下，将断面收缩率值设定为40％以下。
通过以上的制造方法，可制造本实施方式的弹簧钢用轧制线材。
为了由上述的弹簧钢用轧制线材得到弹簧钢，将弹簧钢用轧制线材在拉丝加工后进行淬火及回火。淬火通过高频淬火来实施较佳。另外，淬火回火的条件以弹簧钢的抗拉强度成为2000MPa以上的条件来实施较佳。根据本实施方式的弹簧钢用轧制线材，即使通过淬火回火将抗拉强度设定为2000MPa以上，也能够得到兼具高韧性例如在23±5℃下为60.0J/cm2以上的夏比冲击值的弹簧钢。
实施例
接下来，对本发明的实施例进行说明。实施例中的条件是为了确认本发明的可实施性及效果而采用的一个条件例，本发明并不限于该一个条件例。只要不脱离本发明的主旨、达成本发明的目的，则本发明可采用各种条件。
将实施例及比较例的各成分示于表1及表2中。在表1及表2中，符号“-”表示没有主动含有该符号所涉及的元素。另外，表1、表2的剩余部分为Fe及杂质。
[表1]
Figure BDA0002310419940000121
[表2]
Figure BDA0002310419940000131
将具有表1、表2中所示的成分的钢锭在950℃～1200℃的温度下加热至不超过120分钟的时间，通过热轧而制成φ(直径)12～18mm的线材。在最终的热轧后，将红热状态的轧制线材按照成为适于卷取的环形形态的方式进行加工后，用传送带搬运并投入水槽中。此时，轧制完成的温度设定为900～1000℃，从轧制完成至投入水槽为止的时间设定为30秒以下。被投入水槽中的轧制线材按照捞起之前的平均冷却速度成为10℃/秒的方式进行冷却。
对于所得到的轧制线材，按照成为能够拉丝的强度即抗拉强度的1250～1350MPa的方式，将轧制线材的卷材以退火温度为300～500℃、退火时间为4小时的条件进行了软化退火。关于退火条件，例如通过作为预试验在300℃、400℃、500℃下进行回火后测定强度，从而推定成为规定的强度的回火温度来决定。像这样操作，制造了弹簧钢用轧制线材。
另外，对于所得到的弹簧钢用轧制线材，通过进行高频淬火及回火，制成了热处理线材。该热处理线材是以弹簧钢用轧制线材作为原材料的相当于弹簧钢的线材。高频淬火设定为加热温度为920～1040℃、加热时间为12秒的条件。另外，回火是在360～540℃、20～24秒的范围内按照抗拉强度成为2000MPa以上的方式对回火条件进行了调整。
<拉伸试验>
从软化退火后的弹簧钢用轧制线材中按照试验片的长度方向成为线材的轧制方向的方式采集拉伸试验片，进行了拉伸试验。拉伸试验依据“JIS Z 2241”，使用圆棒的2号试验片来实施了拉伸试验。测定断裂之前的最大抗拉强度，由断裂后的最大断面收缩部的直径测定了断面收缩率值。像这样操作，测定了弹簧钢用轧制线材的抗拉强度及断面收缩率值。
另外，从热处理线材中按照试验片的长度方向成为线材的轧制方向的方式采集拉伸试验片，依据“JIS Z 2241”，使用圆棒的2号试验片来实施了拉伸试验。通过测定断裂之前的最大抗拉强度，求出了热处理线材的抗拉强度。
<金属组织观察>
从软化退火后的弹簧钢用轧制线材中采集组织观察试验片，对金属组织进行了观察。将软化退火后的弹簧钢用轧制线材在中央L断面切断，在成形、研磨后用3％硝酸乙醇(3％硝酸-乙醇溶液)进行腐蚀，用金相显微镜进行了观察。以L断面中的仅距离轧制线材表面为直径的1/4的内部的位置作为观察位置，用倍率为400倍的金相显微镜观察了5个视场。所观察的组织分离判定为“贝氏体及回火马氏体”、“铁素体”、“珠光体”，求出了“贝氏体及回火马氏体”的面积分率。由于软化退火后的贝氏体与回火马氏体的识别是困难的，因此将两者统一处理。
<夏比冲击试验>
依据“JIS Z 2242”，从热处理线材的中心按照试验片的长度方向成为线材的轧制方向的方式，采集厚度为5mm亚尺寸的2mmU缺口夏比试验片。然后，依据“JIS Z 2242”来实施夏比冲击试验，求出了夏比冲击值(J/cm2)。测定温度设定为23±5℃的范围。
[表3]
Figure BDA0002310419940000151
B+M为贝氏体与回火马氏体的合计
[表4]
Figure BDA0002310419940000161
B+M为贝氏体与回火马氏体的合计
下划线表示为发明范围外或非适宜的特性值。
将结果示于表3和表4中。在热处理材的抗拉强度显示为2000MPa以上、并且夏比冲击值显示为60.0J/cm2以上的情况下，判断为得到了优选的特性。
本发明的实施例1～20都是将抗拉强度调整为1150～1350MPa时的断面收缩率值超过40％，可以判定充分地确保了拉丝性。另外，在全部的实施例中，显微组织是贝氏体及回火马氏体以面积分率计占90％以上。
进而如果将实施例的轧制线材进行高频淬火回火，则得到显示2000MPa以上的抗拉强度和60.0J/cm2以上的夏比冲击值的热处理线材，以高水平兼顾了强度和韧性。
另一方面，就比较例21、22而言，碳当量变得低于0.75％，合金元素的添加量过少从而淬透性不足，在热轧后进行在线淬火而得到的组织成为在铁素体或珠光体中混合存在贝氏体及马氏体的组织，弹簧钢用轧制线材的断面收缩率值降低。另外，热处理线材的夏比冲击值变得低于60.0J/cm2，韧性不足。
另外，就比较例23而言，碳当量超过1.00％，在弹簧钢用轧制线材中产生烧裂，无法进行评价。
进而，就比较例24而言，弹簧钢用轧制线材的组织为贝氏体及回火马氏体。但是，由于碳当量超过1.00％，因此在高频淬火回火后残存未溶解碳化物，热处理线材的夏比冲击值低。
就比较例25、29、30而言，分别为C含量、Mn含量、Cr含量变得过量，弹簧钢用轧制线材的断面收缩率值变低。另外，高频淬火回火后的热处理线材的夏比冲击值也低。
就比较例26而言，C含量不足。其结果是，即使适当变更高频淬火回火的条件，也无法将热处理线材的抗拉强度提高至2000MPa以上。
就比较例27而言，Si含量不足。其结果是，存在高频淬火回火后的抗拉强度变低的倾向。因此，在按照热处理线材的抗拉强度成为2000MPa以上的方式调整回火条件的情况下，需要过度降低回火温度，没能得到充分的夏比冲击值。即，就比较例27的弹簧钢用轧制线材而言，难以得到抗拉强度和韧性这两者优异的热处理线材。
就比较例28而言，Si含量过量。因此，即使将冷却后的轧制线材在规定的温度范围进行软化退火，抗拉强度也没有降低，抗拉强度过高，断面收缩率值变低。另外，由于Si含量过量，因此淬火回火后的热处理线材的夏比冲击值也低。
就比较例31、32而言，虽然钢材成分在本发明范围内，但轧制后的平均冷却速度小。因此，珠光体与铁素体混合存在，贝氏体及马氏体组织的面积分率不足。其结果是，轧制线材的断面收缩率值不足。另外，由于热处理线材的组织也变得不均匀，因此没能得到充分的夏比冲击值。
产业上的可利用性
本发明的弹簧钢用轧制线材是通过在线材轧制后直接进行淬火而制成贝氏体及马氏体，并进行软化退火处理至能够拉丝的强度，使得在高频淬火回火时碳化物容易固溶，能够以高水平兼顾抗拉强度和夏比冲击值。因此，根据本发明，通过高频热处理而能够得到具有2000MPa以上的高强度且能够确保冲击值的弹簧钢用轧制线材。因此，本发明在产业上的可利用性高。

Claims (2)

1.一种弹簧钢用轧制线材，其化学成分以质量％计含有：
C：0.42～0.60％、
Si：0.90～3.00％、
Mn：0.10～1.50％、
Cr：0.10～1.50％、
B：0.0010～0.0060％、
N：0.0010～0.0070％、
Mo：0～1.00％、
V：0～1.00％、
Ni：0～1.00％、
Cu：0～0.50％、
Al：0～0.100％、
Ti：0～0.100％、
Nb：0～0.100％，
P限制为低于0.020％、
S限制为低于0.020％，
剩余部分包含Fe及杂质，
其中，由下述式(1)规定的碳当量(Ceq)为0.75～1.00％，
金属组织包含以面积分率计为90％以上的回火马氏体及贝氏体，
抗拉强度为1350MPa以下，并且断面收缩率值为40％以上，
Ceq＝[C％]+「Si％」/24+[Mn％]/6+[Cr％]/5+[Mo％]/4+[V％]/14+「Ni％」/40(1)。
2.根据权利要求1所述的弹簧钢用轧制线材，其进一步以质量％计含有Mo：0.10～1.00％、V：0.05～1.00％、Ni：0.05～1.00％、Cu：0.05～0.50％、Al：0.005～0.100％、Ti：0.005～0.100％、Nb：0.005～0.100％中的1种或2种以上。
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