CN111684095A - 覆铜钢线和斜圈弹簧 - Google Patents

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Abstract

一种覆铜钢线，所述覆铜钢线包含：由具有珠光体结构的钢制成的芯线；和覆盖所述芯线的表面并由Cu或Cu合金制成的包覆层。所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的C、0.1质量％以上且2.5质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。在垂直于纵向的横截面中，所述芯线的表面粗糙度Ra的值为所述包覆层的厚度的25％以上且70％以下。

Description

覆铜钢线和斜圈弹簧
技术领域
本公开涉及一种覆铜钢线和斜圈弹簧。本申请基于并要求于2018年2月1日提交的日本专利申请号2018-016440的优先权，所述日本专利申请的全部内容在此通过引用并入本文中。
背景技术
钢材表面包覆有铜的覆铜钢材可以用作需要导电性和强度的构件。具体来说，例如，已知有用作架空线的覆铜钢线(参见例如专利文献1)和用作接地电极的覆铜钢棒(参见例如专利文献2)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2001-180337号公报
[专利文献2]日本特开2002-254108号公报
发明内容
根据本公开，一种覆铜钢线包含：由具有珠光体结构的钢制成的芯线；和覆盖所述芯线的表面并由Cu(铜)或Cu合金制成的包覆层。所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的C(碳)、0.1质量％以上且2.5质量％以下的Si(硅)、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn(锰)，并且余量由Fe(铁)和不可避免的杂质组成。在垂直于纵向的横截面中，所述芯线的表面粗糙度Ra的值为所述包覆层的厚度的25％以上且70％以下。
附图说明
图1是示出与覆铜钢线的纵向垂直的横截面的示意性剖视图；
图2是示出芯线与包覆层之间的界面附近的结构的示意性剖视图；
图3是示出根据变形例的与覆铜钢线的纵向垂直的横截面的示意性剖视图；
图4是示出斜圈弹簧的结构的示意图；
图5是示出覆铜钢线和斜圈弹簧的制造方法的概要的流程图；
图6是用于说明覆铜钢线和斜圈弹簧的制造方法的示意性剖视图；
图7是用于说明覆铜钢线和斜圈弹簧的制造方法的示意性剖视图；
图8是用于说明覆铜钢线和斜圈弹簧的制造方法的示意性剖视图；
图9是示出实施例的覆铜钢线的横截面的照片；
图10是示出比较例的覆铜钢线的横截面的照片；
图11是示出疲劳强度试验的结果的图；
图12是示出疲劳强度试验的结果的图；
图13是示出弯曲次数与电导率之间的关系的图；且
图14是示出弯曲次数与电导率之间的关系的图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
覆铜钢材的覆铜钢线可以用于施加循环应力的应用。例如，可以使用覆铜钢线来制造斜圈弹簧。通过使用导电材料来制造斜圈弹簧，所述斜圈弹簧可以用作例如接触组件。
当使用由覆铜钢线制成的斜圈弹簧时，对覆铜钢线施加循环应力。由于循环应力，在由钢制成的芯线与由Cu或Cu合金制成的包覆层之间的界面处可能出现裂纹，从而导致导电性降低或线材断裂。
因此，一个目的是提供一种能够抑制在芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现的覆铜钢线和斜圈弹簧。
[本公开的效果]
根据本公开，可以抑制在芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现。
[本公开的实施方式的说明]
首先，将列出和描述本公开的各方面。根据本公开，覆铜钢线包含由具有珠光体结构的钢制成的芯线；和覆盖所述芯线的表面并由Cu或Cu合金制成的包覆层。所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的C、0.1质量％以上且2.5质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。在垂直于纵向的横截面中，所述芯线的表面粗糙度Ra的值为所述包覆层的厚度的25％以上且70％以下。
在本公开的覆铜钢线中，使用由具有珠光体结构和合适的成分组成的钢制成的高强度芯线。由此，可以确保高耐久性。而且，芯线的表面覆盖有由具有优异导电性的Cu或Cu合金制成的包覆层。由此，可以确保高导电性。
此外，在本公开的覆铜钢线中，在与纵向垂直的横截面中，将芯线的表面粗糙度Ra的值设定为包覆层的厚度的25％以上且70％以下。以这种方式，通过在芯线的表面上形成凹凸，增加芯线与包覆层之间的结合强度。结果，可以抑制在芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现。通过将芯线的表面粗糙度Ra的值设定为包覆层的厚度的25％以上，可以可靠地增强芯线与包覆层之间的结合强度。通过将芯线的表面粗糙度Ra的值设定为包覆层的厚度的70％以下，可以充分地保持芯线的强度。芯线的表面粗糙度Ra的值优选为包覆层的厚度的30％以上并且更优选为35％以上。芯线的表面粗糙度Ra的值优选为包覆层的厚度的60％以下并且更优选为50％以下。
如上所述，根据本公开的覆铜钢线，可以抑制芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现。
在覆铜钢线中，钢还可以含有选自由以下构成的组中的至少一种元素：0.1质量％以上且0.4质量％以下的Ni、0.1质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.4质量％以下的Mo、和0.05质量％以上且0.3质量％以下的V。即使在使用由具有这种成分组成的钢制成的芯线的情况下，也可以提供能够抑制芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现的覆铜钢线。
在此，说明将构成芯线的钢的成分组成限制在上述范围内的理由。
C：0.5质量％以上且1.0质量％以下
C是极大地影响具有珠光体结构的钢的强度的元素。从获得作为覆铜钢线的芯线的足够的强度的观点来看，C含量需要为0.5质量％以上。另一方面，当C含量增加时，韧性降低，并且可能难以加工。从确保足够的韧性的观点来看，C含量需要为1.0质量％以下。从进一步提高强度的观点来看，C含量优选为0.6质量％以上，并且更优选为0.8质量％以上。从提高韧性以促进加工的观点来看，C含量优选为0.95质量％以下。
Si：0.1质量％以上且2.5质量％以下
Si是在钢的精炼中作为脱氧剂而添加的元素。为了用作脱氧剂，Si含量需要为0.1质量％以上，并且优选为0.12质量％以上。此外，Si在钢中用作碳化物生成元素，并且具有抑制由于加热引起的软化的特性(抗软化性)。从抑制在覆铜钢线加工后实施的应变消除热处理中的软化的观点来看，Si含量优选为0.8质量％以上，并且可以为1.8质量％以上。另一方面，过量添加Si会降低韧性。从确保足够的韧性的观点来看，Si含量需要为2.5质量％以下，优选为2.3质量％以下，并且可以为2.2质量％以下。从重视韧性的观点来看，Si含量可以为1.0质量％以下。
Mn：0.3质量％以上且0.9质量％以下
Mn是以与Si相似的方式在钢的精炼中作为脱氧剂而添加的元素。为了用作脱氧剂，Mn含量需要为0.3质量％以上。另一方面，Mn的过量添加降低热加工中的韧性和可加工性。因此，Mn含量需要为0.9质量％以下。
不可避免的杂质
在芯线的制造步骤中，不可避免地将磷(P)和硫(S)混入构成芯线的钢中。P和S引起晶界偏析并产生夹杂物，因此使钢的特性劣化。因此，P含量和S含量各自优选为0.025质量％以下。此外，不可避免的杂质的总含量优选为0.3质量％以下。
Ni：0.1质量％以上且0.4质量％以下
Ni的添加抑制在芯线的拉丝加工时和在覆铜钢线的加工时断线的的出现。从可靠地显示该功能的观点来看，Ni可以以0.1质量％以上的量添加。另一方面，即使以超过0.4质量％的量添加Ni，Ni的效果也是饱和的。此外，当以大于0.4质量％的量添加作为昂贵元素的Ni时，芯线的制造成本增加。因此，Ni的添加量优选为0.4质量％以下。
Cr：0.1质量％以上且1.8质量％以下
Cr在钢中用作产生碳化物的元素，并且通过生成精细的碳化物并抑制加热时的软化而有助于使金属结构更精细。从可靠地显示这样的效果的观点来看，Cr可以以0.1质量％以上的量添加，可以以0.2质量％以上的量添加，并且可以以0.5质量％以上的量添加。另一方面，Cr的过量添加导致韧性降低。因此，Cr的添加量优选为1.8质量％以下。在与Si和V共存的情况下，添加Cr的效果变得特别显著。因此，优选将Cr与这些元素一起添加。
Mo：0.1质量％以上且0.4质量％以下
Mo的添加可以增加耐久性。从可靠地显示该功能的观点来看，Mo可以以0.1质量％以上的量添加。另一方面，即使以大于0.4质量％的量添加Mo，Mo的效果也是饱和的。此外，当以大于0.4质量％的量添加作为昂贵元素的Mo时，芯线的制造成本增加。因此，Mo的添加量优选为0.4质量％以下。
V：0.05质量％以上且0.3质量％以下
V在钢中用作产生碳化物的元素，并且通过生成精细的碳化物并抑制加热时的软化而有助于使金属结构更精细。从可靠地显示这样的效果的观点来看，V可以以0.05质量％以上的量添加。另一方面，过量添加V会导致韧性降低。从确保足够韧性的观点来看，V的添加量优选为0.3质量％以下。在与Si和Cr共存的情况下，添加V的效果变得特别显著。因此，优选将V与这些元素一起添加。
在覆铜钢线中，钢可以含有0.55质量％以上且0.7质量％以下的C、1.35质量％以上且2.3质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn、0.2质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.30质量％以下的V，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。通过采用具有这样的成分组成的钢作为构成芯线的钢，可以更可靠地获得高耐久性。
在覆铜钢线中，钢的Si含量可以为1.35质量％以上且2.3质量％以下。通过使Si含量为1.35质量％以上，可以抑制应变消除热处理中的软化。通过使Si的含量为2.3质量％以下，可以抑制韧性的降低。
在覆铜钢线中，钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.12质量％以上且0.32质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
此外，在覆铜钢线中，钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.7质量％以上且1.0质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
通过采用具有这样的成分组成的钢作为构成芯线的钢，可以更可靠地获得高耐久性。
在覆铜钢线中，在芯线和包覆层之间的界面处，可以形成由构成芯线的金属和构成包覆层的金属的合金制成的合金层。以这种方式，可以增加芯线与包覆层之间的结合力，并且可以更可靠地抑制在芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现。
覆铜钢线的拉伸强度可以为900MPa以上且3800MPa以下。通过使拉伸强度为900MPa以上，容易获得足够的强度。通过使拉伸强度为3800MPa以下，容易确保足够的可加工性。
覆铜钢线的电导率可以为15％IACS以上(国际退火铜标准)且80％IACS以下。以这种方式，容易获得足以用于各种应用的导电性。
在覆铜钢线中，包覆层是镀层。以这种方式，可以增加芯线与包覆层之间的结合力，并且可以更可靠地抑制在芯线和包覆层之间的界面处的裂纹的出现。
在覆铜钢线中，芯线与包覆层之间的界面处的氧浓度可以为10质量％以下。以这种方式，可以增加芯线与包覆层(镀层)之间的结合力，并且可以更可靠地抑制在芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现。在芯线与包覆层之间的界面处的氧浓度优选为5质量％以下，并且更优选为3质量％以下。
覆铜钢线可以在包覆层的表面上包含含有选自由以下构成的组的至少一者的表面层：Au(金)层、Ag(银)层、Sn(锡)层、Pd(钯)层，Ni(镍)层和这些金属的合金层。以这种方式，可以在覆铜钢线的表面上增强耐腐蚀性、可焊性、导电性、疲劳强度等。
在覆铜钢线中，包覆层的厚度可以为10μm以上且65μm以下。通过使包覆层的厚度为10μm以上，容易获得足够的导电性。通过使包覆层的厚度为65μm以下，容易获得高强度。从获得更高强度的观点来看，包覆层的厚度可以为50μm以下。
在覆铜钢线中，芯线的直径可以为0.01mm以上且1.0mm以下。以这种方式，可以获得特别适合于制造例如斜圈弹簧的导电部件的覆铜钢线。
根据本公开的斜圈弹簧由上述的覆铜钢线制成。根据本公开的斜圈弹簧，通过根据本公开的其中抑制了在芯线与包覆层之间的界面处的裂纹的出现的覆铜钢线，可以提供一种耐久性优异的斜圈弹簧。
[本公开的实施方式的详情]
接下来，将参考附图描述根据本公开的覆铜钢线和斜圈弹簧的实施方式。需要说明的是，在以下附图中，将相同的附图标记指定给相同或等同的部件，从而省略重复的描述。
参考图1，根据本实施方式的覆铜钢线1包含芯线10和包覆层20。芯线10由具有珠光体结构的钢制成。包覆层20覆盖芯线10的表面11。包覆层20由Cu或Cu合金制成。垂直于覆铜钢线1的纵向的横截面是圆形的。
构成芯线10的钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的C、0.1质量％以上且2.5质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
在垂直于纵向的横截面中，芯线10的表面11的表面粗糙度Ra的值为包覆层20的厚度t的25％以上且70％以下。在此，可以如下确定包覆层20的厚度t。首先，测量芯线10在垂直于纵向的横截面中的面积。接下来，计算与所获得的面积相对应的圆(在图1中用虚线表示)的半径(圆当量半径)。然后，将覆铜钢线1的半径与和芯线10的圆当量半径之差定义为包覆层20的厚度t。
在覆铜钢线1中，使用具有珠光体结构并且由具有合适的成分组成的钢制成的高强度芯线10。由此，确保了高耐久性。此外，芯线10的表面11被由导电性优异的Cu或Cu合金制成的包覆层20覆盖。由此，确保了高导电性。
此外，在垂直于覆铜钢线1的纵向的横截面中，将芯线10的表面粗糙度Ra的值设定为包覆层20的厚度的25％以上且70％以下。以这种方式，通过在芯线10的表面11上形成凹凸，可以提高芯线10与包覆层20之间的结合强度。由此，可以抑制在芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现。如上所述，根据本实施方式的覆铜钢线1是其中抑制了芯线10与包覆层20的界面处的裂纹的出现的覆铜钢线。
图2是示出芯线10与包覆层20之间的界面附近的结构的示意性剖视图。参考图2，在本实施方式中，在芯线10与包覆层20之间的界面处，形成由构成芯线10的金属和构成包覆层20的金属的合金构成的合金层19。尽管根据本公开内容，合金层19的存在对于覆铜钢线不是必需的，但是在包含合金层19的本实施方式的覆铜钢线1中，芯线10与包覆层20之间的结合力增加，并且更可靠地抑制芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现。
图3是示出根据变形例的与覆铜钢线1的纵向垂直的横截面的示意性剖视图。参考图3和图1，根据修改例的覆铜钢线1具有与参考图1和图2描述的覆铜钢线1基本相似的结构。然而，根据变形例的覆铜钢线1与上述图1的覆铜钢线1的不同之处在于，其包含在包覆层20的表面21上的表面层30，所述表面层30包含选自由以下构成的组中的至少一者：Au层、Ag层、Sn层、Pd层、Ni层和这些金属的合金层。表面层30的存在对于根据本公开的覆铜钢线不是必需的。然而，在包含表面层30的根据本实施方式的覆铜钢线1中，可以增强覆铜钢线1的表面上的耐腐蚀性、可焊性、导电性、疲劳强度等。
图4是示出斜圈弹簧的结构的示意图。参考图4，根据本实施方式的斜圈弹簧2由根据本实施方式的覆铜钢线1制成。斜圈弹簧2是螺旋弹簧，其具有相对于与中心轴A所在的方向(轴向)垂直的平面倾斜的同时卷绕覆铜钢线1的结构。以在垂直于轴向的方向上施加载荷的方式使用斜圈弹簧2。
斜圈弹簧2由覆铜钢线1制成，在所述覆铜钢线1中在芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现得到抑制，因此，斜圈弹簧2是耐久性优异的斜圈弹簧。
在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，构成芯线10的钢还可以含有选自由以下构成的组中的至少一种元素：0.1质量％以上且0.4质量％以下的Ni、0.1质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.4质量％以下的Mo、和0.05质量％以上且0.3质量％以下的V。即使在采用由具有这样的成分组成的钢制成的芯线10的情况下，覆铜钢线1和斜圈弹簧2的耐久性也优异，同时抑制芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现。
在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，构成芯线10的钢中的Si含量可以为1.35质量％以上且2.3质量％以下。通过使Si的含量为1.35质量％以上，可以抑制热处理中的软化。通过使Si的含量为2.3质量％以下，可以抑制韧性的降低。
在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，构成芯线10的钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.12质量％以上且0.32质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
此外，在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，构成芯线10的钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.7质量％以上且1.0质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
此外，在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，构成芯线10的钢可以含有0.55质量％以上且0.7质量％以下的C、1.35质量％以上且2.3质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn、0.2质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.30质量％以下的V，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
通过采用具有这样的成分组成的钢作为构成芯线10的钢，可以更可靠地获得高耐久性。
在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，包覆层20可以为镀层。由此，可以提高芯线10与包覆层20之间的结合力，并且可以更可靠地抑制芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现。
在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，芯线10与包覆层20的界面处的氧浓度优选为10质量％以下。由此，可以提高芯线10与包覆层20(镀层)之间的结合力，并且可以更可靠地抑制芯线10与包覆层20的界面处的裂纹的出现。需要说明的是，芯线10与包覆层20之间的界面处的氧浓度可以例如通过使用EDS(能量色散X射线光谱法)对在与覆铜钢线1的纵向垂直的横截面中包含芯线10与包覆层20之间的界面的边长为300μm的正方形区域进行定量分析来测量。
覆铜钢线1的拉伸强度优选为900MPa以上且3800MPa以下。通过使拉伸强度为900MPa以上，容易获得足够的强度。通过使拉伸强度为3800MPa以下，容易确保足够的可加工性。
覆铜钢线1和斜圈弹簧2的电导率优选为15％IACS以上且80％IACS以下。由此，可以容易地获得足以用于各种应用的导电性。
在覆铜钢线1和斜圈弹簧2中，包覆层20的厚度优选为10μm以上且65μm以下。通过使包覆层20的厚度为10μm以上，容易获得足够的导电性。通过使包覆层20的厚度为65μm以下，容易获得高强度。
在覆铜钢线1中，芯线10的直径优选为0.05mm以上且2.0mm以下。因此，可以获得特别适合于制造例如斜圈弹簧的导电部件的覆铜钢线。
接下来，下面将描述制造覆铜钢线1和斜圈弹簧2的方法的实例。参考图5，在根据本实施方式的覆铜钢线1和斜圈弹簧2的制造方法中，首先，实施原料钢线准备步骤(S10)。在该步骤(S10)中，准备用于形成芯线10的钢线。具体来说，准备由含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的C、0.1质量％以上且2.5质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn并且余量由Fe和不可避免的杂质组成的钢所形成的钢线。构成钢线的钢还可以含有选自由以下构成的组中的至少一种元素：0.1质量％以上且0.4质量％以下的Ni、0.1质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.4质量％以下的Mo、和0.05质量％以上且0.3质量％以下的V。
接下来，实施派敦处理(patenting)步骤(S20)。在该步骤(S20)中，对在步骤(S10)中准备的原料钢线进行派敦处理。具体来说，实施如下热处理：将原料钢线加热至奥氏体化温度(A1点)以上的温度范围，然后迅速冷却至比马氏体相变开始温度(Ms点)高的温度范围，并保持在此温度范围内。由此，原料钢线的金属结构成为具有小的层状间隔的精细珠光体结构。在此，从抑制脱碳的出现的观点来看，在派敦处理中，在惰性气体气氛中实施将原料钢线加热至A1点以上的温度范围的处理。
接下来，实施第一拉伸步骤作为步骤(S30)。在该步骤(S30)中，对在步骤(S20)中进行了派敦处理的原料钢线进行拉伸(牵拉)。由此，参考图6，获得具有珠光体结构并且垂直于纵向的横截面为圆形的芯线10。
接下来，实施表面粗糙化步骤作为步骤(S40)。在该步骤(S40)中，为了增加通过步骤(S30)中的拉丝工艺而获得的芯线10的表面粗糙度，实施表面粗糙化处理。具体来说，参考图6和图7，通过使芯线10的表面11与例如盐酸或硫酸的酸接触，增加表面粗糙度。盐酸的浓度例如可以为35％。硫酸的浓度例如可以为65％。在钢线的制造过程中，可以进行酸洗处理以清洁钢线的表面并除去氧化层。然而，与典型的酸洗处理不同，步骤(S40)中的表面粗糙化处理通过使用高浓度的酸或高度腐蚀性的酸或通过增加与酸的接触时间来实现表面粗糙化。在该时间点的表面粗糙度Ra可以例如为0.8μm以上。作为表面粗糙化处理，代替接触酸的处理或除了接触酸的处理之外，机械地实现表面粗糙化的处理可以通过以下方式进行：将抛光无纺布压在芯线10的表面11上，同时使无纺布相对于表面11移动。
接下来，实施包覆层形成步骤作为步骤(S50)。在该步骤(S50)中，参考图7和图8，形成由Cu或Cu合金制成的包覆层20，以覆盖芯线10的、在步骤(S40)中进行了表面粗糙化工序的表面11。在步骤(S50)中形成的包覆层20的厚度例如为30μm以上且90μm以下。包覆层20可以例如通过镀覆形成，或者可以形成为被覆层，所述被覆层是通过相对于芯线10将另外准备的构件与包覆层20机械地一体化而形成的。
接下来，实施第二拉伸步骤(S60)。在该步骤(S60)中，参考图8和图1，对在步骤(S50)中已经形成有包覆层20的芯线10进行拉伸。由此，获得具有期望的直径的覆铜钢线1。例如，可以将步骤(S60)中的加工度(面积减小率)和真应变分别设定为90％以上和2.3以上。通过进行比普通拉丝更强的处理，可以向芯线10的表面11赋予足够的表面粗糙度，所述普通拉丝具有85％以下的加工度和2.0以下的真应变。此外，通过在步骤(S60)中进行强的处理，容易形成合金层19。通过上述程序，完成了根据本实施方式的覆铜钢线1的制造。下面将描述通过使用覆铜钢线1制造斜圈弹簧2的方法。
接下来，实施卷绕步骤(S70)。在该步骤(S70)中，参考图1和图4，将在步骤(S60)中获得的覆铜钢线1加工成斜圈弹簧2的形状。具体来说，覆铜钢线1被加工成螺旋形以形成斜圈弹簧2的形状。
接下来，实施应变消除步骤(S80)。在该步骤(S80)中，实施将在步骤(S70)中形成为斜圈弹簧2的形状的覆铜钢线1加热至250℃以上且400℃以下的温度范围的热处理。由此，减小通过步骤(S70)中的工艺而引入到覆铜钢线1中的应变。由此，可以获得宽的非线性区域。通过上述程序，完成了根据本实施方式的斜圈弹簧2的制造。
根据本实施方式的覆铜钢线和斜圈弹簧的制造方法，可以容易地制造根据本实施方式的覆铜钢线1和斜圈弹簧2，其能够抑制在芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现。
在构成步骤(S10)中准备的原料钢线的钢中，Si的含量可以为1.35质量％以上且2.3质量％以下。
此外，构成步骤(S10)中准备的原料钢线的钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.12质量％以上且0.32质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
此外，构成步骤(S10)中准备的原料钢线的钢可以含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.7质量％以上且1.0质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
此外，构成步骤(S10)中准备的原料钢线的钢可以含有0.55质量％以上且0.7质量％以下的C、1.35质量％以上且2.3质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn、0.2质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.30质量％以下的V，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
通过采用具有这样的成分组成的钢作为构成芯线的钢，可以更可靠地获得高耐久性。
实施例
进行实验以研究在与纵向垂直的横截面中相对于包覆层的厚度的芯线的表面粗糙度Ra的值对覆铜钢线的特性的影响。首先，进行根据上述实施方式的步骤(S10)至(S60)，并且制备覆铜钢线1的样品。作为构成在步骤(S10)中准备的原料钢线的钢，使用了含有0.82质量％的C、0.22质量％的Si、0.45质量％的Mn以及余量的铁和不可避免的杂质的钢。作为对以不可避免的杂质而包含的元素的量的分析结果，P为0.011质量％，S为0.008质量％，并且Cu为0.000质量％。在步骤(S50)中，通过电镀形成由纯铜制成的包覆层20(实施例)。为了比较，省略步骤(S40)，并且类似地制备样品(比较例)。实施例和比较例的样品的横截面照片分别由图9和图10表示。
参考图10，在不进行步骤(S40)的情况下，芯线10的表面具有光滑的真圆形状。另一方面，如图9所示，证实可以通过进行步骤(S40)来增加芯线10的表面粗糙度。
接下来，制备通过改变芯线10的外径和包覆层20的厚度并改变步骤(S40)的条件以改变芯线10的表面11的粗糙度而获得的样品(样品A至H)，并且进行拉伸试验、电导率测量和疲劳试验。进行亨特(Hunter)疲劳试验作为疲劳试验。覆铜钢线1的结构和试验结果示于表1。此外，疲劳试验中的直至断裂为止的应力的循环次数与应力振幅之间的关系(S-N图)示于图11和图12。另外，将样品重复弯曲以研究弯曲次数与电导率之间的关系。研究结果示于图13和图14。
表1
Figure BDA0002605006620000161
在表1中，“线直径”是指覆铜钢线1的外径。“芯线直径”是指与芯线10的圆当量直径(圆当量半径的两倍)。“包覆层厚度”是指包覆层20的厚度t。“表面粗糙度百分比”是指芯线10的表面粗糙度Ra的值相对于垂直于纵向的横截面中包覆层20的厚度t的百分比。“拉伸强度”是指覆铜钢线1的拉伸试验中的断裂载荷。“电导率”是指通过电导率测量获得的覆铜钢线1的电导率。“应力振幅”是指在疲劳试验中，即使经1×108次的应力循环，覆铜钢线1也不会断裂的最大应力振幅。样品A至D对应于根据本公开的覆铜钢线的实施例。样品E至H对应于比较例，所述比较例在本公开的覆铜钢线的范围之外。
参考表1，可以确认，对于样品A至H中的每一个，拉伸强度为900MPa以上且3800MPa以下，并且电导率为15％IACS以上且80％IACS以下，均在适当范围内。参考表1以及图11和图12，分别比较样品A和E，B和F，C和G以及D和H，这些样品仅在覆铜钢线1的结构中的表面粗糙度百分比方面不同，可以看出，与表面粗糙度百分比不在25％至70％范围内的比较例(样品E至H)相比，在表面粗糙度百分比在25％至70％范围内的实施例(样品A至D)中，疲劳强度得到提高。此外，参考表1以及图13和图14，分别类似地比较样品A和E，B和F，C和G以及D和H的电导率，尽管实施例(样品A至D)和比较例(样品E至H)在进行弯曲之前的电导率相等，与比较例相比，在实施例中减少了由于重复弯曲而导致的电导率降低。据认为这是因为与表面粗糙度百分比不在25％至70％范围内的比较例相比，在表面粗糙度百分比在25％至70％范围内的实施例中，抑制了芯线10与包覆层20之间的界面处的裂纹的出现。
以上公开的实施方式在所有方面均应视为示例性的，而不是限制性的。本发明的范围不由上文限定，而是由权利要求限定，并且意图包含与权利要求等同的含义和范围内的所有改变。
标号说明
1 覆铜钢线
10 芯线
11 表面
19 合金层
20 包覆层
21 表面
30 表面层

Claims (15)

1.一种覆铜钢线，所述覆铜钢线包含：
由具有珠光体结构的钢制成的芯线；和
覆盖所述芯线的表面并由Cu或Cu合金制成的包覆层，
其中所述钢含有0.5质量％以上且1.0质量％以下的C、0.1质量％以上且2.5质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成，并且
其中在垂直于纵向的横截面中，所述芯线的表面粗糙度Ra的值为所述包覆层的厚度的25％以上且70％以下。
2.根据权利要求1所述的覆铜钢线，其中所述钢还含有选自由以下构成的组中的至少一种元素：0.1质量％以上且0.4质量％以下的Ni、0.1质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.4质量％以下的Mo、和0.05质量％以上且0.3质量％以下的V。
3.根据权利要求2所述的覆铜钢线，其中所述钢含有0.55质量％以上且0.7质量％以下的C、1.35质量％以上且2.3质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn、0.2质量％以上且1.8质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.30质量％以下的V，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的覆铜钢线，其中所述钢中的Si含量为1.35质量％以上且2.3质量％以下。
5.根据权利要求1所述的覆铜钢线，其中所述钢含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.12质量％以上且0.32质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
6.根据权利要求1所述的覆铜钢线，其中所述钢含有0.6质量％以上且1.0质量％以下的C、0.7质量％以上且1.0质量％以下的Si、0.3质量％以上且0.9质量％以下的Mn，并且余量由Fe和不可避免的杂质组成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的覆铜钢线，其中在所述芯线与所述包覆层之间的界面处，形成由构成所述芯线的金属和构成所述包覆层的金属的合金制成的合金层。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的覆铜钢线，其中所述覆铜钢线的拉伸强度为900MPa以上且3800MPa以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的覆铜钢线，其中所述覆铜钢线的电导率为15％IACS以上且80％IACS以下。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的覆铜钢线，其中所述包覆层为镀层。
11.根据权利要求10所述的覆铜钢线，其中在所述芯线与所述包覆层之间的界面处的氧浓度为10质量％以下。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的覆铜钢线，所述覆铜钢线还包含：
在所述包覆层的表面上的表面层，所述表面层包含选自由以下构成的组中的至少一者：Au层、Ag层、Sn层、Pd层、Ni层和这些金属的合金层。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的覆铜钢线，其中所述包覆层的厚度为10μm以上且65μm以下。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的覆铜钢线，其中所述芯线的直径为0.01mm以上且1.0mm以下。
15.一种斜圈弹簧，所述斜圈弹簧由根据权利要求1至14中任一项所述的覆铜钢线制成。
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