CN112840058A - 具有增强的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材和钢丝、及其各自的制造方法 - Google Patents

具有增强的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材和钢丝、及其各自的制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了弹簧用线材，所述线材具有增强的韧性和腐蚀疲劳性能。所公开的线材以重量％计包含：0.4％至0.7％的C、1.2％至2.3％的Si、0.2％至0.8％的Mn、0.2％至0.8％的Cr、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中晶粒尺寸为13.2μm或更小，并且夏氏冲击能为38J/cm2或更大。

Description

具有增强的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材和钢丝、及其 各自的制造方法
技术领域
本公开内容涉及弹簧用线材、弹簧用钢丝、及其制造方法，并且特别地，涉及能够确保强度并具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、弹簧用钢丝、及其制造方法。
背景技术
近年来，为了改善车辆的燃料效率，对于车辆用材料的轻量化的需求大大增加，特别地，为了响应对于轻量化的需求，悬架弹簧已经被设计成使用在淬火和回火之后具有1800MPa或更高的强度的高强度材料来制造。
通过使用弹簧用钢通过热轧来生产预定的线材，然后，在热轧弹簧的情况下，顺序地进行加热工艺、成型工艺、以及淬火和回火工艺，并且在冷轧弹簧的情况下，顺序地进行拉拔工艺以及淬火和回火工艺，从而形成弹簧。
通常，当实现材料的高强度时，由于晶界脆化等而导致韧性劣化并且裂纹敏感性增加。因此，尽管实现了材料的高强度，但当材料的耐腐蚀性劣化时，暴露于外部的组件(例如车辆的悬架弹簧)具有在油漆从其剥离的部分处形成的腐蚀坑。因此，组件可能由于从腐蚀坑扩展的疲劳裂纹而在早期阶段被损坏。
特别地，由于在冬季用于防止道路表面结冰的熔雪剂的喷洒的增加而使悬架弹簧的腐蚀环境变得更加严峻，因此，对于具有高强度和优异的耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢的需求增加。
悬架弹簧的腐蚀疲劳是这样的现象：弹簧表面的油漆被道路表面上的砾石、或异物剥离，油漆从其剥离的部分的材料暴露于外部而引起点蚀反应，产生的腐蚀坑逐渐生长，产生裂纹并从腐蚀坑扩展，从外部流入的氢在某点处集中在裂纹上，而导致氢脆化，并因此弹簧断裂。
为了改善弹簧的耐腐蚀疲劳性能，在相关技术中已经使用了增加合金元素的类型和含量的方法。在日本专利特许公开第2008-190042号中，增加Ni的含量至0.55重量％以改善耐腐蚀性，从而改善弹簧的腐蚀疲劳寿命。在日本专利特许公开第2011-074431号中，增加Si的含量以获得将在回火期间析出的细碳化物，从而增加腐蚀疲劳强度。
此外，在日本专利特许公开第2005-023404号中，将作为强的氢捕获位点的Ti析出物以及作为弱的氢捕获位点的V、Nb、Zr和Hf析出物适当地组合以改善氢延迟断裂抗性，从而改善弹簧的腐蚀疲劳寿命。
然而，Ni是非常昂贵的元素，并且当添加大量的Ni时，材料成本增加。由于Si是引起脱碳的代表性元素，因此Si含量的增加可能是显著危险的。构成析出物的元素如Ti、V和Nb可能由于当材料固化时元素从液体中结晶出粗的碳氮化物而使弹簧的腐蚀疲劳寿命劣化。
同时，为了增加弹簧的强度，在相关技术中已经使用了添加合金元素的方法和降低回火温度的方法。作为通过添加合金元素来增加弹簧的强度的方法，基本上利用通过使用C、Si、Mn、Cr等来增加淬火硬度的方法。通过使用作为昂贵的合金元素的Mo、Ni、V、Ti、Nb等经由快速冷却和回火热处理来增加钢材料的强度。然而，在这些技术的情况下，成本价格可能增加。
此外，使用通过改变一般组件系统中的热处理条件而不改变合金组成来增加钢材料的强度的方法。即，在低温下进行回火的情况下，材料的强度增加。然而，当回火温度降低时，材料的断面收缩率(area reduction rate)降低，这可能导致韧性的劣化。因此，在早期阶段在弹簧的成型和使用期间可能发生断裂。因此，需要开发具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能并且能够确保强度的弹簧用钢。
发明内容
技术问题
本公开内容的实施方案提供了具有改善的腐蚀疲劳性能能够确保韧性的弹簧用线材、钢丝、及其制造方法。
技术方案
根据本公开内容的一个方面，具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材以重量百分比计包含，碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，以及晶粒尺寸为13.2μm或更小，并且夏氏冲击能值为38J/cm2或更大。
根据本公开内容的一个方面，线材的显微组织以面积分数计可以为5％至37％的铁素体，以及剩余部分可以为包含珠光体的混合组织。
根据本公开内容的一个方面，线材还可以包含选自钒(V)：0.01％至0.2％、铌(Nb)：0.01％至0.1％、钛(Ti)：0.01％至0.15％、和钼(Mo)：0.01％至0.4％中的一种或更多种元素。
根据本公开内容的一个方面，线材还可以包含选自铜(Cu)：0.01％至0.4％和镍(Ni)：0.01％至0.6％中的一种或更多种元素。
根据本公开内容的另一个方面，制造具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法包括：制造包含碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的坯料(billet，(小)方坯)；在800℃至950℃下加热坯料；以及在700℃至1,100℃下对经加热的坯料进行精轧，并进行卷绕以制造线材。
根据本公开内容的一个方面，坯料还可以包含选自钒(V)：0.01％至0.2％、铌(Nb)：0.01％至0.1％、钛(Ti)：0.01％至0.15％、和钼(Mo)：0.01％至0.4％中的一种或更多种元素。
根据本公开内容的一个方面，坯料还可以包含选自铜(Cu)：0.01％至0.4％和镍(Ni)：0.01％至0.6％中的一种或更多种元素。
根据本公开内容的一个方面，线材的冷却起始温度可以为820℃或更低。
根据本公开内容的又一个方面，具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝以重量百分比计包含，碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，以及晶粒尺寸为10.3μm或更小，并且夏氏冲击能值为45J/cm2或更大。
根据本公开内容的又一个方面，制造具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝的方法包括：对包含碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的线材进行拉拔以制造钢丝；通过在850℃至1,000℃的范围内加热所述钢丝，然后将其保持至少1秒来使钢丝奥氏体化；以及在25℃至80℃的范围内对经奥氏体化的钢丝进行淬火，并在350℃至500℃的范围内进行回火。
有益效果
如从以上明显的是，根据本公开内容中的示例性实施方案，通过减小晶粒尺寸，改善了韧性，并且同时腐蚀坑的深度变浅，由于增加了从腐蚀坑产生的裂纹扩展通过的路径以及从外部引入的氢扩散至裂纹区域通过的路径，因此可以提供具有优异的腐蚀疲劳性能的弹簧用线材和钢丝。
附图说明
图1和图2分别是用电子背散射衍射装置拍摄以测量比较例1和发明例3中的线材的晶粒尺寸的显微组织照片。
图3和图4分别是用电子背散射衍射装置拍摄以测量比较例1和发明例3中的钢丝的晶粒尺寸的显微组织照片。
图5是示出了根据本公开内容的一个实施方案的弹簧用线材的晶粒尺寸、韧性、和相对腐蚀疲劳寿命之间的相关性的图。
图6是示出了根据本公开内容的一个实施方案的弹簧用钢丝的晶粒尺寸、韧性、和相对腐蚀疲劳寿命之间的相关性的图。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方案的具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材以重量计包含，C：0.4％至0.7％、Si：1.2％至2.3％、Mn：0.2％至0.8％、Cr：0.2％至0.8％、以及余量的Fe和不可避免的杂质，晶粒尺寸为13.2μm或更小，以及夏氏冲击能为38J/cm2或更大。
发明实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的实施方案。提供以下实施方案以将本公开内容的技术构思传递给本领域普通技术人员。然而，本公开内容不限于这些实施方案，而是可以以另外的形式呈现。在附图中，为了使本公开内容清楚，可能未示出与说明无关的部分，并且也为了容易理解，组件的尺寸或多或少被放大地示出。
此外，除非特别地相反地对其进行描述，否则当一个部分“包括”或“包含”一个要素时，该部分还可以包括其他要素，不排除其他要素。
除非在上下文中具有明显不同的含义，否则以单数使用的表达包括复数表达。
在下文中，将参照附图详细地描述根据本公开内容的实施方案。
在检验影响弹簧钢的耐腐蚀性的各种因素，并且关注于弹簧的腐蚀疲劳是弹簧表面的油漆剥离，出现腐蚀坑，并且裂纹从腐蚀坑产生并从腐蚀坑扩展，从外部流入的氢集中在裂纹区域中并因此弹簧断裂的现象的事实的同时，在提供弹簧用线材时，本公开内容的发明人能够获得以下发现。
本发明人已经发现，如果通过优化钢的组分组成和制造条件来减小弹簧用线材和钢丝的晶粒尺寸，则韧性可以得到改善并且腐蚀坑的深度可以变浅，此外，从腐蚀坑产生的裂纹扩展通过的路径以及从外部流入的氢行进扩散至裂纹区域通过的路径增加，因此延迟了断裂的时间，这可以改善腐蚀疲劳性能，从而完成本公开内容。
根据本公开内容的一个方面，具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材以重量百分比计包含，碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。
在下文中，将描述本公开内容的实施方案中的合金元素含量的数值限制的原因。在下文中，除非另外说明，否则单位为重量％。
C的含量为0.4％至0.7％。
碳(C)是添加以确保弹簧的强度的必需元素，并且可以以至少0.4％添加。然而，如果含量过多，则在淬火和热处理期间形成孪晶马氏体组织，产生材料的裂纹，并且疲劳寿命劣化，缺陷敏感性增加，并且当出现腐蚀坑时，疲劳寿命或断裂应力降低，存在疲劳寿命或断裂应力降低的问题，因此C的含量的上限可以限制为0.7％。
Si的含量为1.2％至2.3％。
硅(Si)是溶解在铁素体中以增强强度并改善抗变形性的元素，并且其含量的下限可以限制为1.2％。更优选地，其可以以至少1.4％添加。然而，如果含量过多，则不仅使改善抗变形性的效果饱和，而且在热处理期间发生表面脱碳，因此Si的含量的上限可以限制为2.3％。
Mn的含量为0.2％至0.8％。
锰(Mn)是用于通过改善钢的淬透性来确保强度的元素，并且可以以0.2％或更多添加。然而，如果含量过多，则淬透性过度增加，并且在热轧之后在冷却期间可能出现硬质组织，并且MnS夹杂物的形成增加，并且腐蚀疲劳性能可能降低，因此Mn的含量的上限可以限制为0.8％。
Cr的含量为0.2％至0.8％。
铬(Cr)是可用于防止抗氧化性、回火软化性能和表面脱碳并确保淬透性的元素，其可以以0.2％或更多添加。然而，如果含量过多，则存在由于抗变形性降低而导致强度相当差的问题，并且Cr的含量的上限可以限制为0.8％。
此外，除了上述合金组成之外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材还可以包含形成碳氮化物的元素中的V、Nb、Ti和Mo中的一者或更多者。
V的含量为0.01％至0.2％。
钒(V)是有助于强度改善和晶粒细化的元素。此外，其与碳(C)或氮(N)结合以形成充当氢的捕获位点的碳氮化物，并且其抑制氢渗透并减少腐蚀，其可以以0.01％或更多添加。然而，如果含量过多，则制造成本增加，因此V的含量的上限可以限制为0.2％。
Nb的含量为0.01％至0.1％。
铌(Nb)是形成有助于显微组织的碳或氮和碳氮化物，并且充当氢的捕获位点的元素，并且可以以0.01％或更多添加。然而，如果含量过多，则形成粗碳氮化物并且降低钢材料的延展性，并且Nb的含量的上限可以限制为0.1％。
Ti的含量为0.01％至0.15％。
钛(Ti)与碳(C)或氮(N)结合以形成碳氮化物，并且产生的碳氮化物充当氢的捕获位点，抑制氢渗透入钢的内部，减少腐蚀的发生，并且其通过引起析出硬化作用而改善弹簧性能。此外，由于Ti通过颗粒细化和析出强化改善了强度和韧性，因此其可以以0.01％或更多添加。
然而，如果含量过多，则制造成本迅速增加并且改善弹簧性能的效果由于析出物而饱和。此外，在奥氏体热处理期间未溶解在基础材料中的粗合金碳化物的量增加，这降低了疲劳性能和析出强化效果，因此Ti的含量的上限可以限制为0.15％。
Mo的含量为0.01％至0.4％。
钼(Mo)与碳(C)或氮(N)结合以形成碳氮化物，所产生的碳氮化物有助于显微组织并且充当氢的捕获位点。为了有效地表现出以上效果，优选添加0.01％或更多的Mo。然而，如果含量过多，则在热轧之后在冷却期间可能出现硬质组织，并且形成粗碳氮化物，降低钢的延展性，因此Mo的含量的上限可以限制为0.4％。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材还可以包含Cu和Ni中的至少一者。
Cu的含量为0.01％至0.4％。
铜(Cu)是改善耐腐蚀性的元素，并且可以添加0.01％或更多。然而，如果含量过多，则脆性性能在热轧期间劣化，引起诸如开裂的问题，因此Cu的含量的上限可以限制为0.4％。
Ni的含量为0.01％至0.6％。
镍(Ni)是添加以改善淬透性和韧性的元素，其可以以至少0.01％添加。然而，如果含量过多，则残余奥氏体含量增加而降低疲劳寿命，由于Ni价格高可导致制造成本的迅速增加，而Ni的含量的上限可以限制为0.6％。
本公开内容的剩余组分为铁(Fe)。然而，在正常的制造过程中，可能不可避免地混入来自原材料或周围环境的非预期的杂质，并因此无法排除。由于这些杂质对于普通制造过程中的任何技术人员都是已知的，因此杂质在本说明书中没有特别提及。
满足上述合金组成的本公开内容的线材的显微组织由铁素体和珠光体的混合组织构成，并且珠光体组织被再次分成其中渗碳体具有一个方向的团。同时，当用电子背散射衍射(EBSD)装置测量线材的晶粒尺寸时，在不区分铁素体与团的情况下测量平均尺寸。
在满足上述合金组成的本公开内容的线材中，显微组织相分数以面积比率计，铁素体为5％至37％，以及剩余部分为珠光体，并且不存在贝氏体或马氏体。此外，珠光体的团尺寸为1.7μm至5.6μm。
优选的是，满足上述合金组成的本公开内容的线材的平均晶粒尺寸为13.2μm或更小。
具有如上述晶粒尺寸的线材可以通过控制前述合金组成并优化之后将描述的线材轧制和冷却工艺来获得。
为了减小弹簧用线材的晶粒尺寸，减小作为轧制之前的材料的坯料的晶粒尺寸，并且同时，作为在轧制之后刚好在开始冷却之前的点的精轧温度是重要的。具体地，通过控制坯料的加热温度，使作为在轧制之前的材料的坯料的晶粒尺寸细化，并且同时可以通过控制精轧温度有效地控制奥氏体晶粒尺寸。
在下文中，将详细地描述作为本公开内容的另一个方面的制造具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法。
本公开内容的弹簧用线材可以在制造具有上述合金组成的坯料之后，通过再加热-线材轧制-冷却工艺来制造。
特别地，根据本公开内容的另一个方面的制造弹簧用线材的方法可以包括：制造满足上述合金组成的坯料；在800℃至950℃下加热坯料；在700℃至1,100℃下对经加热的坯料进行精轧，并进行卷绕以制造线材；以及使线材以5℃/秒更小的冷却速率进行冷却。
在制造坯料之后，优选地经历使坯料均质化的加热步骤。通过加热工艺，可以防止坯料的晶粒尺寸变粗。
为了这个目的，优选地在800℃至950℃的温度范围内加热坯料。如果加热温度小于800℃，则轧辊的负荷增加，并且铸造期间产生的粗大的碳化物均不溶解，使得合金元素不能均匀地分布在奥氏体中，另一方面，当温度超过950℃时，坯料的晶粒粗大地形成，因此即使在相同的轧制条件下对线材进行热轧，也难以确保最终线材中的目标水平的晶粒尺寸。
随后，使经加热的坯料经受700℃至850℃下的精轧以制造线材。精轧温度是最终确定线材的晶粒尺寸的重要因素，因为冷却在精轧之后立即开始。当精轧温度小于700℃时，轧辊的负荷增加，另一方面，当温度超过850℃时，在冷却开始之前的奥氏体晶粒尺寸增加，并且在最终冷却之后晶粒尺寸变粗，这可能降低延展性。
此后，使线材经受卷绕以及以5℃/秒或更小的冷却速率进行冷却。优选地通过冷却制造具有珠光体组织的线材。
卷绕之后的冷却速率是重要的因素，因为取决于该范围，在产生铁素体之后转变珠光体未完成的情况下，可能形成诸如贝氏体或马氏体的硬质组织，或者可能严重地发生脱碳。
如果在冷却期间产生硬质组织，则在拉拔线材以获得适当直径的弹簧用钢丝的工艺中，材料断开或者拉拔变得不可能。此外，当严重地发生脱碳时，表面部分的硬度降低，从而降低了弹簧的腐蚀疲劳性能。
如果冷却速率超过5℃/秒，则存在的问题在于，在冷却期间产生硬质组织并且可能无法确保用于完成珠光体转变的足够时间，因此，在本公开内容中，在卷绕之后的冷却速率限制为5℃/秒或更小。
此时，可以在820℃或更低的温度范围内开始冷却。冷却起始温度意指在精热轧之后的温度，温度越低，越优选。如果冷却起始温度超过820℃，则由于可能无法提供足够的变形能而难以细化晶粒。
在下文中，将详细地描述作为本公开内容的又一个方面的制造具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝的方法。
根据本公开内容的又一个方面，制造弹簧用钢丝的方法可以包括：对线材进行拉拔以制造钢丝；通过在850℃至1,000℃的范围内加热钢丝，然后将其保持至少1秒来使钢丝奥氏体化；以及在25℃至80℃的范围内对经奥氏体化的钢丝进行淬火，以及在350℃至500℃的范围内进行回火。
对由此获得的线材进行拉拔以获得钢丝。
此后，进行奥氏体化步骤。在850℃至1,000℃的范围内的温度下对钢丝进行热处理。此时，优选的是，热处理保持时间为1秒或更多。
近年来，感应热处理设备越来越多地用于制造弹簧用钢丝，在这种情况下，如果热处理保持时间小于1秒，则铁素体组织和珠光体组织可能无法被充分加热，并因此可能无法转变成奥氏体。
随后，使经奥氏体化的钢丝经受25℃至80℃的范围内的淬火，以及350℃至500℃的范围内的热处理(回火)。热处理是用于确保本公开内容所期望的机械性能的步骤，并且是确保韧性和强度所需的。
如果回火温度小于350℃，则无法确保韧性并且存在在成型和生产条件下损坏的风险，如果其超过500℃，则可能由于强度的急剧降低而难以确保高强度。
在下文中，将通过实施方案更详细地描述本公开内容。然而，应当注意的是，以下实施例仅旨在更详细地说明本公开内容并且不旨在限制本公开内容的范围。这是因为本公开内容的范围由权利要求中所描述的事项以及由此合理推断的事项来确定。
在通过一系列的铸造工艺制备具有下表1中所示的合金组成的铸件之后，在下表2中所示的条件下通过再加热-热轧-冷却工艺来制造各线材。
此后，使线材经受在975℃下加热15分钟的奥氏体化步骤，然后通过浸入70℃的油中进行淬火。随后，在390℃下进行回火处理30分钟以制造钢丝。
在下文中，将通过实施方案更详细地描述本公开内容。然而，应当注意的是，以下实施例仅旨在更详细地说明本公开内容并且不旨在限制本公开内容的范围。这是因为本公开内容的范围由权利要求中所描述的事项以及由此合理推断的事项来确定。
在通过一系列的铸造工艺制备具有下表1中所示的合金组成的铸件之后，在下表2中所示的条件下通过再加热-热轧-冷却工艺来制造各线材。
此后，使线材经受在975℃下加热15分钟的奥氏体化步骤15分钟，然后通过浸入70℃的油中进行淬火。随后，在390℃下进行回火处理30分钟以制造钢丝。
[表1]
类别 C Si Mn Cr V Ti Nb Mo Cu Ni
发明例1 0.55 1.51 0.67 0.69 - - - - - -
发明例2 0.52 1.49 0.68 0.62 0.10 - - - - 0.27
发明例3 0.61 1.65 0.56 0.58 - 0.03 0.02 0.12 0.17 0.21
发明例4 0.53 1.50 0.69 0.63 - - - - - -
发明例5 0.51 1.52 0.40 0.31 0.09 - 0.02 0.11 0.21 0.22
比较例1 0.61 1.48 0.43 0.33 0.11 - 0.03 - 0.18 0.43
比较例2 0.52 1.64 0.55 0.51 - 0.02 0.02 - 0.20 0.26
比较例3 0.53 2.25 0.52 0.29 0.12 - 0.02 0.12 - 0.28
[表2]
Figure BDA0003020039450000111
下表3中示出了线材的晶粒尺寸、硬质组织的存在或不存在、夏比U型缺口能以及钢丝的晶粒尺寸、夏氏冲击能、在淬火和回火热处理之后的拉伸强度和相对腐蚀疲劳寿命。
晶粒尺寸使用电子背散射衍射(EBSD)装置来测量。
夏氏冲击能通过根据ASTM E23标准处理冲击试样来测量。
拉伸强度通过以下测量：在根据ASTM E8标准将经热轧的线材处理成拉伸试样之后，按照上述钢丝制造方法之后进行拉伸测试。
对于相对腐蚀疲劳寿命，重复以下周期14次，然后进行旋转弯曲疲劳测试，从而测量腐蚀疲劳寿命：在所述周期中，将经回火的钢丝试样放入盐水喷雾测试机中，在35℃的气氛下喷雾5％盐水4小时，将钢丝在25℃的温度和50％的湿度的气氛下干燥4小时，并将钢丝在40℃的气氛下润湿16小时直至湿度变为100％。此时，疲劳测试的速度为3,000rpm，施加至试样的重量为拉伸强度的40％，各测试10个试样，计算除了具有最高疲劳寿命的试样和具有最低疲劳寿命的试样之外的8个试样的疲劳寿命的平均值，并且将所获得的平均值定义为试样的腐蚀疲劳寿命。在下表3中，当比较例1的腐蚀疲劳寿命为1时，示出了其余试样的相对腐蚀疲劳寿命。
[表3]
Figure BDA0003020039450000131
将比较例1至3描述为比较例，因为虽然合金组成满足本公开内容中的提议，但是制造工艺条件不同于本公开内容。特别地，在比较例1中，坯料的加热温度为1,025℃，其在800℃至950℃的范围之外，比较例2的精轧温度为874℃，其在700℃至850℃的范围之外，以及在比较例3中，轧制之后的冷却速率为5.8℃/秒，超过5℃/秒。
图1和图2分别是用电子背散射衍射装置拍摄以测量比较例1和发明例3中的线材的晶粒尺寸的显微组织照片。
参照图1和图2，虽然在比较例1的情况下晶粒尺寸是粗的，但是可以确定在发明例3中平均晶粒尺寸是细的。
此外，参照表3，在比较例的情况下热轧线材的晶粒尺寸在18.4μm至20.2μm的范围内，但在发明例的情况下其为5.1μm至13.2μm，这比比较例的更细，并且在比较例的情况下夏氏冲击能值为14J/cm2至29J/cm2的水平，但在发明例的情况下显示出38J/cm2至56J/cm2的高值，并且可以确定韧性得到改善。
因此，根据本公开内容中提出的合金组成和制造条件获得的线材具有优异的韧性并且可以合适地用于弹簧。
另一方面，在比较例3的情况下，作为分析线材的显微组织的结果，发现在产生铁素体之后转变珠光体未完成，导致诸如贝氏体或马氏体的硬质组织的产生。这是因为冷却速率超过5℃/秒并且不可以确保足够的时间以完成转变珠光体。
图3和图4分别是用电子背散射衍射装置拍摄以测量比较例1和发明例3中的钢丝的晶粒尺寸的显微组织照片。
参照图3和图4，可以确定与比较例1相比，在实施例3中在经受热处理的钢丝中细化地形成了晶粒。
此外，参照表3，在比较例和发明例二者中经热处理的钢丝表现出在2,000MPa附近的拉伸强度。在比较例的情况下晶粒尺寸在12.8μm至15.0μm的范围内，在发明例的情况下，可以确定晶粒尺寸为3.1μm至10.3μm，其与比较例相比显著更细。
图5是示出了根据本公开内容的一个实施方案的弹簧用线材的晶粒尺寸、韧性、和相对腐蚀疲劳寿命之间的相关性的图。
图6是示出了根据本公开内容的一个实施方案的弹簧用钢丝的晶粒尺寸、韧性、和相对腐蚀疲劳寿命之间的相关性的图。
参照图5和图6，可以确定弹簧用热轧线材和钢丝的平均晶粒尺寸越小，夏氏冲击能值增加，并且相对腐蚀疲劳寿命得到改善。
特别地，根据表3，在比较例的情况下夏氏冲击能值在14J/cm2至28J/cm2的水平，但在发明例的情况下其为45J/cm2至68J/cm2的高值，并且可以确定韧性得到改善。此外，在比较例的情况下相对腐蚀疲劳寿命为0.96至1.00，而在发明例的情况下其为2.38至11.4，可以确定与比较例相比腐蚀疲劳性能得到显著改善。
在前述中，已经描述了本公开内容的示例性发明例，但本公开内容不限于此，并且相关技术领域中的普通技术人员不脱离所附权利要求的概念和范围。将理解的是，各种改变和修改是可能的。
工业适用性
由于改善了腐蚀疲劳性能和韧性，因此根据本发明的线材和钢丝可以用作诸如悬架弹簧、扭杆、稳定器等的材料。

Claims (10)

1.一种具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材，所述线材以重量百分比计包含，碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，
晶粒尺寸为13.2μm或更小，以及
夏氏冲击能为38J/cm2或更大。
2.根据权利要求1所述的线材，其中所述线材的显微组织以面积分数计包含5％至37％的铁素体，以及
剩余部分为包含珠光体的混合组织。
3.根据权利要求1所述的线材，其中
所述线材还包含选自钒(V)：0.01％至0.2％、铌(Nb)：0.01％至0.1％、钛(Ti)：0.01％至0.15％、和钼(Mo)：0.01％至0.4％中的一种或更多种元素。
4.根据权利要求1所述的线材，其中
所述线材还包含选自铜(Cu)：0.01％至0.4％和镍(Ni)：0.01％至0.6％中的一种或更多种元素。
5.一种制造具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法，所述方法包括：制造包含碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的坯料；
在800℃至950℃下加热所述坯料；
在700℃至1,100℃下对经加热的坯料进行精轧，以及进行卷绕以制造线材；以及
使所述线材以5℃/秒或更小的冷却速率进行冷却。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
所述坯料还包含选自钒(V)：0.01％至0.2％、铌(Nb)：0.01％至0.1％、钛(Ti)：0.01％至0.15％、和钼(Mo)：0.01％至0.4％中的一种或更多种元素。
7.根据权利要求5所述的方法，其中
所述坯料还包含选自铜(Cu)：0.01％至0.4％和镍(Ni)：0.01％至0.6％中的一种或更多种元素。
8.根据权利要求5所述的方法，其中
所述线材的冷却起始温度能够为820℃或更低。
9.一种具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝，所述钢丝以重量百分比计包含，碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，
晶粒尺寸为10.3μm或更小，以及
夏氏冲击能值为45J/cm2或更大。
10.一种制造具有改善的韧性和腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝的方法，所述方法包括：对包含碳(C)：0.4％至0.7％、硅(Si)：1.2％至2.3％、锰(Mn)：0.2％至0.8％、铬(Cr)：0.2％至0.8％、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的线材进行拉拔以制造钢丝；
通过在850℃至1,000℃的范围内加热所述钢丝，然后将其保持至少1秒来使所述钢丝奥氏体化；以及
在25℃至80℃的范围内对经奥氏体化的钢丝进行淬火，以及在350℃至500℃的范围内进行回火。
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