CN116724139A - 具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材和弹簧用钢丝、弹簧及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材和弹簧用钢丝、弹簧，及其制造方法。根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、以及作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，Mo/V为1.5或更小，以及在C截面中显微组织包含60％或更多的珠光体组织。

Description

具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材和弹簧用钢 丝、弹簧及其制造方法
技术领域
本公开内容涉及具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材和弹簧用钢丝、弹簧、及其制造方法。更具体地，其涉及作为即使在高温下也可以容易地渗氮的用于2200MPa级超高强度传动装置的弹簧钢的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的线材、钢丝和弹簧及其制造方法，
背景技术
随着对用于车辆的减重的汽车部件的减重的持续需求，用于汽车传动装置的弹簧也需要高强度。然而，高强度弹簧材料的减小的线径导致对夹杂物的敏感性增加，因此降低疲劳极限。为了解决这一问题，弹簧制造商通过经渗氮保持强度并改善表面硬度来提高弹簧材料的疲劳极限。
通常，渗氮在500℃或更高下进行。但是，对于弹簧钢，在420℃至450℃下进行处理以防止强度劣化，并且热处理进行10小时或更久以确保足够的氮渗透深度。由于弹簧钢的回火热处理温度通常为450℃或更低，因此如果在420℃至450℃下进行长时间渗氮，大多数弹簧钢的强度大大降低。因此，为了防止强度的降低，通过适当添加碳化物形成元素如Cr、Mo和V来进行渗氮。
虽然大量添加碳化物形成元素如Cr、Mo和V可以防止渗氮期间强度的降低，但是由于低温组织的形成而在线材的生产期间可能发生断裂，并且由于用于获得珠光体组织的恒温转变(LP；铅淬火(lead patenting))时间大大增加，因此生产几乎是不可能的。同时，弹簧制造商想要通过在可能缩短渗氮时间的最高温度下进行渗氮来减少工艺时间，并且同时，需要在现场生产率方面没有问题的高强度线材。
因此，需要开发具有确保的疲劳极限和渗氮特性并且同时具有优异生产率的高强度线材和钢丝。
发明内容
技术问题
在一个方面，本公开内容旨在提供具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材和弹簧用钢丝、高强度弹簧，及其制造方法。
技术方案
根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，Mo/V为1.5或更小，以及在C截面中显微组织包含60％或更多的珠光体组织。
在本公开内容的一个实施方案中，线材的原奥氏体平均晶粒尺寸可以为25μm或更小。
在本公开内容的一个实施方案中，在100mm L截面分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处，线材可以具有少于0.2个平均晶粒直径为10μm或更大的VN析出物。
在本公开内容的一个实施方案中，线材可以包含每10×10μm2 10个或更多(V，Mo)C碳化物，所述(V，Mo)C碳化物具有在碳化物中10原子％或更大的Mo+V含量和50nm或更小的平均晶粒直径。
在本公开内容的一个实施方案中，线材可以具有1400MPa或更小的抗拉强度和40％或更大的断面收缩百分比。
根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材的方法包括：将初轧方坯(bloom)在1200℃或更高下加热，然后将其轧制成小方坯(billet)，所述初轧方坯按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，以及Mo/V为1.5或更小；将小方坯在1050℃或更高下保持180分钟；通过将小方坯在1000℃或更低下进行轧制来获得线材；将经轧制的线材在900℃或更低下进行卷绕；以及将经卷绕的线材以2℃/秒或更低的冷却速率进行冷却。
根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用钢丝的方法包括：将弹簧用线材在900℃至1050℃下加热，然后在650℃至750℃下淬火以进行恒温转变；以及通过对线材进行拉拔来制备钢丝。
在本公开内容的一个实施方案中，该方法在恒温转变步骤之前还可以包括：将线材在650℃至750℃下加热的步骤；以及对经加热的线材进行酸洗的步骤。
在本公开内容的一个实施方案中，恒温转变可以在150秒内进行。
在本公开内容的一个实施方案中，该方法还可以包括对钢丝进行QT热处理。
根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用钢丝按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，Mo/V为1.5或更小，以及显微组织包含90％或更多的回火马氏体。
在本公开内容的一个实施方案中，钢丝的原奥氏体平均晶粒尺寸可以为25μm或更小。
在本公开内容的一个实施方案中，在100mm L截面分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处，钢丝可以具有少于0.2个平均晶粒直径为10μm或更大的VN析出物。
在本公开内容的一个实施方案中，钢丝可以具有2100MPa或更大的抗拉强度和40％或更大的断面收缩百分比。
在本公开内容的一个实施方案中，钢丝可以包含每10×10μm2 10个或更多(V，Mo)C碳化物，所述(V，Mo)C碳化物具有在碳化物中10原子％或更大的Mo+V含量以及50nm或更小的平均晶粒直径。
根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧的方法包括：将弹簧用钢丝冷成形为弹簧形状的步骤；对成形的弹簧进行去应力热处理的步骤；以及在420℃至450℃下进行渗氮10小时或更久的步骤。
根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，以及Mo/V为1.5或更小，并且具有800Hv或更高的表面硬度，以及在C截面中从线径的1/4至3/4的区域中具有600Hv或更高的硬度。
有益效果
根据本公开内容的一个方面，通过尽可能地防止低温组织的形成，限制晶粒尺寸，防止氮化物形成以及使(Mo，V)C碳化物均匀分布，可以提供具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的线材、钢丝和弹簧，及其制造方法。
具体实施方式
根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，Mo/V为1.5或更小，以及在C截面中显微组织包含60％或更多的珠光体组织。
发明实施方式
本说明书没有描述实施方案的所有要素，并且省略了对本公开内容所属技术领域中一般内容的描述。
当一部分被描述为“包括”某一组成部分时，除非上下文中另有明确说明，否则其意指还可以包括其他组成部分。
除非上下文另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。
在下文中，详细描述本公开内容。
提供以下实施方案以向本公开内容所属技术领域的普通技术人员充分传达本公开内容的技术构思。本公开内容不限于本文中所提供的实施方案，而是可以以其他形式体现。
本公开内容的发明人发现通过抑制线材制造期间的晶粒尺寸，防止氮化物形成，使细小碳化物尽可能均匀地分布，以及使在线材冷却期间低温组织的形成最少化，可以改善钢丝制造的生产率，并且可以确保弹簧的渗氮特性，并且完成了本公开内容。
根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质。
将详细描述合金组成受限的原因。除非另有说明，否则组成意指重量％。
C的含量为0.6％至0.7％。
C是为了确保产品的强度而添加的元素。如果C的含量小于0.6％，则难以确保目标强度。此外，如果C含量超过0.7％，则QT热处理之后的冲击特性大大降低，并且在线材生产期间低温组织形成的风险大大增加，导致线材品质差。此外，由于钢丝制造期间的LP热处理大大增加，因此生产率可能降低。因此，在本公开内容中，将C含量限制为0.6％至0.7％。
Si的含量为2.0％至2.5％。
Si是不仅用于钢的脱氧而且还用于通过固溶强化确保强度的元素。其对于渗氮是必要的，因为其抑制渗氮期间钢丝强度的下降。在本公开内容中，以2.0％或更大的量添加Si，因为其显著改善弹簧的重要特性变形强度。但是，如果Si含量超过2.5％，则可能引起表面脱碳，并且可加工性可能不令人满意。因此，在本公开内容中，根据目标强度和加工程度，将其含量限制为2.0％至2.5％。
Mn的含量为0.2％至0.5％。
Mn为改善淬透性的元素。其是为了形成高强度回火马氏体组织而必需添加的元素之一。其对于将杂质S固定为MnS并使其无害也是必要的。如果Mn含量小于0.2％，则无法充分实现期望的效果。此外，如果Mn含量超过0.5％，则品质可能由于偏析而劣化。此外，没有必要添加0.5％或更多的Mn，因为可以确保足够的淬透性。因此，在本公开内容中，将Mn含量限制为0.2％至0.5％。
Cr的含量为0.9％至1.6％。
Cr是用于渗氮的钢的必需元素，由于其有效于与Mn一起改善淬透性，并大大地改善渗氮期间的耐回火性。如果Cr含量小于0.9％，则无法足够地实现期望的效果。此外，如果Cr含量超过1.6％，则钢丝的韧性大大降低。因此，在本公开内容中，将Cr含量限制为0.9％至1.6％。
Cr+Mn为1.8％或更小。
如果Cr+Mn含量超过1.8％，则在线材的冷却期间可能形成低温组织如贝氏体或马氏体，并且在LP热处理期间可能需要长时间来进行珠光体转变。在本公开内容中，Cr+Mn被控制为1.8％或更小，使得在线材的冷却期间，在C截面(垂直于轧制方向的截面)中诸如贝氏体或马氏体的低温组织的形成可以保持在40％或更低，以及在LP热处理期间，珠光体转变可以在150秒内完成。
P的含量为0.015％或更少。
P为在晶界中偏析并降低韧性和抗氢致延迟断裂性的元素。因为其在钢材中优选被排除，所以其上限被设定为0.015％。
S的含量为0.01％或更少。
与P一样，S在晶界中偏析，并通过形成MnS而降低韧性和抗氢致延迟断裂性。因此，添加量被限制为0.01％或更低。
Al的含量为0.01％或更少。
铝为强效脱氧元素，其通过去除钢中的氧来改善洁净度。但是，由于Al可以通过形成Al2O3夹杂物而降低抗疲劳性，因此在本公开内容中，Al含量被限制为0.01％或更低。
N的含量为0.007％或更低。
虽然N为杂质，但其在热处理期间通过与Al或V结合而形成不溶解的粗大AlN或VN析出物。因此，在本公开内容中，N含量被限制为0.007％或更低。
Mo的含量为0.1％至0.25％。
Mo是为了改善渗氮用材料的耐回火性而添加的必要元素。由于Mo在回火期间通过与V一起形成碳化物而增加钢的强度，并且即使在长时间热处理期间也保持强度，因此Mo以0.1％或更大的量添加。但是，如果Mo的添加量超过0.25％，则因为珠光体形成被阻止，所以由于在轧制之后形成低温组织而线材的品质可能不令人满意，并且因为在拉拔之前在LP热处理期间珠光体转变被抑制，所以生产率可能大大降低。因此，在本公开内容中，将Mo含量限制为0.25％或更低。
V的含量为0.1％至0.25％。
V与Mo一起是为了改善渗氮用材料的耐回火性而添加的必要元素。此外，V在回火期间通过形成碳化物而增加钢的强度，并且即使在长时间渗氮期间也保持强度。此外，V在线材的生产期间由于其促进珠光体的转变而可以抑制低温组织的形成，并且其通过减少在LP热处理期间的恒温转变时间而可以提高钢丝制造的生产率。但是由于V在线材生产期间可能导致形成粗大氮化物，并且如果添加量增加则应提高用于线材轧制的加热炉的温度，因此将V含量的上限限制为0.25％。
Mo/V的比率为1.5或更小。
如上所述，Mo是用于改善渗氮用材料的耐回火性的必需元素。然而，由于Mo抑制珠光体组织的形成，因此其与减少珠光体转变时间的V一起添加，并且将Mo/V的比率限制为1.5或更小。通过将Mo/V比率限制为1.5或更小，可以抑制线材冷却期间低温组织的形成，并且可以减少LP热处理期间珠光体转变时间。
合金组成的剩余组分为Fe。但是，本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材可能包含普通钢生产过程中可能包含的其他杂质。这些杂质是本公开内容所属领域的普通技术人员公知的，并且在本公开内容中其类型和含量没有具体限制。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材可以具有原奥氏体平均晶粒尺寸为25μm或更小的显微组织。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材在C截面(垂直于轧制方向的截面)中可以包含60％或更多的珠光体组织以及作为剩余部分的贝氏体或马氏体组织。具体地，其可以包含80％或更多的珠光体组织。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材在100mm L截面(平行于轧制方向的截面)分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处可以具有少于0.2个平均晶粒直径为10μm或更大并且包含10原子％或更多V的VN析出物。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材可以包含每10×10μm2 10个或更多(V，Mo)C析出物，所述(V，Mo)C析出物具有10原子％或更大的Mo+V含量和50nm或更小的平均晶粒直径。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材的抗拉强度可以为1400MPa或更低。
接下来，将描述根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材的方法。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材可以通过各种方法制造而没有特别限制。作为一个实施方案，其可以通过以下方法制造。
根据本公开内容的具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材可以通过以下方法制造，该方法包括：将初轧方坯在1200℃或更高下加热然后将其轧制成小方坯的步骤，所述初轧方坯按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，以及Mo/V为1.5或更小；将小方坯在1050℃或更高下保持180分钟的步骤；将小方坯在1030℃至1060℃下取出，然后通过将小方坯在1000℃或更低下进行轧制来获得线材的步骤；将经轧制的线材在900℃或更低下进行卷绕的步骤；以及将经卷绕的线材以2℃/秒或更低的冷却速率进行冷却的步骤。
在下文中，将详细描述每个步骤。
首先，将满足上述组成的初轧方坯在1200℃或更高下加热并通过对初轧方坯进行轧制来获得小方坯。
进行加热以除去钢中的所有氮化物。如果温度低于1200℃，则无法充分除去氮化物。因此，将加热温度的下限限制为1200℃。
然后，将经轧制的小方坯在1050℃或更高下保持180分钟。如果温度低于1050℃或时间短于180分钟，则由于V未充分溶解而可能无法获得足够的碳化物，并因此可能使最终产品的耐回火性变差。因此，在本公开内容中，可以将小方坯在1050℃或更高下保持180分钟。
将小方坯在1030℃至1060℃下取出，然后在1000℃或更低下轧制成线材。如果轧制温度为1000℃或更高，则原奥氏体晶粒尺寸可能增加并且在线材的冷却期间可能由Si引起表面脱碳。此外，由于将后面过程中的卷绕温度限制为900℃或更低，因此如果可能的话，将轧制温度限制为1000℃或更低。
将经轧制的线材在900℃或更低下进行卷绕，并通过以0.5℃/秒至2℃/秒的冷却速率缓慢冷却来获得根据本公开内容的线材。如果冷却速率低于0.5℃/秒，则可能发生脱碳。此外，如果冷却速率超过2℃/秒，则可能由于低温组织的形成而发生断裂。因此，在本公开内容中，将卷绕之后的冷却速率限制为0.5℃/秒至2℃/秒。
根据本公开内容制造的弹簧用线材在C截面(垂直于轧制方向的截面)中可以包含60％或更多的珠光体组织以及作为剩余部分的贝氏体或马氏体组织。具体地，其可以包含80％或更多的珠光体组织。
此外，根据本公开内容的弹簧用线材的原奥氏体平均晶粒尺寸为25μm或更小。此外，所述弹簧用线材在100mm L截面(平行于轧制方向的截面)分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处，具有少于0.2个平均晶粒直径为10μm或更大并且包含10原子％或更多V的VN析出物，并且所述弹簧用线材包含每10×10μm2 10个或更多(V，Mo)C析出物，所述(V，Mo)C析出物具有10原子％或更大的Mo+V含量和50nm或更小的平均晶粒直径。
也就是说，根据本公开内容的弹簧用线材由于原奥氏体晶粒尺寸受到控制，VN氮化物的形成被抑制，并且(V，Mo)C碳化物均匀分布，因此可以在弹簧的制造期间确保优异的渗氮特性。
此外，根据本公开内容的弹簧用线材可以具有1400MPa或更低的抗拉强度和40％或更高的断面收缩率。
然后，将描述使用根据本公开内容的弹簧用线材制造弹簧用钢丝的方法。根据本公开内容的弹簧用钢线通过对以上制备的线材进行拉拔来制造。
根据本公开内容的一个实施方案的用于制造高强度弹簧用钢丝的方法包括：对根据本公开内容的线材进行LA热处理的步骤；进行LP热处理的步骤；以及通过对线材进行拉拔来制备钢丝的步骤。
首先，使根据本公开内容制造的线材在650℃至750℃下经受低温退火(low-temperature annealing，LA)处理。通过LA热处理，线材的强度降低至1200MPa或更低。如果需要，在本公开内容中可以省略LA热处理。
随后，对经LA热处理的线材进行酸洗，在900℃至1050℃下加热10分钟，然后在该温度下保持5分钟或更短时间。在900℃至1050℃下再加热是为了获得奥氏体组织并进行15分钟或更短时间。由于如果该热处理超过15分钟则可能获得粗大奥氏体组织，因此将该热处理限制在15分钟内。然后，使经加热的线材经由通过650℃至750℃的铅浴来淬火(LP；铅淬火)3分钟或更短时间以进行恒温转变从而获得珠光体组织。如果铅浴的温度低于650℃，则可能形成低温组织。此外，如果其超过750℃，则珠光体组织的密度可能减小。因此，将铅浴温度限制为650℃至750℃。此外，在本公开内容中，将Mo/V比率控制为1.5或更小并且将Mn+Cr控制为1.8％或更小以将珠光体转变时间减少在150秒内并确保LP热处理期间的生产率。
然后，通过对经LP热处理的线材进行拉拔来制备钢丝。所制备的钢丝可以具有5mm的线径。如果再次进行LP热处理，则线径可以为2mm或更小。
此外，根据本公开内容制造的钢丝可以具有珠光体组织。
根据本公开内容的珠光体钢丝可以通过QT过程转变为回火马氏体组织，以确保2100MPa或更高的超高强度和本公开内容所期望的韧性。
为了确保回火马氏体组织，首先将根据本公开内容制备的珠光体钢丝在900℃至1000℃下加热5分钟或更短时间并在该温度下保持10分钟或更短时间。然后，将经加热的钢丝在70℃或更低的油中淬火并在该温度下保持2分钟或更短时间，以获得具有马氏体组织的钢丝。
然后，将具有马氏体组织的经淬火的钢丝在450℃至500℃下再加热3分钟或更短时间，并在该温度下保持5分钟或更短时间。将经再加热的钢丝在70℃或更低的油中淬火以获得具有回火马氏体组织的高强度弹簧用钢丝。
淬火温度为450℃至550℃。如果淬火温度低于450℃，则由于强度太高可能无法确保足够的韧性。此外，如果其超过550℃，则不能确保本公开内容所期望的强度。因此，将淬火温度限制为450℃至500℃。
根据本公开内容制造的高强度弹簧用钢丝可以具有包含90％或更多的回火马氏体的显微组织。
根据本公开内容的高强度弹簧用钢丝具有25μm或更小的原奥氏体平均晶粒尺寸，并且在100mm L截面(平行于轧制方向的截面)分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处，没有平均晶粒直径为10μm或更大的VN析出物。此外，根据本公开内容的高强度弹簧用钢丝包含每10×10μm2 10个或更多(V，Mo)C析出物，所述(V，Mo)C析出物具有10原子％或更大的Mo+V含量和50nm或更小的平均晶粒直径。
根据本公开内容的弹簧用钢丝由于原奥氏体晶粒尺寸受到控制，VN氮化物的形成抑制，并且(V，Mo)C碳化物均匀分布，因此在弹簧的制造期间确保优异的渗氮特性。
此外，根据本公开内容的高强度弹簧用钢丝可以具有2100MPa或更高的抗拉强度和40％或更高的断面收缩率(reduction in area，RA)。
接下来，将描述使用根据本公开内容的高强度弹簧用钢丝制造传动装置用弹簧的方法。根据本公开内容的传动装置用弹簧可以通过常见方法制造。例如，其可以通过以下方法制备。
在将根据本公开内容的高强度弹簧用钢丝冷成形成弹簧，然后进行去应力热处理和渗氮之后，最终可以通过喷丸处理制造传动装置用弹簧。
渗氮可以在420℃至450℃下进行10小时或更长时间。如果渗氮温度低于420℃，则氮可能无法适当地渗入到表面中。此外，如果渗氮温度超过450℃，则由于芯部的硬度降低，可能无法确保期望的弹簧强度。因此，在本公开内容中，将渗氮温度限制为420℃至450℃，以及将渗氮时间限制为10小时或更长时间。
通过控制弹簧用钢丝的原奥氏体晶粒尺寸，抑制VN氮化物的形成，以及使(V，Mo)C碳化物均匀分布，根据本公开内容的传动装置用弹簧在弹簧的制造期间可以确保优异的渗氮特性。
在渗氮之后，弹簧的疲劳极限与渗氮之前相比可以提高10％或更多。在此，疲劳极限是指在疲劳测试中可以承受107次或更多次重复负载循环的极限。
此外，与渗氮之前相比，在渗氮之后，弹簧强度的下降可以减小至10％或更小。
此外，弹簧可以具有渗氮之后800Hv或更高的表面硬度，并且在C截面(垂直于轧制方向的截面)中从线径的1/4至3/4的区域中可以具有600Hv或更高的硬度。
由于渗氮可以在420℃至450℃的高温下进行，因此可以减少渗氮时间，并且可以实现优异的渗氮特性。
在下文中，通过实施例更详细地描述本公开内容。然而，实施例仅为了说明本公开内容而描述，并且本公开内容不受实施例限制。本公开内容的范围由所附权利要求和由此合理推断的事项来确定。
实施例_
将具有表1所述的合金组成的材料铸造成钢锭，然后在1200℃下进行均质化热处理之后，通过在将温度从1050℃降低至830℃时进行热轧至6.5mm的最终线径然后以1℃/秒的速率冷却来获得实施例和比较例的线材样品。然后，测量实施例和比较例的线材的抗拉强度、断面收缩率(RA)、珠光体分数、平均原奥氏体尺寸、在透射电子显微镜(TEM)分析时尺寸为50nm或更小的析出物的数量、以及通过扫描电子显微镜(SEM)100mm L截面分析时在每10mm长度的1mm表面深度处尺寸为10μm或更大的VN氮化物的数量。结果示于表2中。
[表1]
[表2]
然后，将比较例和实施例的6.5mm线材样品在720℃下热处理2小时(LA热处理)，酸洗，在980℃下热处理3分钟，然后在680℃下经受LP热处理。测量通过LP热处理转变为珠光体的时间，并且结果与Mo/V比率和Cr+Mn一起在表3中给出。
[表3]
然后，通过拉拔将珠光体线材样品制备成线径为3mm的钢丝。将所制备的钢丝在950℃下热处理5分钟，在60℃的油中淬火，然后在450℃至500℃下在3分钟内回火以获得QT钢丝样品。测量QT钢丝样品的抗拉强度和RA的结果示于表4中。然后，根据本公开内容的方法将QT钢丝样品制备成弹簧，并且通过在R(拉伸应力/压缩应力)＝-1的条件下进行疲劳试验来测量疲劳强度。随后，在450℃下对QT钢丝进行渗氮之后，测量在C截面中从线径的1/4至3/4的区域中在10个或更多个点处的硬度，然后求平均值。在相同条件下，在渗氮之前也测量疲劳强度。结果示于表4中。
[表4]
参照表2至表4，对于满足本公开内容的合金组成和制造条件的实施例1和2，线材的抗拉强度为1400MPa或更低，珠光体分数为60％或更高，每10×10μm2存在10个或更多(Mo，V)C析出物，QT热处理之后钢丝的强度为2100MPa或更高，RA为40％或更高，并且渗氮之后的疲劳强度增加10％或更大。相比之下，对于其中Mo含量与V相比过高的比较例1，珠光体分数为42％，表明在冷却期间没有形成足够的珠光体，珠光体转变时间超过150秒，以及抗拉强度为1400MPa或更高。对于其中V以0.3％的过多含量添加的比较例2，由于粗大VN在表面上的结晶，OT钢丝的RA低至38％，并且疲劳强度与其他样品相比非常差，为712MPa。
对于其中Mo过量添加的比较例3，线材的抗拉强度高于1400MPa，并且由于在整个C截面中形成低温组织，RA较差，为35％。此外，由于珠光体转变时间超过150秒，因此无法确保生产率。
对于其中满足Mo/V比率但Mn+Cr超过1.8％的比较例4，线材的抗拉强度高于1400MPa，并且由于因形成低温组织而珠光体转变时间超过150秒，因此无法确保生产率，如比较例3中那样。
对于其中V含量低的比较例5，OT钢丝的疲劳强度较差，为793MPa，在渗氮之后疲劳强度降低，并且疲劳特性没有得到改善。
本公开内容不受上述实施方案限制，并且本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求的概念和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
[工业适用性]
根据本公开内容的一个实施方案，可以提供具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材和弹簧用钢丝、弹簧，及其制造方法。

Claims (15)

1.一种具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材，按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中：
Cr+Mn为1.8％或更小，
Mo/V的比率为1.5或更小，以及
在C截面中显微组织包含60％或更多的珠光体。
2.根据权利要求1所述的弹簧用线材，其中原奥氏体的平均晶粒尺寸为25μm或更小。
3.根据权利要求1所述的弹簧用线材，其中在100mm L截面分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处，平均晶粒直径为10μm或更大的VN析出物少于0.2个。
4.根据权利要求1所述的弹簧用线材，其中所述线材每10×10μm2包含10个或更多(V，Mo)C碳化物，
其中所述(V，Mo)C碳化物具有10原子％或更大的Mo+V含量，以及平均晶粒直径为50nm或更小。
5.根据权利要求1所述的弹簧用线材，其中抗拉强度为1400MPa或更小，以及断面收缩率为40％或更大。
6.一种用于制造具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用线材的方法，包括：
将初轧方坯在1200℃或更高下加热，然后将其轧制成小方坯，所述初轧方坯按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，其中Cr+Mn为1.8％或更小，以及Mo/V为1.5或更小；
将所述小方坯在1050℃或更高下保持180分钟；
通过将所述小方坯在1000℃或更低下进行轧制来获得线材；
将经轧制的线材在900℃或更低下进行卷绕；以及
将经卷绕的线材以2℃/秒或更低的冷却速率进行冷却。
7.一种用于制造具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用钢丝的方法，包括：
将根据权利要求1至5中任一项所述的弹簧用线材在900℃至1050℃下加热，然后在650℃至750℃下淬火以进行恒温转变；以及
通过对所述线材进行拉拔来制备钢丝。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法在所述恒温转变之前还包括：
将所述线材在650℃至750℃下加热；以及
对经加热的线材进行酸洗。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述恒温转变在150秒内进行。
10.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括对所述钢丝进行QT热处理。
11.一种具有改善的抗疲劳性和渗氮特性的弹簧用钢丝，按重量％计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.5％的Mn、0.9％至1.6％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.007％或更少的N、0.1％至0.25％的Mo、0.1％至0.25％的V、作为余量的Fe和不可避免的杂质，
其中Cr+Mn为1.8％或更小，Mo/V的比率为1.5或更小，以及
显微组织包含90％或更多的回火马氏体。
12.根据权利要求11所述的钢丝，其中原奥氏体的平均晶粒尺寸为25μm或更小。
13.根据权利要求11所述的钢丝，其中在100mm L截面分析时，在每10mm长度的1mm表面深度处，平均晶粒直径为10μm或更大的VN析出物少于0.2个。
14.根据权利要求11所述的钢丝，其中抗拉强度为2100MPa或更大，以及断面收缩率为40％或更大。
15.根据权利要求11所述的钢丝，其中所述钢丝每10×10μm2包含10个或更多(V，Mo)C碳化物，
其中所述(V，Mo)C碳化物具有10原子％或更大的Mo+V含量，以及
平均晶粒直径为50nm或更小。
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