CN1875122B - 不锈钢线材、弹簧以及弹簧的制造方法 - Google Patents

不锈钢线材、弹簧以及弹簧的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐腐蚀性和疲劳强度二者均优异并可以生产性良好地制造的不锈钢线材。本发明的不锈钢线材是以质量％计，含有C：0.01～0.25、N：0.01～0.25、Mn：0.4～4.0、Cr：16～25、Ni：8.0～14.0，其余部分由铁和杂质构成，C和N满足0.15质量％≤C+N≤0.35质量％。另外，由线材加工引起的马氏体相为15体积％或15体积％以下，其余部分由奥氏体相构成，同时具有用X射线衍射法测定的钢线的长度方向的奥氏体相的衍射强度满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0二者的织构。

Description

不锈钢线材、弹簧以及弹簧的制造方法
技术领域
本发明涉及主要具有奥氏体相(γ相)金相的不锈钢线材、使用该不锈钢线材制造的弹簧、以及弹簧的制造方法。特别是，涉及最适合于在汽车或家庭用电气制品等中要求疲劳强度和耐腐蚀性二者的零部件或弹簧原材料的不锈钢线材。
背景技术
在汽车或家庭用电气制品等中使用的部件中，要求疲劳强度以及耐腐蚀性的弯曲弹簧或压缩螺旋弹簧等弹簧、扭杆、线束的增强线或者光缆的抗张力线等中，广泛使用加工度(断面收缩率)大、实施拉拔加工使拉伸强度提高的高强度不锈钢线材作为金属原材料。
为了兼备上述高强度(高疲劳强度)和耐腐蚀性，专利文献1或2中，在铁素体相和γ相的2相不锈钢中，进行成分调整、结晶粒径或形状的控制以及夹杂物控制。
另外，在专利文献3中，作为提高奥氏体类不锈钢线材的疲劳强度的方法，提出了进行拉拔加工时的温度控制，抑制加工诱发马氏体的发生，从而谋求抑制使用时由于马氏体的生成而引起的疲劳龟裂的发生和龟裂的传播。
另一方面，在对不锈钢进行伴随高断面收缩率的拉拔加工时，由于高加工引起的韧性的降低，担心在加工时断线。因此，在专利文献4、5中，进行钢中夹杂物尺寸控制和夹杂物生成元素的含量控制。
专利文献1：特公平7-91621号公报
专利文献2：特开平9-202942号公报
专利文献3：特公昭56-033163号公报
专利文献4：特许第3396910号公报
专利文献5：特开平11-315350号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述现有技术中，耐腐蚀性的提高是有限的，或者即使耐腐蚀性优异但生产效率的提高上是有限的，因此期望可以生产性更加良好地制造耐腐蚀性和疲劳强度二者都优异的不锈钢线材。
在专利文献1、2记载的不锈钢线材中，虽然可以得到与其他的碳素钢线相比为较高的耐腐蚀性，但由于是2相共存的不稳定的钢，因此不能期待与由奥氏体相1相构成的稳定型奥氏体类不锈钢线材同等程度的高耐腐蚀性。
在专利文献3记载的技术中，由于在拉丝加工时加热到特定温度，因此加工成本增加。
在专利文献4、5记载的技术中，需要由精练达到高度的成分调整，因此担心成本变高。另外，为达到高断面收缩率，只能提供钢线(产品)的线径为0.5mm或0.5mm以下的极细线，使用场所受到限制。
因此，本发明的主要目的在于，提供耐腐蚀性和疲劳强度二者均优异并可以生产性良好地制造的不锈钢线材。
另外，本发明的另一目的在于，提供使用上述耐腐蚀性和疲劳特性优异的不锈钢线材制作的弹簧。另外，本发明的再一个目的在于提供一种弹簧的制造方法，该方法是使用上述不锈钢线材，并可以制作拉伸强度进一步提高、疲劳强度也优异的弹簧的弹簧制造方法。
解决问题的方法
本发明通过指定金属成分的同时制成特定的金相来达到上述目的。特别是，作为金相，规定具有织构(集合組織)的金相。
即，本发明的不锈钢线材是以质量％计，含有C：0.01～0.25、N：0.01～0.25、Mn：0.4～4.0、Cr：16～25、Ni：8.0～14.0的化学成分，其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。特别是，C和N满足0.15质量％≤C+N≤0.35质量％。另外，作为金相，规定由拉丝加工诱发的马氏体相为15体积％或15体积％以下，其余部分由奥氏体相构成，同时规定具有织构，所述织构是钢线的长度方向的用X射线衍射法测定的奥氏体相的衍射强度满足I(200)/I(111)≥2.0、以及I(220)/I(111)≥3.0二者的织构。
除上述化学成分外，优选含有以质量％计Mo：0.4～4.0、Nb：0.1～2.0、Ti：0.1～2.0、Si：0.8～2.0中的至少一种。更加优选含有以质量％计Co：0.2～2.0。并且，这样的本发明的不锈钢线材适合使用于弹簧原材料。
下面，更为详细地说明本发明。首先，对本发明的不锈钢线材以及由该不锈钢线材制造的弹簧具有优异的机械特性(特别是耐疲劳特性)以及耐腐蚀性的原因说明如下。
通过在作为基质的奥氏体相中含有C、N等侵入型固溶元素，在进行奥氏体相(γ相)的相稳定化的同时，具有在晶格中生成变形而强化的固溶强化，或者使金相中的重排(転位)固定的效果(科特雷耳(コットレル)氛围气体下)。因此含有特定量的C和N的本发明的不锈钢线材以及使用该不锈钢线材制造的弹簧通过γ相的稳定化、固溶强化、重排的固定效果的协同效果而具有优异的耐腐蚀性以及机械特性(疲劳强度或拉伸强度)。特别是，通过进行添加Mo、Ti、Nb、Si等铁素体生成元素而进行固溶强化，可以具有与SUS316等同等程度的高耐腐蚀性或耐氢脆性，同时可以进一步提高拉伸强度或疲劳强度。
为了得到上述重排的固定效果，不锈钢中的C以及N的含量为0.15质量％≤C+N≤0.35质量％是特别有效的。更加优选0.25质量％≤C+N≤0.35质量％。在现有的耐腐蚀性优异的SUS304或SUS316等奥氏体类不锈钢中，C+N的含量不足0.15质量％，本发明人研究的结果得出以下发现：C+N的含量为0.15质量％或0.15质量％以上时，重排的固定可以更加有效地进行。但是，C+N的含量超过0.35质量％时，韧性不足，因此将上限规定为0.35质量％。
本发明的不锈钢线材的最具特征之处是，具有钢线的长度方向用X射线衍射法测定的奥氏体相的衍射强度满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0二者的织构。本发明的不锈钢线材的奥氏体相稳定，并且金相的几乎100％均为奥氏体相。对这样的稳定型奥氏体类不锈钢实施线拉伸时，如果断面收缩率超过某种程度的大小，具有在钢线的长度方向(线拉伸方向)统一成一定的结晶方位的织构。该织构通过结晶方位统一为一定的方位来强化组织。并且，本发明人研究的结果得出以下发现，当同时存在由该织构产生的组织强化和由于上述C、N等侵入型固溶元素的存在引起的机械特性的提高时，可以得到疲劳强度的进一步提高。因此，在本发明中，规定在具有上述组成的同时具有织构。特别是，由于奥氏体相结晶结构为面心立方晶格，结晶方位统一成[111]、[100]方向。因此，作为确认形成具体的织构的方法，在进行X射线衍射时，钢线长方向的奥氏体相的衍射强度满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0二者是有效的。如果I(200)/I(111)不足2.0，或者I(220)/I(111)不足3.0时，难以得到疲劳强度的显著提高。另外，所谓I(200)，表示在X射线衍射中(200)面的最强峰强度。同样，所谓I(220)，表示在X射线衍射中(220)面的最强峰强度，所谓I(111)，表示在X射线衍射中(111)面的最强峰强度。
为了制成奥氏体相的X射线衍射强度满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0二者的织构，例如，可以举出控制拉丝加工条件。具体地，可以举出，例如，进行总断面收缩率超过60％特别是70％或70％以上的强加工。作为拉丝加工方法，可以举出，例如，使用调整了孔形状的拉拔模等进行拉丝加工。作为拉拔模，可以举出，例如，入角(アプロ一チ角)2θ：11～14°、轴承长：0.5D(D：拉拔孔径)、拉模后角(バツクリリ一フ)：约90℃这样的模。也可以利用在通常的拉丝加工中使用的拉拔模。使用这样的拉拔模进行拉丝加工时，总的断面收缩率优选70％或70％以上，更加优选85％或85％以上。另外，也可以是使用辊式模头的拉丝加工。此时，总断面收缩率优选80％或80％以上，更加优选90％或90％以上。上述的断面收缩率可以根据拉丝加工方法或线材的尺寸等进行适当变更。另外，在本发明中，通过同时进行组成的控制，即使如专利文献4、5那样断面收缩率极大，也可以得到上述期望的织构。但是，在总断面收缩率为0％～60％的拉丝加工中，不能得到上述期望的织构。
虽然通过如上所述控制拉丝加工方法或断面收缩率可以得到期望的织构，但在使用辊式模头进行的拉丝加工时，在拉伸和压缩二者中均引起塑性加工，而在使用拉拔模的拉丝加工时，仅引起拉伸的塑性加工。因此，使用拉拔模的拉丝加工容易在滑移方向上统一结晶方位，容易得到织构的效果。另外，在本发明中，由于将断面收缩率设置在上述的范围内，可以得到线径为φ0.5mm或φ0.5mm以上的不锈钢线材和弹簧。
此外，在本发明的不锈钢线材中，为了提高疲劳强度而进行成分调整或拉丝加工条件的调整从而使由拉丝加工产生的马氏体相达到钢整体的15体积％或15体积％以下。伴随着拉丝加工的加工诱发马氏体相超过15体积％时，容易在由于疲劳而产生的不锈钢表面的滑移带的集中部生成由于应力反复负荷而诱发的马氏体相。这些由于疲劳而产生的马氏体相成为引起韧性降低以及向破坏起点发展的重要原因。因此，为了有效地抑制由于疲劳而生成的马氏体相，在本发明中，将由拉丝加工诱发的马氏体相的量规定为15体积％或15体积％以下。伴随着该拉丝加工的加工诱发马氏体相越少越优选。
由上述拉丝加工诱发的马氏体相的量与奥氏体相稳定性和加工时的温度相互影响。因此，例如，为了将在通常的室温下的加工时由拉丝加工引起的加工诱发的马氏体相控制在15体积％或15体积％以下，含有上述规定范围的C+N是有效的。
另外，在本发明的不锈钢线材的金相中，除马氏体相以外的其余部分实质上由奥氏体相组成，并且还含有马氏体相和奥氏体相以外的不可避免的相。
为了得到疲劳强度的进一步提高，优选不锈钢线材的拉丝方向(钢线长度方向)的表面粗糙度Rz为20μm或20μm以下。更加优选Rz为4.0μm或4.0μm以下。负荷在不锈钢线材上的应力有增减，特别是，该应力增减在比较短的时间内反复的弹簧，在钢线的表面瑕疵等处发生应力集中，结果成为由于产生的局部滑移集中而引起脆化的起因。因此，本发明通过降低钢线的表面粗糙度，进一步降低应力集中，从而谋求疲劳强度的改善。表面粗糙度可以通过例如除拉拔模的构成或线速度等以外的在热处理时的钢线处理等以往进行的工序管理来控制在Rz为20μm或20μm以下。另外，也可以通过实施电解研磨而变平滑来谋求疲劳强度的进一步提高。
上述疲劳强度的提高对于与钢线长方向(拉丝方向)垂直的横断面的形状为圆形的钢线是显然的，在具有椭圆、梯形、正方形、长方形这样的异型断面的钢线也是成立的。
这样的本发明不锈钢线材最适合于弹簧。使用本发明的不锈钢线材制作弹簧时，优选在不锈钢表面实施附着量为0.03～5.0g/m2的镀Ni。本发明的高强度不锈钢线材容易与在弹簧加工时使用的超硬合金制的尖端(チップ)反应，容易烧接，因此，在弹簧加工后，有自由长度的偏差增大的倾向。为了抑制这样的自由长度的偏差，拉伸强度的降低是有效的，但拉伸强度的降低使弹簧整体的特性降低。即，导致疲劳强度的降低。因此，在本发明中，为了有效抑制弹簧加工时的烧接，在不锈钢线材表面形成镀Ni层，使钢线表面的润滑性提高。作为不引起烧接的最低限度的镀Ni量为0.03g/m2，考虑到对拉丝加工性的不良影响或高成本化，以5.0g/m2为上限。更为优选的附着量为0.1g/m2～4.0g/m2。
本发明的弹簧可以通过对上述不锈钢线材实施卷绕等弹簧加工而得到。特别是，在上述弹簧加工后，通过实施热处理，可以谋求机械特性、特别的拉伸强度的进一步提高。因此，在本发明的弹簧的加工方法中规定，对上述不锈钢线材实施弹簧加工后，进行退火加工。
通过该退火，使大部分的重排固定，从而可以通过组织强化提高拉伸强度。具体地，与热处理前比较，可以谋求100～500MPa的提高。特别是，通过在400℃～600℃下进行低温退火，不仅拉伸强度提高，而且还可以谋求疲劳强度的提高。热处理温度不足400℃时，不能得到拉伸强度的提高，疲劳强度也低。另一方面，超过600℃时，虽然拉伸强度有某种程度的提高，但由于韧性降低，因此疲劳强度变低。特别优选为500℃左右。另外，通过该退火，可以消除由于弹簧加工导入的变形。
下面，阐述本发明中构成元素的选定和限定成分范围的理由。
C是强力的奥氏体形成元素。另外，具有在晶格中进行侵入型固溶，导入并强化变形的效果。另外，具有形成科特雷耳氛围气体并使金相中的重排固定的效果。但是，如果过量添加C，容易生成Cr的碳化物，Cr碳化物存在于晶界(结晶粒界)时，由于奥氏体中的Cr的扩散速度低，因此在晶界周边产生Cr缺乏层，引起韧性以及耐腐蚀性的降低。该现象可以通过添加Nb或Ti来抑制，但Nb、Ti这样的添加元素过量存在时，会引起奥氏体相的不稳定。因此，在本发明中，作为有效含量，设定为C：0.01质量％～0.25质量％。
N也与C同样是强力的奥氏体形成元素，也是侵入型固溶强化元素。另外，也是形成特雷耳氛围气体的元素。但是，对奥氏体相中的固溶是有限的，大量的添加(0.20质量％或0.20质量％以上，特别是超过0.25质量％)成为溶解、铸造时产生气孔的主要原因。该现象可以通过添加Cr或Mn等与N的亲和力高的元素提高固溶限度而得到某种程度的抑制。但是，过度添加时，必须在溶解时控制温度或氛围气体，并有可能导致成本增加，因此，在本发明中设定为N：0.01质量％～0.25质量％。
Mn作为溶解精炼时的脱氧剂(脱酸剤)使用。另外，对奥氏体类不锈钢的γ相的相稳定也是有效的，可以成为昂贵的Ni的代替元素。并且，如上所述，还具有提高N在奥氏体相中的固溶限度的效果。但是，由于会给高温下的耐氧化性带来不良影响，因此，设定为Mn：0.4质量％～4.0质量％。另外，Mn的含量特别是在重视耐腐蚀性时，优选Mn：0.4质量％～2.0质量％。另一方面，为了提高N的固溶限度，即，将N的微气孔减至极少，添加Mn超过2.0质量％并且为4.0质量％或4.0质量以下具有显著效果，但有时发现多少会降低一些耐腐蚀性。因此，可以视用途调整含量。
Cr是奥氏体类不锈钢的主要构成元素，是对得到耐热特性、耐氧化性有效的元素。在本发明中，由其他构成元素成分算出Ni当量、Cr当量，在考虑γ相的相稳定性时，为了得到必须要的耐热特性，设定为16质量％或16质量％以上，考虑韧性劣化，则设定为25质量％或25质量％以下。
Ni对γ相的稳定化是有效的。在本发明中，将N的含量设定为0.2质量％或0.2质量％以上时，含有大量的Ni可能成为产生气孔的原因。此时，添加与N亲和力高的Mn是有效的，为了得到奥氏体类不锈钢有必要考虑Mn的添加量来添加Ni。因此，为使γ相稳定化，设定为8.0质量％或8.0质量％以上，为了抑制气孔和抑制成本上升，设定为14.0质量％或14.0质量％以下。如上所述，Ni优选8.0～14.0质量％，但在不足10.0质量％范围时，特别是在熔解铸造工序中，可能使N容易地固溶，因此具有可以进一步降低成本的显著优点。
Mo在γ相中进行置换型固溶，有助于耐腐蚀性的提高。另外，通过在钢中与N共存有助于疲劳强度提高。因此，对于耐腐蚀性的进一步提高设定为最低必要限度的0.4质量％或0.4质量％以上，考虑加工性的恶化，设定为4.0质量％或4.0质量％以下。
Nb也与Mo同样在γ相中固溶，通过提高机械特性可以显著地有助于疲劳强度的提高。另外，如上所述，通过提高与N、C的亲和力，而在γ相中微细析出，有助于高温下的耐弹力减弱性(耐へたり性)的提高。另外，还具有抑制结晶粒径的粗大化、抑制Cr碳化物的粒界析出的效果。但是，过量添加时，析出Fe2Nb(ラ一バス)相。此时，由于可能会产生强度恶化，因此设定为Nb：0.1质量％～2.0质量％。
Ti与Mo、Nb、后述的Si同样是铁素体生成元素，通过在γ相中固溶，可以提高机械特性。但是，由于使γ相的稳定性降低，因此设定为Ti：0.1质量％～2.0质量％。
由于Si是固溶的，因此在机械特性的提高上具有效果。另外，作为溶解精炼时的脱氧剂(脱酸剤)也是有效的，在通常的奥氏体类不锈钢中含有0.6～0.7质量％左右。另外，为通过固溶强化而得到机械特性，必须为0.8质量％或0.8质量％以上。但是，考虑到韧性劣化，上限设定为2.0质量％。
Co为奥氏体生成元素。固溶强化的效果虽然不如上述的Mo、Nb、Ti、Si这样的铁素体生成元素，但具有降低材料的积层缺陷能的效果。即，通过含有Co，可以将形成科特雷耳氛围气体的刃状重排大量导入到材料中。通过该重排的导入效果和C、N等科特雷耳氛围气体形成元素的存在可以得到机械特性的显著提高。另外，Co对氯离子产生的腐蚀具有抑制效果。但是，大量添加会使对硫酸、硝酸的耐酸性或大气腐蚀性降低，因此设定为Co：0.2质量％～2.0质量％。
除上述规定的构成元素以外的其余部分由Fe和杂质构成。这里，所谓杂质是指含有有意含有的元素以外的元素(不可避免的杂质)的物质。因此，其余部分实质上由Fe和不可避免的杂质构成。
发明的效果
如以上说明，本发明的不锈钢线材通过作为Fe基的奥氏体类不锈钢的基质强化、添加C、N等侵入型固溶元素进行的固溶强化、以及通过织构来谋求机械特性的提高，并且发挥耐疲劳性优异的特有效果。特别是，通过添加Mo、Ti、Nb、Si等铁素体生成元素进行的固溶强化，以及通过添加Co，可以进一步提高疲劳特性。
另外，通过上述耐腐蚀性以及疲劳特性优异的不锈钢线材可以得到耐腐蚀性和疲劳特性二者均优异的弹簧。特别是，将通过由拉丝加工或弹簧加工这样的塑性加工导入到金相中的重排在适当的温度下进行低温退火，由C、N形成科特雷耳氛围气体，促进由组织强化引起的机械特性的提高，从而可以提供具有优异的疲劳强度的弹簧。
另外，本发明并不像以往那样进行拉拔加工时的温度控制和精炼时的高度的成分调整，就可以提供具有上述优异特征的不锈钢线材或弹簧。即，本发明不使用特别的制法就可以降低成本的上升，生产性好，工业价值高。
这样的本发明可以更为廉价地提供汽车或家庭用电器制品等的要求疲劳强度的部位的部件或弹簧。
具体实施方式
下面，说明本发明的实施方式。
(试验例1)
将表1所示的化学成分(其余部分为Fe和不可避免的杂质)的钢材通过熔融铸造、锻造、热压延制作与钢线长度方向垂直的横断面为圆形(线径φ7.0mm)的压延线材。并且，对这些压延线材反复进行拉丝加工，同时实施固溶化热处理，最终制作线径φ2.0mm的不锈钢线材(总断面收缩率约为92％)。另外，通过改变实施固溶加热处理的时间来改变最终的断面收缩率，并使织构的结晶方位的统一程度不同。另外，在本例中，使用通常在拉丝加工中使用的拉拔模进行拉丝加工。
[表1]
不锈钢线材的化学成分(质量％)
  钢种   C   Si   Mn   Ni   Cr   Mo   Nb   Ti   Co   Al   N   C+N
  a   0.07   0.37   1.25   8.34   18.17   0.16   -   -   -   -   0.17   0.24
  b   0.07   0.37   1.21   10.34   17.80   1.5   -   -   -   -   0.20   0.27
  c   0.07   0.37   1.24   8.45   18.17   -   1.0   -   -   -   0.21   0.28
  d   0.08   0.37   1.31   8.52   18.17   -   -   0.5   -   -   0.20   0.28
  e   0.07   0.95   1.11   8.04   18.17   -   -   -   -   -   0.19   0.27
  f   0.07   0.89   1.26   8.34   18.17   1.5   -   -   -   -   0.21   0.28
  g   0.07   0.90   1.25   8.34   18.17   0.5   -   -   0.5   -   0.19   0.26
  h   0.07   0.28   1.21   8.64   18.32   0.22   -   -   -   -   0.02   0.09
  i   0.10   0.25   1.31   8.30   18.56   0.20   -   -   -   -   0.27   0.37
  j   0.04   0.61   1.39   11.76   17.72   2.10   -   -   -   -   0.02   0.06
  k   0.08   0.17   0.80   8.08   16.48   -   -   -   -   1.2   0.01   0.10
在表1中，钢种h为通常的准稳定型奥氏体类不锈钢的SUS304，钢种j为稳定型奥氏体类不锈钢的SUS316，钢种k为析出强化型不锈钢的SUS631J1。
假想对得到的线径φ2.0mm的不锈钢线材进行弹簧加工后的矫直退火，并进行低温退火(时效处理)。使用钢种k(SUS631J1)的试样No.11采用作为通常的退火条件的475℃×60分钟。其他的不锈钢线材的退火条件采用作为SUS304、SUS316中进行的通常的退火条件的400℃×30分钟。另外，在低温退火时的保持时间(30分钟或60分钟)考虑线径来采用。
对于实施了低温退火的各不锈钢线材，测定通过X射线衍射测定的衍射强度、由于拉丝加工诱发的马氏体相的含量(α’量)、表面粗糙度、时效处理前后的拉伸强度、疲劳极限。疲劳极限在衍射强度测定后，通过中村式旋转弯曲疲劳试验求出。另外，不锈钢线材的表面粗糙度Rz在钢线长度方向上通过触针式粗糙度测定机测定。在本例中，通过工序管理，将表面粗糙度控制在以Rz计为20μm或20μm以下。将在各不锈钢线材中通过X射线衍射得到的各面的最强峰强度比、具体地讲是I(200)/I(111)比、I(220)/I(111)比、α’量(体积％)、表面粗糙度Rz(μm)、拉伸强度(MPa)、疲劳试验结果示于表2。在本例中，X射线衍射强度比通过采用XRD(RINT：广角测角器)的广角测定来进行。以下，示出测定条件。
使用的X射线：Cu-Kα
激发条件：50kV 200mA
狭缝：DS1°RS0.15mm SS1°
测定范围：2θ＝30°～100°
扫描速度：6°/min
步幅：0.02°
累计次数：3次
[表2]
  №   钢  种   断面  收缩  率   退火  温度  (℃)   I(200)  /I(111)   I(220)  /I(111)   α’量  (vol％)   表面  粗糙度Rz  (μm)   拉伸  强度  (MPa)   时效后  拉伸  强度   疲劳极  限  (MPa)
  1   a   92   400   2.6   3.6   9   15.4   1936   2245   550
  2   b   92   400   2.8   3.8   2   16.4   1981   2258   580
  3   c   92   400   3.0   4.1   0   14.8   2002   2269   590
  4   d   92   400   2.9   4.0   0   15.1   2012   2273   580
  5   e   92   400   2.8   4.3   0   15.4   1973   2244   580
  6   f   92   400   2.5   3.8   0   16.4   2045   2283   610
  7   g   92   400   2.8   3.9   0   15.6   1975   2294   650
  8   h   92   400   2.3   3.8   67   15.1   2108   2203   360
  9   i   92   400   2.5   4.2   0   14.8   1964   2298   380
  10   j   92   400   2.4   3.9   0   15.3   1890   2001   350
  11   k   92   475   2.6   3.95   92   15.5   2256   2502   370
从上述试验结果可以确认，在具有特定的化学成分的同时，具有满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0二者的织构的样品No.1～7与样品No.8～11相比，具有高的疲劳强度。特别是可以确认，添加了特定量的Mo、Ti、Nb、Si的样品No.2～6或添加了Co的样品No.7得到了更高的疲劳强度。另外还可以确认，通过进行适当温度的低温退火，拉伸强度提高。
与此相反，含N稍过剩的样品No.9残存有被认为是熔融铸造时产生的气孔，并引起以龟裂为起点的疲劳破坏。这样的气孔被认为可以通过高度的熔融技术或拉丝技术来抑制，但认为在成本上是不合适的。C+N不足0.15质量％的样品No.8、11中，重排的固定效果少，另外，由拉丝加工诱发的马氏体相变多，因此疲劳极限降低。C+N超过0.35质量％的样品9、10中，发现韧性降低，疲劳极限降低。另外，满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0任意一方的样品制造困难。
(试验例2)
使用上述试验1制作的钢种a，并改变断面收缩率或拉丝加工方法来制作织构的形成情况变化的样品，与试验例1同样地进行疲劳强度的评价。该结果示于表3。作为拉丝加工方法，实施使用拉拔模的情况和使用辊式模的情况2种。
[表3]
  №   钢  种   模   断面收  缩率   退火  温度  (℃)   I(200)  /I(111)   I(220)  /I(111   α’量  (vol％)   表面  粗糙度  Rz  (μm)   拉伸  强度  (MPa)   时效后  拉伸  强度   疲劳极  限  (MPa)
  1   a   拉拔   90   400   2.6   3.6   9   15.4   1936   2245   550
  12   a   拉拔   70   400   2.1   3.4   5   15.3   1734   2012   500
  13   a   拉拔   50   400   1.6   2.3   0   15.6   1511   1707   390
  14   a   辊   90   400   2.3   3.2   5   14.8   1824   2103   510
  15   a   辊   70   400   1.8   2.9   4   14.6   1672   1925   410
  16   a   辊   50   400   1.4   2.2   0   14.8   1475   1529   390
由表3可知，不论采用哪种拉丝加工方法，都会伴随拉丝加工时的断面收缩率的增加而进行形成织构，疲劳强度有提高的倾向。另外可知，使用拉拔模的拉丝加工易于提高疲劳极限。
(试验例3)
使用上述实验例1中制作的钢种a，制作改变钢线表面的平滑度(表面粗糙度Rz)的样品，与试验例1同样地进行疲劳强度的评价。其结果示于表4。平滑度(表面粗糙度Rz)通过实施电解研磨或使用砂纸打磨使之变化。
[表4]
  №   钢  种   模   断面收  缩率   退火  温度  (℃)   I(200)  /I(111)   I(220)  /I(111)   α’量 (vol％)   表面  粗糙度Rz  (μm)   拉伸  强度  (MPa)   时效后  拉伸  强度   疲劳极  限  (MPa)
  1   a   拉拔   90   400   2.6   3.6   9   15.4   1936   2245   550
  17   a   拉拔   90   400   2.6   3.6   9   4.1   1937   2245   640
  18   a   拉拔   90   400   2.6   3.6   9   25.4   1928   2238   410
由表4可知，表面粗糙度Rz越小，疲劳强度就越提高。另外，还可以确认，将表面粗糙度Rz调整为20μm或20μm以下时，对疲劳强度的提高是有效的。
(试验例4)
对与钢线的长度方向垂直的横断面为长径3mm、短径1.5mm的椭圆形钢线实施与试验例1～3同样的试验。其结果为与试验例1～3几乎相同的结果。
(试验例5)
使用上述实验例1中制作的钢种a，制作改变低温退火条件的样品，与试验例1同样地进行疲劳强度的评价。其结果示于表5。
[表5]
  №   钢  种   模   断面收  缩率   退火  温度  (℃)   I(200)  /I(111)   I(220)  /I(111)   α′量  (vol％)   表面  粗糙度  Rz  (μm)   拉伸  强度  (MPa)   时效后  拉伸  强度   疲劳极  限  (MPa)
  1   a   拉拔   90   400   2.6   3.6   9   15.4   1936   2245   550
  19   a   拉拔   90   300   2.7   3.7   9   15.4   1936   2010   360
  20   a   拉拔   90   500   2.6   3.4   9   15.4   1936   2365   610
  21   a   拉拔   90   600   2.4   3.2   8   15.4   1936   2304   540
  22   a   拉拔   90   700   2.2   3.1   7   15.4   1936   2255   370
从表5可知，通过进行400℃～600℃的低温退火(时效处理)，可以谋求疲劳强度以及拉伸强度的提高。特别是，在进行了500℃的低温退火的样品No.20中，在得到429MPa的提高的同时，疲劳强度也显示出最高的结果。
(试验例6)
使用上述试验例1中制作的钢种a，制作在钢线表面实施镀Ni的包覆钢线(附着量为1.2g/m2)。并且，为了评价具有该镀Ni层的包覆钢线的弹簧加工性，试制螺旋径17.5mm、自由长度30mm、总卷绕数10.5、有效卷绕数6圈的弹簧，评价弹簧的自由长度偏差。在本例中，作为评价的尺度，求出标准偏差。其结果示于表6。
[表6]
  №   钢  种   I(200)  /I(111)   I(220)  /I(111)   α′量  (vol％)   表面  粗糙度  Rz  (μm)   拉伸  强度  (MPa)   时效后  拉伸  强度   镀Ni   自由长度  偏差  √V(mm)
  1   a   2.6   3.6   9   15.4   1936   2245   有   0.12
  23   a   2.6   3.6   9   15.4   1936   2244   无   0.35
由表6可以确认，通过在钢线表面实施镀Ni，自由长度偏差变小。即，弹簧的特性(拉伸强度或疲劳特性)降低，可以得到良好的弹簧。另外，改变附着量，并同样地研究自由长度偏差时，附着量不足0.03g/m2时，难以得到润滑性的改善，产生烧接，自由长度偏差有变大的倾向。附着量越多，越可以得到润滑性，但超过5.0g/m2时，有可能对拉丝加工性带来不良影响。
工业实用性
本发明的不锈钢线材以及使用该不锈钢线材制作的弹簧由于耐疲劳性以及耐腐蚀性优异，因此适合于汽车或家庭用电气制品等中使用的零部件、例如扭杆或布线的增强线、弯曲弹簧或压缩螺旋弹簧等弹簧以及光缆的抗张力线等。

Claims (8)

1.一种不锈钢线材，其特征在于，以质量％计，含有C：0.01～0.25、N：0.01～0.25、Mn：0.4～4.0、Cr：16～25、Ni：8.0～14.0，其余部分由铁和不可避免的杂质构成，且以质量％计，该不锈钢线材含有的Cr不大于且不等于20，
C和N满足0.15质量％≤C+N≤0.35质量％，
由线材加工诱发的马氏体相为15体积％或15体积％以下，其余部分为奥氏体相，
并且具有用X射线衍射法测定的钢线的长度方向的奥氏体相的衍射强度满足I(200)/I(111)≥2.0以及I(220)/I(111)≥3.0二者的织构。
2.按照权利要求1所述的不锈钢线材，其特征在于，含有以质量％计为Mo：0.4～4.0、Nb：0.1～2.0、Ti：0.1～2.0、Si：0.8～2.0中的至少一种。
3.按照权利要求2所述的不锈钢线材，其特征在于，还含有以质量％计为0.2～2.0的Co。
4.按照权利要求1所述的不锈钢线材，其特征在于，表面粗糙度Rz为20μm或20μm以下。
5.按照权利要求1所述的不锈钢线材，其特征在于，与钢线长度方向垂直的横断面为椭圆、梯形、正方形、长方形中的任意一种。
6.按照权利要求1所述的不锈钢线材，其特征在于，在钢线表面具有附着量为0.03～5.0g/m2的镀Ni层。
7.一种弹簧，其特征在于，该弹簧是使用权利要求1～6中任一项所述的不锈钢线材而制造的。
8.一种弹簧的制造方法，其特征在于，将权利要求1～6中任一项所述的不锈钢线材进行弹簧加工后，在400℃～600℃下进行低温退火。
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