CN1914347A - 弹簧用钢丝 - Google Patents

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Abstract

本发明的弹簧用钢丝，是通过淬火回火而具有回火马氏体组织的弹簧用钢丝。该钢丝，断面收缩率为40％以上、在420℃～480℃下进行2小时以上的热处理后的钢丝的剪切屈服应力为1000MPa以上。按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％，其余部分为Fe和杂质，或按质量％计，优选含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，其余部分为Fe和杂质。

Description

弹簧用钢丝
技术领域
本发明涉及通过淬火回火而具有回火马氏体组织的弹簧用钢丝、适于该弹簧用钢丝制造的弹簧用钢丝的制造方法、以及由该钢丝制造的弹簧。特别是，涉及这样一种弹簧用钢丝，该钢丝适用于汽车的发动机阀弹簧或传动装置(トランスミッション)内部等中使用的弹簧，并且在高强度下疲劳特性也优异的高韧性的弹簧用钢丝。
背景技术
对应于汽车的燃料低耗化，近年来，汽车的发动机或传动装置等的部件的小型轻量化正在发展。与此相伴，对于用于发动机的阀弹簧或传动装置的弹簧等的弹簧上负荷的应力要求一年比一年严格，而对于使用的弹簧材料也要求进一步提高疲劳特性。对于这些用于发动机的阀弹簧或传动装置的弹簧，以往使用硅铬系的油回火钢丝，例如，在专利文献1～3记载的产品是已知的。
专利文献1：特许第2842579号公报
专利文献2：特开2002-194496号公报
专利文献3：特许第3045795号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，对于用于发动机的阀弹簧或传动装置的弹簧等的弹簧所要求的特性，近年变得严格起来，对于弹簧用钢丝和弹簧要求进一步改的善。特别是，希望弹簧用钢丝和弹簧更具有疲劳特性和韧性的良好的平衡。
另一方面，近年来，伴随着疲劳强度(疲劳极限)提高的要求，在弹簧加工后对弹簧进行高温(具体地是420℃～480℃左右)的热处理(氮化处理)。
在专利文献1中记载的技术是，将钢丝的C(碳)含量设定为0.3-0.5重量％来谋求韧性的提高。但是，在将碳的含量设定为不到0.50重量％的低含量时耐热性下降，如果，对于将该钢丝进行弹簧加工而得到的弹簧进行上述高温的氮化处理时，疲劳强度下降，作为弹簧使用时，则成为内部折损的原因。
在专利文献2中记载的技术是，通过使淬火后的奥氏体的平均结晶粒径为1.0～7.0μm这样的微细化组织上来谋求疲劳强度的提高。但是，为使奥氏体结晶粒径更小而使淬火时的温度成为低温时，会残留有末固溶碳化物，这成为韧性下降的主要原因。另外，由于韧性下降在钢丝的弹簧加工时容易发生折损，这会对弹簧的量产性带来不良的影响。
在专利文献3中记载的技术是，在油回火时特意地通过使钢丝的表面脱碳而使表面硬度下降以谋求提高弹簧加工性，但是，难以在表面得到均一的脱碳层，不适于钢丝或弹簧的量产。另外，在钢丝的加热时(油回火时)必须控制氧浓度，与此相伴的是成本的上升。
另外，在任一文献记载的技术都没有对于在钢丝进行弹簧加工后施加的氮化处理后材料(弹簧)内部的扭转方向的耐力，即，弹簧的剪切屈服应力都没有进行探讨。
因此本发明的主要目的在于，提供疲劳强度和韧性双方都优异的高强度的弹簧钢丝。另外，本发明的另一目的还在于，提供由上述弹簧用钢丝制作的弹簧，以及适于制造上述弹簧用钢丝的制造方法。
解决课题的措施
本发明的弹簧用钢丝，通过将淬火回火后的钢丝的断面收缩率(绞り值)、和在上述淬火回火后实施了相当于氮化处理的热处理的钢丝的剪切屈服应力规定为特定的值，从而实现了本发明的目的。
即，本发明是通过淬火回火而具有回火马氏体组织的弹簧用钢丝。该弹簧用钢丝的特征在于，断面收缩率为40％以上，在420℃～480℃下进行2小时以上的热处理后的钢丝的剪切屈服应力为1000Mpa以上。
上述弹簧用钢丝，特别优选含有以下1～6中的任一化学成分。
1.按质量％计，含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％，其余部分为Fe和杂质；
2.按质量％计，含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，其余分为Fe和杂质；
3.按质量％计，含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％、Ni：0.1～1.0％和Co：0.02～1.00％中的至少一种元素，其余部分为Fe和杂质；
4.按质量％计，含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％，和按质量％计选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、和Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素，其余部分为Fe和杂质；
5.按质量％计，含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，和按质量％计选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、和Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素，其余部分为Fe和杂质；
6.按质量％计，含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％、Ni：0.1～1.0％和Co：0.02～1.00％中的至少一种元素，和按质量％计选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、以及Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素，其余部分为Fe和杂质。
另外，作为上述本发明的弹簧用钢丝的制造中适用的制造方法，有以下的提案。即，本发明的弹簧用钢丝的制造方法包括以下的工序：将以下(A)～(C)中任一个中记载的化学成分的钢材进行钢丝韧化处理(パテンチング)的工序；将上述进行了钢丝韧化处理的钢材进行拉丝加工的工序；对上述进行了拉丝加工的钢丝实施淬火回火的工序。上述钢丝韧化处理，具有：在900～1050℃下进行60～180秒加热的奥氏体化工序；和在上述奥氏体化工序后于600～750℃下进行20～100秒加热的等温转变工序。
(A)按质量％计，该钢材含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％，其余部分为Fe和杂质；
(B)按质量％计，该钢材含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，其余部分为Fe和杂质；
(C)按质量％计，该钢材含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％、以及Ni：0.1～1.0％和Co：0.02～1.00％中的至少一种元素，其余部分为Fe和杂质；
除了上述(A)～(C)的化学成分以外，按质量％计，钢材还可以含有选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、以及Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素。
以下，对本发明进行更详细地说明。
(疲劳特性的提高)
为了提高弹簧的疲劳特性，希望抑制弹簧的疲劳破坏。反复使用弹簧时，对于该弹簧，同时在拉伸方向以及压缩方向和剪切方向施加交变应力(缲り返し応力)。由于这样外加的交变应力，弹簧局部的或集中的发生反复滑移变形(塑性变形)，在弹簧的表面附近发生凹凸并产生龟裂以至达到破坏，即，成为疲劳破坏。因此，为抑制弹簧的疲劳破坏，采取抑制上述局部的，或集中的塑性变形是有效的。为了抑制这样的塑性变形，以往是将钢丝进行弹簧加工后进行氮化处理等热处理来提高弹簧的表面硬度，提高疲劳极限。但是，由于在对弹簧施加大的应力的状态下使用的目前的情况下，只提高疲劳极限，有时弹簧会因永久变形而不能使用。认为这是因为，即使通过上述氮化处理等的热处理形成的弹簧表层的高硬度的氮化层不永久变形，由于上述大的应力也会使弹簧内部的强度下降而永久变形。因此，弹簧不仅是疲劳极限，而且除了是高强度以外，还希望提高扭转耐力，即，剪切屈服应力。因此本发明人等探讨了各种情况时得知，在上述氮化处理等的热处理之后，只要材料(弹簧)内部具有适当的扭转耐力即可。具体地可知，在进行上述氮化处理等的热处理之后，弹簧的剪切屈服应力只要是1000MPa以上，就可以提高弹簧的疲劳特性。基于这些发现，本发明的弹簧用钢丝，将淬火回火后进行特定的热处理后的钢丝的剪切屈服应力规定为1000MPa以上。
(高韧性)
钢丝无论是什么样的高强度，若韧性低则在弹簧加工时会引起钢丝折损，使弹簧的量产性受到损害。另外，由于作为材料的钢丝的韧性降低，弹簧的疲劳特性也降低。因此，本发明者们进行各种探讨时得知，使淬火回火后的钢丝的断面收缩率成为40％以上时对于防止弹簧加工时的钢丝的折损是有效的，并且弹簧的量产性也优异。基于这些发现，本发明规定钢丝的断面收缩率为40％以上。断面收缩率不到40％时，弹簧加工时容易发生钢丝折损，有可能使弹簧的量产性受到影响。另外，断面收缩率通过在淬火回火后对钢丝实施与在上述氮化处理相当的在420℃～480℃下进行2小时以上的特定的热处理时，也会有若干的下降。但如上所述，断面收缩率只要是40％以上，即使在上述热处理后，也能将钢丝的断面收缩率维持在35％以上，由该钢丝得到的弹簧可获得高疲劳特性。
因此本发明的弹簧用钢丝，通过规定断面收缩率、和对该钢丝进行与氮化处理相当的热处理后的剪切屈服应力，可以谋求本发明的钢丝或由本发明的钢丝得到的弹簧兼具高疲劳强度和高韧性。
为了获得上述疲劳特性和韧性双方都优异的本发明的弹簧用钢丝和弹簧，则要规定该钢丝的最佳化学成分和制造条件，特别是钢丝韧化处理条件。
<化学成分>
首先，通过在将钢丝进行弹簧加工后对弹簧实施氮化处理等热处理，可以提高弹簧的表面硬度从而可提高弹簧的疲劳极限，而相反地，弹簧内部的硬度下降，因此使用时有时发生内部折损。因此，在本发明中，为了提高加工成弹簧的钢丝的母相的耐热性，则制成含有规定范围(质量％)的C、Si的材料。另外，在对钢丝实施回火时，在钢丝组织中形成碳化物，为了提高钢丝的软化阻抗而含有规定量的Cr。为了增大软化阻抗，除了含有规定量的Cr以外，再含有规定量的Mo、V、Nb、W、Ti也是有效的。而且还发现，为了提高本发明的钢丝或由本发明的钢丝得到的弹簧的剪切屈服应力，含有Co：0.02～1.00质量％，或含多量Mn(超过0.7且不大于1.5质量％)也是有效的。而且，规定Mn、Co的含量。对于成分范围和范围限定的理由，详述于后。
<制造条件>
本发明的弹簧用钢丝，可以通过对具有上述化学成分的钢材实施熔制→热锻造→热压延→钢丝韧化处理→拉丝→进行淬火回火而获得。
(钢丝韧化处理条件)
在本发明中，通过在拉丝加工之前进行特定条件的钢丝韧化处理，可以将钢材组织充分地奥氏体化，使未固溶碳化物溶解，同时通过适当的等温转变而得到均一的珠光体组织。在奥氏体化不充分时，则成为钢丝的韧性或剪切屈服应力下降的要因。因此，为了充分地奥氏体化，在900～1050℃的温度下进行60～180秒的加热是合适的。加热温度不足900℃时，或者加热温度在900～1050℃下但加热时间不足60秒时，则不能充分地奥氏体化，从而使未固溶碳化物残留着。另外，加热温度比1050℃高时，或加热温度在900～1050℃下但加热时间比180秒长时，则奥氏体粒子粗大化，转变时容易生成马氏体，或拉丝加工时，有损其拉丝性。
奥氏体化之后进行的钢材的等温转变，在600～750℃下进行20～100秒的加热是合适的。加热温度比750℃高时，或加热温度在600～750℃下但加热时间比100秒长时，在钢材组织中渗碳体发生球状化，这将成为阻碍钢材拉丝性的要因。另一方面，加热温度比600℃低时，或加热温度在600～750℃下但加热时间比20秒短时，不能完成向珠光体的转变，而生成马氏体，因此成为阻碍拉丝性的要因。
(淬火、回火)
对实施了上述钢丝韧化处理的钢材进行拉丝而得到的钢丝实施淬火时的温度过低时，会在钢丝组织中残存未固溶碳化物，使钢丝的韧性下降。相反，淬火时的温度过高时，奥氏体结晶粒子由于成长而大型化，则使该钢丝或由该钢丝得到的弹簧的疲劳极限下降。因此，淬火时的温度优选超过850℃但不到1050℃。
<组织>
本发明的弹簧用钢丝，制成具有回火马氏体组织的材料。另外，使淬火回火后的钢丝的奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)微细化时，该钢丝或由该钢丝得到的弹簧，即使施加交变应力，也不易发生局部的、集中的滑移变形。即，由于可以提高钢丝或弹簧的剪切屈服应力，其结果是，使奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)微细化，这有助于疲劳特性的提高。
具体地，奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均结晶粒径优选成为3.0～7.0μm。平均结晶粒径，可以通过改变对钢材实施的钢丝韧化处理的温度而变化。更详细地说，在钢丝韧化处理中使进行奥氏体化时的温度下降时，结晶粒径变小，而提高该温度时结晶粒径有变大的倾向。平均结晶粒径不到3.0μm时，由于奥氏体化的温度低，未固溶碳化物残存而钢丝的韧性容易下降。另外，平均结晶粒径超过7.0μm时，难以提高钢丝或由钢丝得到的弹簧的疲劳极限。另外，平均结晶粒径是对拉丝的钢丝进行淬火回火后测定的值。
以下，对本发明中的构成元素的选定和限定成分范围的理由进行叙述。而且，元素旁边记载的数值的单位为质量％。
C：0.50～0.75
C，是决定钢的强度的重要元素，碳的含量相对于钢全体不到0.50质量％则得不到充分强度的钢丝，而超过0.75质量％时会损害韧性，因此碳的含量设定为0.50质量％～0.75质量％。
Si：1.80～2.70
Si，是在钢材的熔化精炼时作为脱氧剂使用的。另外，Si固溶在铁氧体(フエライト)中而提高耐热性，这对于防止弹簧加工后对弹簧施加的消除应力退火或氮化处理等热处理引起的钢丝(弹簧)内部的硬度下降是有效的。为了保持耐热性含量为1.80质量％以上是必要的，超过2.70质量％时韧性下降，因此Si的含量为1.80质量％～2.70质量％。
Mn：0.1～1.5
Mn，与Si同样作为熔化精炼时的脱氧剂使用。因此，将作为脱氧剂中必要的Mn含量的下限设定为0.1质量％。另外，Mn在提高钢丝的淬火性、提高钢丝的强度的同时，对提高钢丝或由钢丝得到的弹簧的剪切屈服应力是有效的。但是，Mn的含量相对于钢全体超过1.5质量％时，在钢丝韧化处理时钢材中容易生成马氏体，或成为拉丝时断丝的原因，因此将Mn含量的上限设定为1.5质量％。特别地，在钢中含有后述的Co时，Mn的含量也可以低至0.1～0.7质量％，在不含Co的场合、设定为超过0.7且不大于1.5质量％，优选多含有Mn。多含有Mn的同时也可以含有Co。
Cr：0.70～1.50
Cr，可提高钢的淬火性，增加软化阻抗，故进行弹簧加工后，对防止弹簧实施回火(テンパ一)处理或氮化处理等热处理时的弹簧的软化是有效的。Cr的含量相对于钢全体不到0.70质量％时得不到对软化防止的充分的效果，因此设定Cr的含量为0.70质量％以上，超过1.50质量％时，钢丝韧化处理时容易发生马氏体，或成为拉丝时断丝的原因，同时成为使钢丝韧化处理(油回火)后的钢材的韧性下降的要因。故规定Cr的含量为0.70～1.50％。
Co：0.02～1.00
Co，通过在钢中少量地含有，可提高钢丝或弹簧的剪切屈服应力。另外，Co对提高耐热性是有效的，且在防止弹簧加工后回火处理或氮化处理的弹簧的软化是有效的。另外，少量含有Co的场合，钢丝的韧性不会下降。Co的含量不足0.02质量％时，难以得到上述钢丝或弹簧的剪切屈服应力的提高或钢丝的耐热性的提高等效果，Co的含量即使超过1.00质量％，与含有1.00质量％以下时相比较时，由于含Co而产生的效果不变，但由于钢丝制造或弹簧制造的成本变高，故设定Co的含量为0.02质量％～1.00质量％。而且，在钢中含有Co时，如上所述，也可将Mn的含量设定为低达0.1～0.7质量％。
Ni：0.1～1.0
通过在钢中含有Ni，对提高钢丝的耐腐蚀性和韧性是有效的。Ni的含量不到0.1质量％时，难以得到上述钢丝效果，Ni的含量即使超过1.0质量％不仅钢丝制造的成本高，而且也得不到进一步提高钢丝韧性的效果。因此，设定Ni的含量为0.1质量％～1.0质量％。
Mo、V：0.05～0.50
W、Nb：0.05～0.15
这些元素，在钢丝回火时在钢丝的组织中形成碳化物，有增加钢丝软化阻抗倾向。Mo的含量、V的含量、W的含量、Nb的含量分别相对于全部钢不到为0.05质量％时难以得到上述效果。另外，Mo的含量超过0.50质量％时、V的含量超过0.50质量％时、W的含量超过0.15质量％时、Nb的含量超过0.15质量％时，都容易使钢丝的韧性下降。
Ti：0.01～0.20
Ti，在回火时形成碳化物，具有增加钢丝软化阻抗的效果。Ti的含量不到0.01质量％时不能得到上述效果，Ti的含量超过0.20质量％时在钢丝组织中形成高熔点的非金属夹杂物TiO，容易使钢丝的韧性下降。因此，Ti的含量设定为0.01质量％～0.20质量％。
本发明的弹簧用钢丝的与钢丝长度方向(拉丝方向)垂直的横截面的形状，可以是圆形的，当然也可以是，椭圆、梯形、正方形、长方形的异形截面的形状。
本发明的弹簧，可以通过对上述弹簧用钢丝施以卷绕成型(コイリング)等弹簧加工而得到。尤其是，将本发明的弹簧用钢丝进行弹簧加工后，再对得到的弹簧实施氮化处理等热处理，由此可以提高弹簧的表面硬度从而具有优异的疲劳极限。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。
将包含表1所示的化学成分和其余部分为Fe和杂质的钢材用真空熔化炉熔制，并通过热锻造、热压延制作φ6.5mm的线材。然后，通过对该线材进行钢丝韧化处理(奥氏体化→等温转变)、剥皮、退火、拉丝加工得到φ3.0mm的钢丝。表2中示出钢丝韧化处理条件。本例中对φ6.5mm的线材实施的钢丝韧化处理中，如表2所示，作为将线材进行奥氏体化的条件，准备了线材的加热时间和保持时间不同的多个条件，作为对线材奥氏本化后使线材等温转变的条件，准备了线材的加热时间和保持时间不同的多个条件。
                                         表1
  试样     化学成分(质量％)
  C   Si   Mn   Cr   Co   Ni   其他
  A   0.45   2.2   0.5   0.9   0.3   -   -
  B   0.78   2.0   0.6   0.8   -   -   -
  C   0.68   1.6   0.5   1.0   -   -   -
  D   0.63   2.8   0.6   0.9   -   -   -
  E   0.61   2.2   1.7   1.0   -   0.3   -
  F   0.60   2.2   0.6   0.5   -   -   -
  G   0.64   2.3   0.5   1.7   -   -   -
  H   0.62   2.1   0.5   1.1   -   -   -
  I   0.64   2.2   0.6   1.2   -   -   V：0.6
  J   0.63   2.1   0.5   1.1   -   -   Ti：0.3
  K   0.55   2.4   0.5   1.3   0.2   -   -
  L   0.72   2.3   0.55   1.2   0.5   -   -
  M   0.63   1.9   1.2   1.4   -   0.3   -
  N   0.62   2.5   0.2   0.9   0.3   -   -
  O   0.64   2.3   0.8   1.1   0.4   -   -
  P   0.65   2.2   0.9   0.9   0.3   0.5   -
  Q   0.65   2.0   0.4   1.0   0.3   -   V：0.15
  R   0.60   2.3   1.0   0.8   -   -   Mo：0.20
  S   0.63   2.1   0.9   1.1   0.4   0.3   Ti：0.10
                      表2
                钢丝韧化处理条件
 条件     奥氏体化     等温转变
  加热温度(℃) 保持时间(秒)   加热温度(℃)   保持时间(秒)
 I     920     120     630     80
 II     980     60     700     30
 III     880     120     650     50
 IV     950     190     650     50
  V   950   50   650   50
  VI   1070   60   650   50
  VII   920   120   580   50
  VIII   920   120   650   15
  IX   920   120   650   120
  X   920   120   780   50
对得到的钢丝(φ3.0mm)实施淬火回火。淬火按表3所示的条件进行，回火则对于任一钢丝都将加热温度设定为450～530℃下进行。对于淬火回火后的钢丝测定断面收缩率(RA)和奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均结晶粒径(平均γ粒径)。其结果示于表3。另外，通过改变钢丝的淬火温度，可以改变奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均结晶粒径。奥氏体结晶粒子的平均结晶粒径，通过JIS G0522规定的切断法而算出。
另外，淬火回火后，对于将该钢丝实施了相当于氮化处理的热处理(420℃×2小时、或480℃×2小时)的钢丝，测定剪切屈服应力和疲劳特性(疲劳极限)。在表3中示出其结果。实施上述热处理的钢丝的剪切屈服应力，在试样长度100d(d：试样直径)下进行扭转试验，从转矩-θ曲线求得。疲劳极限，使用中村式旋转弯曲疲劳试验进行评价。
                                 表3
№   试样   条件   淬火温度(℃) 平均γ粒径(μm)   RA(％)   剪切屈服应力420℃×2hr   剪切屈服应力480℃×2hr   疲劳极限(MPa)
  1   A   I   920   4.5   45   985   892   715
  2   B   II   930   4.8   35   955   864   705
  3   C   I   920   4.3   48   938   821   730
  4   D   I   950   5.4   37   941   823   735
  5   E   II   -   -   -   -   -   -
  6   F   II   940   5.0   42   923   815   720
  7   G   II   -   -   -   -   -   -
  8   H   I   930   4.4   45   921   810   705
  9   H   I   850   2.8   31   928   815   715
  10   H   I   1050   8.9   50   925   810   710
  11   I   II   920   3.8   29   925   835   695
  12   J   I   910   3.5   41   930   830   705
  13   K   I   930   4.3   46   1098   1021   850
  14   L   II   910   3.2   43   1130   1043   865
  15   M   II   940   5.2   48   1178   1098   875
  16   N   I   1020   6.5   44   1084   1015   855
  17   O   I   980   6.2   45   1195   1078   875
  18   P   II   950   5.2   48   1168   1054   880
  19   Q   II   930   3.5   45   1121   1038   865
  20   R   I   920   3.4   47   1154   1069   870
  21   S   I   940   4.4   46   1211   1113   895
如表3所示可知，断面收缩率(RA)为40％以上、相当于氮化处理的热处理后的剪切屈服应力为1000MPa以上的试样No.13～21的钢丝，任一个的疲劳极限都高。另外，这些钢丝，由于剪切屈服应力高，故认为耐永久变形也是优异的。因此可知，本发明用的钢丝，具有高韧性的同时，疲劳特性也优异。
与此相反，试样No.1～4、6、8的结果是，相当于氮化处理的热处理后的剪切屈服应力低，疲劳极限也低。特别是，试样No.2、4，断面收缩率也低，韧性差。另外，试样No.5、7，钢丝韧化处理时线材组织中发生马氏体，后续工序的剥皮中频繁发生断丝，因此使实验中止。试样No.11，热处理后的剪切屈服应力低，并且相对于全部钢的V的含量多，因此钢丝的断面收缩率下降，疲劳极限变低。试样No.12，热处理后的剪切屈服应力低，并且Ti的含量多，因此由于Ti系夹杂物引起折损而使疲劳极限下降。
试样No.9，热处理后的剪切屈服应力低，奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均粒径小，故断面收缩率也变低了。另一方面，试样No.10，热处理后的剪切屈服应力低，并且奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均粒径大，故疲劳极限降低了。
对于具有表1的样品K的化学成分的钢材，与上述相同地制作φ6.5mm的线材，与上述相同地操作准备φ3.0mm的钢丝。此时，将钢丝韧化处理的条件按表2所示进行变化。对得到的钢丝实施淬火回火(淬火：940℃、回火：450～530℃)，测定得到的钢丝的断面收缩率(RA)和奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均粒径。其结果示于表4。另外，对将钢丝实施淬火回火后，实施相当于氮化处理的热处理(420℃×2小时，或480℃×2小时)的钢丝，测定剪切屈服应力、疲劳特性(疲劳极限)。其结果一并示于表4。各物性的测定，与上述同样地进行。
                                  表4
№   试样   条件   淬火温度(℃) 平均γ粒径(μm)   RA(％)   剪切屈服应力420℃×2hr   剪切屈服应力480℃×2hr   疲劳极限(MPa)
  22   K   I   940   4.5   45   1098   1021   865
  23   K   II   940   4.5   46   1083   1015   860
  24   K   III   940   4.4   37   930   824   730
  25   K   IV   -   -   -   -   -   -
  26   K   V   940   4.3   36   934   829   728
  27   K   VI   -   -   -   -   -   -
  28   K   VII   -   -   -   -   -   -
  29   K   VIII   -   -   -   -   -   -
  30   K   IX   940   4.6   35   932   823   731
  31   K   X   940   4.7   36   925   815   734
如表4所示可知，在特定条件(奥氏体化：900～1050℃下进行60～180秒、等温转变：600～750℃下进行20～100秒)下进行钢丝韧化处理的试样No.22、23的任一个的疲劳极限都高。
与此相反，试样No.25、27～29中的任一个，在钢丝韧化处理时线材组织中都发生了马氏体，在拉丝工序中频繁发生断丝，故使实验中止。试样No.24、26，由于残存有未固溶碳化物，因此钢丝的断面收缩率下降、疲劳极限也下降了。另外，试样No.24、26，剪切屈服应力也降低了。试样No.30、31，线材组织中渗碳体发生球状化，故残存有未固溶碳化物，并在断面收缩率下降的同时，钢丝的剪切屈服应力也小。
工业实用性
本发明的弹簧用钢丝，由于疲劳特性和韧性优异，最适合在要求疲劳强度的部位使用的弹簧的材料。

Claims (13)

1.一种弹簧用钢丝，该弹簧用钢丝是通过淬火回火而具有回火马氏体组织的弹簧用钢丝，其中，
断面收缩率为40％以上，
在420℃～480℃下进行2小时以上的热处理之后的钢丝的剪切屈服应力为1000MPa以上。
2.按照权利要求1所述的弹簧用钢丝，其中，按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％、其余部分为Fe和杂质。
3.按照权利要求1所述的弹簧用钢丝，其中，按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％、其余部分为Fe和杂质。
4.按照权利要求1所述的弹簧用钢丝，其中，按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，
和按质量％含有Ni：0.1～1.0％以及Co：0.02～1.00％中的至少一种的元素，
其余部分为Fe和杂质。
5.按照权利要求1所述的弹簧用钢丝，其中，按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％，
和按质量％计含有选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、和Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素，
其余部分为Fe和杂质。
6.按照权利要求1所述的弹簧用钢丝，其中，按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，
和按质量％计含有选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、和Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素，
其余部分为Fe和杂质。
7.按照权利要求1所述的弹簧用钢丝，其中，按质量％计，该钢丝含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，
和按质量％计含有Ni：0.1～1.0％和Co：0.02～1.00％中的至少一种的元素，
和按质量％计含有选自V：0.05～0.50％、Mo：0.05～0.50％、W：0.05～0.15％、Nb：0.05～0.15％、和Ti：0.01～0.20％五种元素中的1种以上的元素，
其余部分为Fe和杂质。
8.按照权利要求1～7中任一项所述的弹簧用钢丝，其中，该钢丝的奥氏体结晶粒子(原始奥氏体结晶粒子)的平均结晶粒径为3.0～7.0μm。
9.一种弹簧，其中，该弹簧是使用权利要求1～7中任一项所述的弹簧用钢丝制作的。
10.一种弹簧，其中，该弹簧是使用权利要求8所述的弹簧用钢丝制作的。
11.一种弹簧用钢丝的制造方法，其中，该方法包括：
对以下化学成分的钢材进行钢丝韧化处理的工序；
将上述进行了钢丝韧化处理的钢材进行拉丝加工的工序；
对上述进行了拉丝加工的钢丝实施淬火回火的工序，
上述钢丝韧化处理包括：
在900～1050℃下进行60～180秒加热的奥氏体化工序；
和在上述奥氏体化工序后于600～750℃下进行20～100秒加热的等温转变工序，
化学成分：
按质量％计，所述钢材含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：0.1～0.7％、Cr：0.70～1.50％、Co：0.02～1.00％，其余部分为Fe和杂质。
12.一种弹簧用钢丝的制造方法，其中，该方法包括：
对以下化学成分的钢材进行钢丝韧化处理的工序；
将上述进行了钢丝韧化处理的钢材进行拉丝加工的工序；
对上述进行了拉丝加工的钢丝实施淬火回火的工序，
上述钢丝韧化处理包括：
在900～1050℃下进行60～180秒加热的奥氏体化工序；
和在上述奥氏体化工序后于600～750℃下进行20～100秒加热的等温转变工序，
化学成分：
按质量％计，所述钢材含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％，其余部分为Fe和杂质。
13.一种弹簧用钢丝的制造方法，其中，该方法包括：
对以下化学成分的钢材进行钢丝韧化处理的工序；
将上述进行了钢丝韧化处理的钢材进行拉丝加工的工序；
对上述进行了拉丝加工的钢丝实施淬火回火的工序，
上述钢丝韧化处理包括：
在900～1050℃下进行60～180秒加热的奥氏体化工序；
和在上述奥氏体化工序后于600～750℃下进行20～100秒加热的等温转变工序，
化学成分：
按质量％计，所述钢材含有C：0.50～0.75％、Si：1.80～2.70％、Mn：超过0.7且不大于1.5％、Cr：0.70～1.50％、以及Ni：0.1～1.0％和Co：0.02～1.00％中的至少一种的元素，其余部分为Fe和杂质。
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