DE69923934T2

DE69923934T2 - Federstahl mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit

Info

Publication number: DE69923934T2
Application number: DE69923934T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Osaka-shi Kuroda; Nobuhiko Kobe-shi Ibaraki; Nao Kobe-shi Yoshihara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: EP1013780B1; KR100368530B1; DE69923934D1; EP1013780A1; US6372056B1; KR20000048204A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Federstahl, der zu Federn als Kraftfahrzeugteile in Motoren, Kupplungen, Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Aufhängungssystemen usw. gefertigt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Stahldrahtstäben für Federn aus dem Federstahl.
Drähte für Federn für verschiedene, wie vorstehend erwähnte Verwendungen werden durch Ziehen hergestellt, dem gewöhnlich Schaben (zur Entfernung von Oberflächenmängeln, wie Fehler und decarburisierte Schicht, von gewalzten Drahtstäben) und Verfeinern bzw. Veredeln durch Bleihärtung folgt.
Im Zuge höherer Produktivität wurden Versuche unternommen, um die Ziehgeschwindigkeit zu erhöhen. Ziehen bei hohen Geschwindigkeiten erhöht allerdings übermäßig die Belastung auf das Schabwerkzeug oder den Chipper, sodass er zerstört wird und führt zu unvollständigem Schaben auf Grund unzureichender Entfernung von Abplatzungen. Es besteht daher Bedarf für einen hochfesten Federstahl, der derartige Nachteile zum Zeitpunkt des Schabens nicht aufweist.
Eine Möglichkeit, dieses Problem anzugehen, erfolgt durch Niedertemperatur-Anlassen, was vorgesehen ist, um die Festigkeit des Stahls zu vermindern. Das Problem bleibt allerdings ungelöst. Lösungen für das Problem erfordern Kenntnis über die metallurgische Struktur und die mechanischen Eigenschaften des zu schabenden Stahls. Nach solchen Kenntnissen wurde jedoch niemals gesucht. Wenn keine sehr hohen Ermüdungsfestigkeiten erforderlich sind, werden derzeit gewalzte Drahtstäbe direkt ohne Schaben zu Drähten gezogen. (Ziehen bezeichnet in dieser Hinsicht grünes Ziehen.) Drahtstäbe für diesen Zweck werden auf jede der verschiedenen Art und Weise, die in den japanischen Offenlegungsschriften 116727/1982, 118013/1985 und 79719/1991 offenbart ist, hergestellt.
Neue Technologien zur Federherstellung wurden vorgeschlagen, die Bleihärten, das dem Schaben folgt, übertreffen. Sie schließen (A) Erhitzen auf 450-750°C für einen kurzen Zeitraum, der gerade ausreicht, um die harte Oberflächenschicht zu erweichen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift 188745/1995 offenbart, und (B) Erhitzen in einer Gasphase bei einer Temperatur (T) von 823-973K für einen vorbeschriebenen Zeitraum (t Minuten), sodass T × vt = 6700 – 12000 (K·min^½), wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 311547/1996 offenbart, ein. Wärmebehandlung in dieser Weise hinterlässt die „wie gewalzt"-Struktur fast intakt. Unter diesen Umständen sollen Federstäbe gute Schabeeigenschaften aufweisen, sowie die Fähigkeit zum Grünziehen aus Drahtstäben mit einer „wie gewalzt"-Struktur.
Solche technischen Erfordernisse zwingen die Drahthersteller zum Ziehen bereit zu sein, ungeachtet dessen, ob Schaben ausgeführt wird oder nicht. Übliche Technologien liefern keine Federstähle, die in der Lage sind, sowohl Schaben, als auch Grünziehen, auszuführen und man schenkte solchen Produkten keine Beachtung.
V.K. Likhov et al., „Assimilation of production of wire rod for manufacture of safety critical springs", 2283 Stahl in der UdSSR, 18 (1988) Februar, Nr. 2, London, Großbritannien, Seite 81-83, beschreibt Untersuchungen zur Assimilation und Verbesserung der Technologie für die Herstellung von Stäben für Federstahl als Zuliefergut für die Kraftfahrzeugindustrie. Die Untersuchungen führten zur Ermittlung der optimalen Ziehtechnologie.
Die vorliegende Erfindung wurde ausgeführt, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Federstahl bereitzustellen, der sowohl gute Schabeeigenschaften als auch die Fähigkeit zum Grünziehen aufweist, die für die Herstellung von Federn von Bedeutung sind. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Drahtstäben für gute Federn aus dem Federstahl bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mit dem Stahl von Anspruch 1 und dem Verfahren von An spruch 4 gelöst.
Der Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht in einem Federstahl mit den nachstehenden Eigenschaften in seinem „wie gewalzt"-Zustand vor dem Schaben, wobei der Federstahl gegebenenfalls unter den nachstehenden Bedingungen nach dem Walzen weich gemacht wird.
Mechanische Eigenschaften:

Zugfestigkeit (Maximum) = 1200 MPa
30% (Minimum) = Querschnittsverringerung = 70% (Maximum)

Er hat eine Vickershärte in seiner Querschnittsebene, deren Standardabweichung (σ) weniger als 20 beträgt, er hat eine Vickershärte in seiner Querschnittsebene, welche weniger als 380 beträgt.
Niedertemperaturanlassbedingungen:
Erhitzen in einer Gasphase bei einer Temperatur (T) von 873-1023K für einen vorgeschriebenen Zeitraum (t/min) der Art, dass T × vt = 7300-15000 (K·min^½).
Außerdem sollte der erfindungsgemäße Federstahl den nachstehenden Bedingungen genügen. Er besteht allein aus Perlit oder aus Ferrit und Perlit gemeinsam und weist eine derartige Struktur auf, dass der Anteil an unterkühlter Struktur weniger als 10% beträgt.
Der Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht auch in einem Verfahren zur Herstellung von Drahtstäben für Federn aus dem Federstahl, wobei das Verfahren Ziehen, Schaben und Öltempern umfasst, welche aufeinanderfolgend ausgeführt werden, oder Ziehen, Schaben und jegliche der folgenden Behandlungen (a) bis (c) und Öltempern umfasst, welche aufeinanderfolgend ausgeführt werden.

(a) Bleihärtebehandlung.
(b) Wärmebehandlung in einer Gasphase bei einer Temperatur (T) von 823-973K für einen Zeitraum (t Minuten) derart, dass T × vt = 6700-12000 (K·min^½).
(c) Wärmebehandlung bei 450-750°C für einen kurzen Zeitraum gerade lang genug, um die harte Oberflächenschicht anzulassen.

1 ist eine Kurve bzw. eine grafische Darstellung, die zeigt, wie der Federstahl hinsichtlich seiner Bearbeitbarkeit von seinen mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Querschnittsverringerung) abhängt.
Die Erfinder führten eine Reihe von Untersuchungen aus, um die vorstehend genannten Probleme anzugehen. Im Ergebnis wurde gefunden, dass die Aufgabe gelöst wird, wenn die mechanischen Eigenschaften des Federstahls hinreichend gesteuert werden, nach dem Walzen oder dem Niedertemperatur-Anlassen bzw. Glühen. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis. Nachstehend ergeht eine genaue Beschreibung der Erfordernisse der vorliegenden Erfindung.
Gemäß vorliegender Erfindung sollte der Federstahl mechanische Eigenschaften (Zugfestigkeit und Querschnittsverringerung) in einem hinreichenden Bereich aus den nachstehend angegebenen Gründen aufweisen.
Das Schaben der gewalzten Drahtstäbe zerbricht häufig den Chipper auf Grund zu starker Belastung auf ihn, wenn die Zufuhrgeschwindigkeit zu hoch ist oder wenn die Materialfestigkeit zu hoch ist. Im Ergebnis erfolgt unzureichendes Schaben oder unerwünschte Streifenbildung auf den gezogenen Drähten. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es notwendig, den Stahlstab, der zu schaben ist, weich zu machen bzw. zu einem solchen Ausmaß anzulassen, dass seine Zugfestigkeit geringer als 1200 MPa ist.
Drahtstäbe unterliegen während des Ziehens Bruchbildung, wenn sie eine zu hohe Zugfestigkeit aufweisen. Bruchbildung beginnt von einer Stelle, an der sehr harte überkühlte Struktur von Martensit oder Bainit vorliegt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es erforderlich, die Zugfestigkeit unter 1200 MPa, vorzugsweise unter 1100 MPa, zu vermindern. Die Zugfestigkeit weist keine spezielle eingeschränkte niedere Grenze auf. Sie sollte jedoch höher als 900 MPa hinsichtlich der Beseitigung von Abplatzungen während des Schabens sein.
Ein Faktor, der die Schabeleistung beeinträchtigt, ist die Entfernung von abgeschabten Abplatzungen. Abplatzungen, die nicht leicht brechen, bleiben in der Nähe des Chippers und verwirren mit dem Drahtstab, der zu schaben ist. Somit verhindern Abplatzungen gleichmäßiges Schaben. Um zu gestatten, dass die Abplatzungen zerbrechen und leicht entfernt werden, ist es erforderlich, die Zähigkeit und Duktilität des Stahls hinreichend einzuschränken. Aus diesem Grunde erfordert die vorliegende Erfindung, dass der Federstahl eine Querschnittsverringerung (als eine Anzeige der Duktilität) von weniger als 70%, vorzugsweise weniger als 60% (Maximum) aufweist.
Der Drahtstab unterliegt Bruchbildung, auch wenn er eine geringe Zugfestigkeit aufweist, wenn er grobes Pearlit (Struktur mit großen lamellaren Abständen) enthält, der mangelhaft in Zähigkeit und Duktilität ist und Zickzackabplatzungen stattfinden lässt. Aus diesem Grund ist hinreichende Zähigkeit und Duktilität erforderlich. Somit erfordert die vorliegende Erfindung, dass der Federstahl als Anzeichen der Duktilität eine Querschnittsverringerung von mehr als 40% aufweist.
Die vorstehend genannte Zugfestigkeit und Querschnittsverringerung sind jene von „wie gewalzten" Drahtstäben. Wenn Drahtstäbe keine ausgewiesenen Werte aufweisen, können sie nach dem Walzen geglüht bzw. angelassen werden, sodass sie effizient verwendet werden können.
Gemäß vorliegender Erfindung sollte dieses Niedertemperatur-Anlassen bei einer Temperatur (T) von 873 bis 1023°K für einen vorgeschriebenen Zeitraum (t Minuten) ausgeführt werden, sodass aus den nachstehend ausgeführten Gründen T × vt = 7300-15000 (K·min^½) ist.
Anlassen bei hohen Temperaturen führt zu globulärem Zementit in einem Drahtstab, was Riefenrisse in der Mitte des Drahtstabs auftreten lässt. Ein gezogener Draht mit Riefenrissen neigt zum Bruch, wenn die Querschnittsverringerung zunimmt. Auch wenn die Anlasstemperatur vergleichsweise gering ist, sodass kein globulärer Zementit auftritt, kann Bruchbildung während des Ziehens auf Grund unzureichender Duktilität auftreten. Mit anderen Worten gestattet Anlassen bei vergleichsweise geringer Temperatur, dass die gewalzte Struktur auch nach langer Behandlung verbleibt. Gewalzte Drahtstäbe die hauptsächlich aus grobem Pearlit bestehen, der mangelhaft in der Duktilität ist, unterliegen Riefenrissbildung, was daher während des Ziehvorgangs, das dem Anlassen folgt, zu Bruchbildung führt.
Drahtstäbe mit Riefenrissen können während des Ziehens nicht brechen, jedoch Drähte, die aus ihnen gezogen werden, können beim Formen von Federn brechen. Auf der Basis dieser Erkenntnis suchten die Erfinder nach Bedingungen, die für eine reibungslose Ausführung zum Ziehen und Aufwickeln (Coilen) ohne Verursachen von Bruch erforderlich sind. Im Ergebnis fanden sie schließlich die vorstehend genannte Gleichung zum Definieren des Verhältnisses zwischen der Temperatur für die Wärmebehandlung nach dem Walzen und für die Dauer der Heizzeit.
Der Begriff „Querschnittsverringerung", wie er hier in der Beschreibung verwendet wird, wird wie nachstehend definiert. Querschnittsverringerung (%) = (A – A')/A × 100(wobei A der Querschnitt des Prüfstücks für den Zugtest ist und A' der Querschnitt des Teststücks, das nach dem Zugtest zerbrochen ist, darstellt.)
Drahtstäbe mit kontrollierten mechanischen Eigenschaften, wie vorstehend erwähnt, sind beim Schaben und Grünziehen in den Eigenschaften zufriedenstellend, wie in 1 erläutert, einer Kurve, die zeigt, wie der Federstahl von seiner Bearbeitbarkeit von seinen mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit und Querschnittsverringerung) abhängt. In 1 geben Markierungen O jene Drahtstäbe wieder, die sowohl in der Ziehfähigkeit als auch in den Schabeeigenschaften ausgezeichnet sind und Markierungen mit x geben jene Stäbe wieder, denen beide der vorstehend genannten Bearbeitbarkeit fehlt. (Kriterien zur Bewertung werden in den nachstehend angegebenen Beispielen erläutert.) In 1 ist der Maximumwert der Zugfestigkeit für jede Probe aufgetragen und der Maximum- und Minimumwert der Querschnittsverringerung wird für jede Probe aufgetragen.
Die weiteren Untersuchungen der Erfinder zeigen, dass der Federstahl mit den vorstehend genannten Eigenschaften stabil erzeugt werden kann, wenn die nachstehend genannten Erfordernisse getroffen werden.
Der Drahtstab sollte eine Vickershärte in seinem Querschnitt aufweisen, deren Standardabweichung (σ) weniger als 20, vorzugsweise kleiner als 15, ist. Dieses Erfordernis wird auf Grund der Erkenntnis aufgestellt, dass Grünziehen beeinträchtigt wird, wenn die Mikrostruktur des Querschnitts variiert. Diese Erkenntnis regt die Erfordernisse der kontrollierten Variation der Härte in der Querschnittsebene an. In anderen Worten, ein Drahtstab, dessen Vickershärte stark in der Querschnittsebene variiert, neigt zur Bruchbildung unter schweren Produktionsbedingungen (auf Grund unebener Verformung im Querschnitt) und neigt auch zu Riefenrissen, welche während der Federformung Bruch hervorrufen. Es ist zu verstehen, dass ein Weg zur Verhinderung der Bruchbildung die Verminderung der Härteschwankung ist.
Der Drahtstab sollte eine Vickershärte in der Querschnittsebene aufweisen, die kleiner als 380, vorzugsweise kleiner als 370, ist. Der Drahtstab wird nur so weit wie nötig geschabt, wenn er uneben starke Teile aufweist, die eine zu hohe Last auf den Chipper ausüben, wobei sie Verschleiß erhöhen und seinen Durchmesser ausdehnen. Die vorstehend genannte Zugfestigkeit gibt jene über den gesamten Querschnitt des Drahtstabs wieder, repräsentiert allerdings nicht jene, die teilweise im Querschnitt des Drahtstabs variiert. Die Erfinder fanden, dass die Vickershärte gemessen in der Querschnittsebene, die teilweise Variation der Festigkeit in der Querschnittsebene anzeigt. Somit spezifiziert die folgende Erfindung nicht nur die Zugfestigkeit, sondern auch die Vickershärte wie vorstehend erwähnt.
Wenn es eine unterkühlte Struktur gibt, sinkt die Härte aufgrund Niedertemperatur-Anlassen, wobei das Ziehvermögen mit einem gewissen Ausmaß verbessert ist. Obwohl die unterkühlte Struktur, die bei Niedertemperatur-Anlassen erweicht wurde, der Perlitstruktur in der Härte ähnlich ist, unterscheidet sie sich davon in der Verformbarkeit aufgrund des Ziehens. Daher unterliegt der Drahtstab Bruchbildung unter schweren Ziehbedingungen und der gezogene Draht neigt zum Zeitpunkt der Federformung zu Riefenrissbildung (die zur Bruchbildung führt).
Das vorstehend genannte Problem ergibt sich weniger, wenn der Bruchteil von unterkühlter Struktur abnimmt. Es wurde gefunden, dass der Bruchteil vorzugsweise geringer als 10%, vorzugsweise geringer als 5%, sein sollte, sodass die Struktur im Wesentlichen nur aus Perlit in Kombination mit Ferrit besteht.
In der vorliegenden Erfindung werden Härte und Mikrostruktur durch die nachstehenden Verfahren gemessen.

– Härte wird gemäß JIS Z2244 (Vickershärte) gemessen. Messungen werden an vier oder mehr Orten jeder Querschnittsfläche innerhalb D/16, D/8 und D/4 und bei 13 oder mehr Orten in der Querschnittsfläche innerhalb D/2 des Drahtstabes (D steht für den Durchmesser des Drahtstabes) ausgeführt.
– Mikrostruktur: Der Querschnitt des Drahtstabes wird unter einem optischen Mikroskop beobachtet und das Verhältnis der Fläche von unterkühlter Struktur, wird gemessen (vorzugsweise unter Verwendung einer Bildanalysevorrichtung).

Die chemische Zusammensetzung (in Masse%) des Federstahls gemäß der Vorliegenden Erfindung wird nachstehend angegeben.
C: 0,38-0,85%, Si: 0,25-2,10%, Mn: 0,2-1,0%, P < 0,035%, S < 0,035%, mindestens eine optionale Komponente (weniger als 2,5% insgesamt) ausgewählt aus Cr: 0,65-1,5%, Mo: 0,1-1,5%, V: 0,05-0,50%, Ni: 0,2-0,5%, Nb: 0,02-0,50%, Ti: 0,02-0,09%, und Cu: 0,10-0,30%, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind.
Beispielsweise kann er aus einem Stahl erhalten werden, dessen Segregation derart ist, dass das Verhältnis von C_max/C₀ (maximaler Wert/Gießpfannenwert) weniger als 1,2 ist. Dieser Stahl wird in einer solchen Weise warm gewalzt, dass die Temperatur nach dem Fertigwalzen (unmittelbar bevor er auf Transportwalzen gelegt wird), geringer als 850°C ist. Nach Legen auf die Transportwalzen wird der erhaltene Drahtstab mit einer Rate von 1 bis 4°C/s im Bereich vom Ps-Punkt+15°C bis zum Pf-Punkt-15°C gekühlt. (Ps-Punkt ist die Temperatur, bei der die Perlitumwandlung beginnt und Pf ist die Temperatur, bei der die Perlitumwandlung endet.) Der gewalzte Drahtstab sollte bei 570-690°C für 2-3 Stunden angelassen bzw. beglüht werden, wenn Niedertemperaturanlassen erforderlich ist.
Es wurde gefunden, dass der erfindungsgemäße Federstahl leicht durch Ziehen und anschließendes Öltempern, mit oder ohne eine der vorliegenden Behandlungen zwischen Ziehen und Öltempern, zu Drahtstäben für Federn gefertigt werden kann.

(a) Schaben mit anschließendem Bleihärten
(b) Schaben mit anschließender Warmbehandlung in einer Gasphase bei gleichbleibender Temperatur (T) von 823-973°K für einen Zeitraum (t Minuten), sodass T × vt = 6700-12000 (K·min^½).
(c) Schaben mit anschließender Warmbehandlung bei 450-750°C für ei nen kurzen Zeitraum, der gerade ausreichend ist, um die Oberfläche der harten Schicht zu erweichen.

Der ölgetemperte Draht bestand den Aufwickeltest, bei dem D/d=2 (wobei D der mittlere Durchmesser der Feder ist und d der Durchmesser des Drahts ist). Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass der Federstahl eine gute Aufwickelbarkeit hat.
Beispiele
Die Erfindung wird genauer mit Bezug auf das nachstehende Beispiel beschrieben, das nicht vorgesehen ist, um den Umfang davon zu beschränken. Verschiedene Änderungen und Modifizierungen können ohne Abweichen vom Umfang der Erfindung ausgeführt werden.
Ein Si-Cr-Federstahl mit der in Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzung und im Einklang mit JIS SUP12 wurde zu einem Drahtstab (8,0mm Durchmesser) gewalzt.
Tabelle 1
Der Federstahl hat eine derartige Segregation, dass das Verhältnis von C_max/C₀ 1,0-1,5 ist. Das Walzen wurde in einer derartigen Weise ausgeführt, dass die Temperatur nach dem Walzen und, noch unmittelbar bevor er auf die Transportwalzen gelegt wurde, 800-1050°C ist. Der Draht wurde bei einer Rate von 0,1-10°C/s gekühlt. Der erhaltene Draht wurde bei verschiedenen Temperaturen im Bereich 600-700°C für unterschiedliche Zeiträume im Bereich von 2 bis 5 Stunden so angelassen, dass er verschiedene Eigenschaften aufweist. Das Anlassen wurde in einer Gasphase bei 550-700°C für unterschiedliche Zeiträume ausgeführt.
Der so erhaltene Drahtstab wurde geschnitten und der Querschnitt (eingebettet) wurde poliert. Die polierte Oberfläche wurde hinsichtlich Vickershärte bei ausgewiesenen Orten gemessen. (Vier Orte in jedem Querschnitt innerhalb D/16, D/8, und D/4 und bei 13 Orten in Querschnittfläche innerhalb D/2, wobei D für den Durchmesser des Drahtstabs steht). Nach dem Ätzen wurde die polierte Oberfläche unter einem optischen Mikroskop beobachtet, um ihre Mikrostruktur zu begutachten. Der Bruch der Mikrostruktur wurde durch Bildanalyse berechnet.
Nach Begutachtung der mechanischen Eigenschaften wurde der Drahtstab in 100 Teststücke geschnitten, jeweils 30 cm lang und sie wurden hinsichtlich Zugfestigkeit (mit einem Zugfestigkeitstest) und Querschnittsverringerung getestet.
Nach Beizen (Säurebeizen, Pickling) und Zinkphosphatbehandlung wurde der Drahtstab hinsichtlich Schabeigenschaften und Zieheigenschaften wie nachstehend geprüft.
Schaben wurde unter Verwendung von einer D1-Düse 7,7 mm im Durchmesser und einem Chipper von 7,4mm im Durchmesser ausgeführt. Die Ziehgeschwindigkeit war 80m/min. (Diese Ziehgeschwindigkeit, welche höher als die übliche von 50-70m/min ist, wurde so ausgewählt, dass die Wirkung der Erfindung hervorgehoben ist. Bei einer derartigen hohen Ziehgeschwindigkeit neigt der Chipper zum Bruch.) Die Prüfstücke, die in der Lage sind, bei 80m/min gezogen zu werden, wurden anschließend bei einer höheren Geschwindigkeit von 100 m/min so gezogen, dass die Wirkung der Erfindung weiter hervorgehoben wird.
Ziehvermögen wurde unter Verwendung einer Ziehdüse mit einem Konuswinkel von 20° bewertet. (Dieser Konuswinkel, der größer ist, als die üblichen 12°, wurde so ausgewählt, dass die Wirkung der Erfindung hervorgehoben wurde. Bei einem derartig großen Konuswinkel neigt die Ziehdüse zum Kuppenbruch.) Die Prüfstücke, die durch diese Düsen gezogen werden könnten, wurden anschließend durch Düsen mit einem besonders großen Konuswinkel von 30° so gezogen, dass die Wirkung der Erfindung weiter hervorgehoben wird. Dieser Konuswinkel ist für die Industrie nicht üblich.
Jene Drähte (3,35 mm im Durchmesser), gezogen unter den vorstehend genannten Bedingungen, wurden Öltempern unterzogen. Die erhaltenen Drähte hatten eine Festigkeit von 1950 MPa. Sie wurden hinsichtlich Wickelbarkeit (D/d=2) geprüft, um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu bestätigen. Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften des Federstahls und Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Bewertung. Markierungen in Tabelle 3 geben die nachstehenden Kriterien wieder.
Schabeeigenschaften:

O:

kein Problem

Δ:

kein Problem, ausgenommen etwas Zunahme im Durchmesser

X:

Bruch des Chippers

Ziehfähigkeit:

0:

in der Lage, zum Ziehen mit einer Querschnittsverringerung von mehr als 80%

X:

Bruchbildung

Aufwickelbarkeit:

O:

kein Bruch

X:

Bruchbildung

Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 2 und 3 lassen Nachstehendes hinsichtlich der Schabeeigenschaften vermuten. Vergleichsbeispiele (C-1, C-2 und C-5) mit hoher Zugfestigkeit brechen den Chipper, wenn die Zuggeschwindigkeit 80 m/min war. Vergleichsbeispiel (C-4) bei Ziehgeschwindigkeit von 100 m/min rief Abplatzungen hervor, die sich mit dem Chipper verwickelten. (Die verwickelten Abplatzungen drückten den Drahtstab gegen den Chipper, was zu unebenem Schaben führt.) Proben B-3 und B-5 warten keine Probleme hinsichtlich der Schabezeit auf, sie erhöhten allerdings den Durchmesser um 0,05 mm am Start und am Ende des Schabens. Andere Proben warten bei einer Zunahme des Durchmessers um 0,02 mm keine Probleme auf.
Tabellen 2 und 3 lassen hinsichtlich des Ziehvermögens auch Nachstehendes vermuten. Vergleichsbeispiele (C-1, C-3, und C-5) mit einer hohen Zugfestigkeit oder geringerer Querschnittsverringerung erleiden Kuppenbruch, wenn sie durch eine Düse mit einem Konuswinkel von 20° gezogen werden. Andere Proben wurden so gezogen, dass ihr Durchmesser sich zu 3,35 mm verringerte. Nach Öltempern unterla gen die Drähte Aufwickelbarkeitstests. Der Draht, hergestellt aus C-2, neigt zu Kuppenbruch.
Proben (A-1, A-2, B-1 bis B-6, und C-4) erwiesen sich im Ziehvermögen als überlegen. Sie wurden durch eine Düse mit einem Konuswinkel von 30° gezogen, um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen. Proben B-1 und B-6 erlitten Kuppenbruch, bevor die Querschnittsverringerung 80% überschritt. Nach Öltempern erlagen die Drähte, hergestellt aus A-1, A-2, B-2 bis B-5, einem Aufwickelbarkeitstest. Die Drähte hergestellt aus B-2, B-4, und B-5, erlitten Kuppenbruch.
Die vorangehenden Ergebnisse lassen vermuten, dass das Erfordernis für sowohl gute Schabeeigenschaften als auch Ziehvermögen nur erfüllt ist, wenn der Federstahl die charakteristischen Eigenschaften von A-1, A-2 und B-1, B-2 und B-6 aufweist. Außerdem sollte der Federstahl charakteristische Eigenschaften von A-1 und A-2 aufweisen, wenn er unter beliebigen Bedingungen stabil zu bearbeiten ist.
Der Federstahl derselben Zusammensetzung wurde wie vorstehend zu verschiedenen Arten von Drahtstäben verfertigt (mit einer hohen Zugfestigkeit) unter variierten Walzbedingungen, wie in Tabelle 4 dargestellt. Diese Drahtstäbe wurden unter verschiedenen Bedingungen so angelassen, dass sie variierte Zugfestigkeiten hatten. Dann wurden sie gezogen, wobei die Querschnittsverringerung variiert wurde, und die gezogenen Drähte wurden hinsichtlich Schabeeigenschaften und physikalischen Eigenschaften geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4
Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Versuche mit den Drahtstäben, die durch Walzen von Billets (155 × 155 mm) zu Walzstäben (8,0 mm im Durchmesser) bei hoher Zugfestigkeit erhalten wurden. Die Drahtstäbe wurden zur Verminderung ihrer Zugfestigkeit und zur Erhöhung der Querschnittsverringerung angelassen. Es wird in Tabelle 4 angeführt, dass auch jene Drahtstäbe mit hoher Zugfestigkeit und geringer Querschnittsverringerung in ihrem „wie gewalzt"-Zustand gute Schabeeigenschaften aufweisen, wenn sie unter hinreichenden Bedingungen angelassen werden, sodass ihnen eine hinreichende Zugfestigkeit und Querschnittsverringerung verliehen wird. Dieses gilt besonders für die angelassenen Drahtstäbe Code Nr. 5 und 7.
Wie vorstehend erwähnt, liefert die vorliegende Erfindung einen Federstahl, der sowohl in den Schabeeigenschaften, als auch in den Grünzieheigenschaften, welche für die Federherstellung von Bedeutung sind, ausgezeichnet ist. Dieser Federstahl kann unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen zu Drahtstäben für Federn verarbeitet werden.

Claims

Gewalzter Federstahl mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit, wobei dieser die folgenden mechanischen Eigenschaften aufweist, Zugfestigkeit ≤ 1200 MPa 30% ≤ Querschnittverringerung ≤ 70% eine Vickers-Härte in seiner Querschnittsebene, deren Standardabweichung (σ) weniger als 20 beträgt eine Vickers-Härte in seiner Querschnittsebene, welche weniger als 380 beträgt, wobei die Vickers-Härte gemäß JIS.Z 2244 gemessen wird wobei der gewalzte Federstahl C: 0,38 bis 0,85%, Si: 0,25 bis 2,10%, Mn: 0,2 bis 1,0%, P < 0,035%, S < 0,035% und mindestens eine optionale Komponente mit insgesamt weniger als 2,5%, ausgewählt aus Cr: 0,65 bis 1,5%, Mo: 0,1 bis 0,5%, V: 0,05 bis 0,50%, Ni: 0,2 bis 0,5%, Nb: 0,02 bis 0,50%, Ti: 0,02 bis 0,09% und Cu: 0,10 bis 0,30%, beinhaltet, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen ist, wobei der gewalzte Federstahl durch ein Verfahren erhältlich ist, welches die Schritte des Warmwalzens auf eine solche Weise, dass die Temperatur nach Beendigung des Walzens niedriger als 850°C ist, und des Abkühlens mit einer Rate von 1 bis 4 °C/s in dem Bereich von Ps-Punkt +15°C bis Pf-Punkt –15°C, wobei Ps-Punkt die Temperatur ist, bei welcher Pearlitumwandlung beginnt, und Pf die Temperatur ist, bei welcher Pearlitumwandlung endet.
Gewalzter Federstahl nach Anspruch 1, wobei der gewalzte Federstahl die mechanischen Eigenschaften aufweist, nachdem dieser unter den folgenden Bedingungen angelassen worden ist: Temperbedingungen bei niedriger Temperatur: Erwärmen in einer Gasphase bei einer Temperatur (T) von 873 bis 1023 K für einen vorgeschriebenen Zeitraum (t Minuten) derart, dass T × √t = 7300 15000 (K·min^½).
Federstahl nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gewalzte Federstahl allein aus Pearlit oder aus Ferrit und Pearlit gemeinsam zusammengesetzt ist und eine Struktur derart aufweist, dass der Anteil an unterkühlter Struktur weniger als 10% beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlwalzdrahts für Federn aus dem in einem der Ansprüche 1 bis 3 definierten Federstahl, wobei das Verfahren Ziehen, Schaben und Öltempern umfaßt, welche aufeinanderfolgend durchgeführt werden, oder Ziehen, Schaben, jegliche der folgenden Behandlungen (a) bis (c) und Öltempern umfaßt, welche aufeinanderfolgend durchgeführt werden: (a) Bleihärtebehandlung; (b) Wärmebehandlung in einer Gasphase bei einer Temperatur (T) von 823 bis 973 K für einen Zeitraum (t Minuten) derart, dass T × √t = 6700 ~ 12000 (K·min^½); (c) Wärmebehandlung bei 450 bis 750°C für einen kurzen Zeitraum gerade lang genug, um die harte Oberflächenschicht anzulassen.