專利名稱：高強(qiáng)度彈簧鋼、高強(qiáng)度彈簧的制造方法及高強(qiáng)度彈簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛用彈簧部件等的高強(qiáng)度彈簧鋼、高強(qiáng)度彈簧的制造方法及由該方法制造的高強(qiáng)度彈簧。
背景技術(shù)：
受到以防止全球變暖為目的的環(huán)境評(píng)估，在汽車業(yè)界為了限制二氧化碳排放量，希望車體的輕量化。作為實(shí)現(xiàn)車體輕量化這一愿望的途徑之一，有車體支撐用螺旋彈簧的高強(qiáng)度化。此外，另一方面，車體支撐用螺旋彈簧由于要置于嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下，因此要求其具備耐久性。為了確保螺旋彈簧在腐蝕環(huán)境下的耐久性，進(jìn)行了添加具備耐腐蝕性效果的Ni，Cr, Mo，V等合金元素來(lái)使材料的耐腐蝕性提高的研究開(kāi)發(fā)，提出了各種技術(shù)方案。作為這樣的使耐腐蝕性及耐延遲斷裂性提高的方法，例如專利文獻(xiàn)I記載的添加有Ni，Cr, Mo，V等昂貴合金元素的螺旋彈簧用高強(qiáng)度鋼(以下、稱為現(xiàn)有高Cr鋼)由于隨著使用環(huán)境越嚴(yán)酷，合金元素的添加量越多，因此原料成本升高。此外，Cr的大量添加不僅成本高，而且導(dǎo)致原料供給體制的不穩(wěn)定，還有在物理上也存在使腐蝕坑的形狀呈銳角的負(fù)面影響。即，Cr存在對(duì)全面腐蝕起到正面作用，但是對(duì)于腐蝕坑(孔蝕)起到負(fù)面作用的抉擇關(guān)系，作為添加量，不清楚何值是Cr量的最優(yōu)值。還有，Ni雖具有提高耐腐蝕性的作用及使銹的無(wú)定形組成增大來(lái)減小腐蝕坑的深寬比的作用，但是不僅導(dǎo)致成本大增，而且出產(chǎn)Ni的國(guó)家或地區(qū)分布不均勻，原料供給體制不穩(wěn)定?；谶@樣的背景，進(jìn)一步進(jìn)行了消除上述不穩(wěn)定因素的研究，提出了各種技術(shù)方案。例如在專利文獻(xiàn)2中記載了以低Cr含量、低Ni含量得到了所希望的高強(qiáng)度的螺旋彈簧用高強(qiáng)度鋼。在該專利文獻(xiàn)2中提出為了實(shí)現(xiàn)低合金量的高強(qiáng)度彈簧鋼，使用3個(gè)參數(shù)值Ceql，Ceq2，Ceq3規(guī)定構(gòu)成元素的組成比。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)平7-173577號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開(kāi)2009-046764號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，關(guān)于上述專利文獻(xiàn)2記載的彈簧鋼(以下，稱為現(xiàn)有鋼)的性能，本發(fā)明者進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)作了調(diào)查，結(jié)果判明現(xiàn)有鋼中包含腐蝕壽命未達(dá)到作為螺旋彈簧的實(shí)用水平的鋼種。即明確了專利文獻(xiàn)2的基于3個(gè)參數(shù)值Ceql，Ceq2, Ceq3的分析對(duì)于強(qiáng)度來(lái)說(shuō)是充分，但對(duì)于腐蝕壽命(腐蝕耐久性)則是不夠的。因此，就現(xiàn)有鋼綜合來(lái)看，存在未必可以說(shuō)具備作為螺旋彈簧鋼所必需且足夠的性能的問(wèn)題。本發(fā)明就是為了解決上述課題而完成的，目的是提供實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化，且Ni，Cr，Mo，V的合金元素的添加量少的低成本的高強(qiáng)度彈簧鋼，而且該高強(qiáng)度彈簧鋼在定義的組成比上耐腐蝕性及耐孔蝕性優(yōu)異具有實(shí)用的腐蝕壽命，提供高強(qiáng)度彈簧的制造方法及高強(qiáng)度彈簧。本發(fā)明的高強(qiáng)度彈簧鋼(以下、稱為本發(fā)明鋼)的特征是，以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.38 0.44%、S1:2.00 2.30%、Mn:0.79 1.25%,Cr:0.10 0.43%、N1:0.15 0.35%、Cu:0.15 0.35%、T1:0.05 0.13%、P:0.02% 以下(不包括 0%)、S:0.02% 以下(不包括0%)、A1:0.003 0.10%、Ν:0.002 0.012%, O: 0.0002% 以下(不包括 0%)，其余包含鐵及不可避免的雜質(zhì)，由下式(I)求得的作為脫碳性能的指標(biāo)的八(33相變點(diǎn)在859°C以上885°C以下的范圍，且由下式(2)求得的作為淬火性能的指標(biāo)的最大淬火直徑DI在70mm以上238mm以下的范圍、且由下式⑶求得的作為彈簧性能的指標(biāo)的回火硬度HRC在50以上55以下的范圍。Acj=O 10-203 X {C -15.2N1+44.7S1 + 104V+31.5Mo+13.1W …⑴DI=D0XfsiXffcXfpXfsXfCuXfNiXfcr...(2)HRC=38.99+17.48C+2.55Si_2.28Ν +2.37Cr+8.04Ti …(3)其中、D0=S.65X/C ' fSi=l+0.64X%S1、f^l+4.10X%Mn、fP=l+2.83X%P、
fs=l-0.62X%S、fCu=l+0.27X%Cu、fNi=l+0.52X%N1、fCr=l+2.33X%Cr。本發(fā)明的高強(qiáng)度彈簧的制造方法的特征是，將以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.38 0.44%、S1:2.00 2.30%、Mn:0.79 1.25%、Cr:0.10 0.43%、N1:0.15 0.35%、Cu:0.15 0.35%、T1:0.05 0.13%、P:0.02% 以下(不包括 0%)、S:0.02% 以下(不包括 0%)、Al:0.003 0.10%、Ν:0.002 0.012%、O:0.0002%以下(不包括0%)，其余包含鐵及不可避免的雜質(zhì)，由下式(I)求得的作為脫碳性能的指標(biāo)的八(:3相變點(diǎn)在859°C以上885°C以下的范圍，且由下式(2)求得的作為淬火性能的指標(biāo)的最大淬火直徑DI在70mm以上238mm以下的范圍，且由下式⑶求得的作為彈簧性能的指標(biāo)的回火硬度HRC在50以上55以下的范圍的鋼以熱軋或冷軋加工成線材，卷制成形為所希望的螺旋彈簧形狀，實(shí)施淬火回火的熱處理，進(jìn)行加溫立定處理、溫?zé)釃娡栌不?日語(yǔ):溫?zé)釃娡栌不?、預(yù)調(diào)處理(日語(yǔ):7°
七7予父夕'' )。Acs=9i0-203XfC ~15.2Ν +44.7Si + 104V+3L, 5Mo+13, If …⑴DI=D0XfsiXffcXfpXfsXfcuXfmXfcr...(2)HRC=38.99+17.48C+2.55Si_2.28Ν +2.37Cr+8.04Ti …(3)其中，D0=8.65X/C、fSi=l+0.64X%S1、^=I+4.10X%Mn、fP=l+2.83X%P、
fs=l-0.62X%S、fCu=l+0.27X%Cu、fNi=l+0.52X%N1、fCr=l+2.33X%Cr。本說(shuō)明書(shū)中記載的用語(yǔ)如下定義。淬火系數(shù)％是由晶粒度和碳含量規(guī)定的系數(shù)，在計(jì)算最大淬火直徑DI時(shí)使用。晶
粒度號(hào)為N0.7時(shí)，淬火系數(shù)Dq由8.6δXf C給出。S卩，淬火系數(shù)Dq的數(shù)值8.65從根本上
是由晶粒度(Grain Size)N0.7決定的系數(shù)。例如，該系數(shù)在晶粒度(Grain Size)N0.6時(shí)為 9.40，在晶粒度(Gr ain Size) N0.8 時(shí)為 7.95。附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明


圖1為分別示意地表示了從腐蝕坑的產(chǎn)生至龜裂的擴(kuò)展的狀況的截面示意圖。圖2為對(duì)比實(shí)施例和比較例，表示重復(fù)循環(huán)數(shù)與腐蝕減量的相關(guān)性的特性線圖。圖3為對(duì)比實(shí)施例和比較例，表示重復(fù)循環(huán)數(shù)與蝕坑的深寬比的相關(guān)性的特性線圖。圖4為表示在實(shí)施例試樣產(chǎn)生的腐蝕坑的深度和發(fā)生頻率的相關(guān)性的特性線圖。圖5為表示在比較例試樣產(chǎn)生的腐蝕坑的深度與發(fā)生頻率的相關(guān)性的特性線圖。圖6為至各種螺旋彈簧折損為止的次數(shù)與應(yīng)力振幅的相關(guān)性的特性圖。圖7為各種螺旋彈簧的緊固應(yīng)力與殘余剪切應(yīng)力的相關(guān)性的特性圖。發(fā)明的
具體實(shí)施例方式以下、說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本發(fā)明鋼大致具有以下3個(gè)特征。第一，脫碳是左右彈簧性能的重要要素，是在決定成分上必須考慮的重要研究項(xiàng)目之一。作為研究脫碳的一個(gè)途徑有規(guī)定兩相區(qū)和奧氏體區(qū)邊界的Ac3相變點(diǎn)。該八(:3相變點(diǎn)小則加熱溫度降低，而且即使是相同的加熱溫度也可以將至淬火前的允許溫度設(shè)定得低，所以認(rèn)為對(duì)脫碳是有利。由于現(xiàn)有高Cr鋼的最佳成分時(shí)的Ac3點(diǎn)為867°C，因此本發(fā)明鋼為了至少達(dá)到與現(xiàn)有高Cr鋼同等的Ac3點(diǎn)，在確保彈簧性能(大氣耐久性、應(yīng)力松弛性、腐蝕耐久性)、淬火性、回火硬度的同時(shí)進(jìn)行成分設(shè)計(jì)的研究。這里最佳成分不一定相當(dāng)于上限值與下限值的中央的值(算術(shù)平均值)。最佳成分應(yīng)通過(guò)綜合評(píng)價(jià)彈簧性能、淬火性、回火硬度來(lái)確定，還是較上限值和下限值的算術(shù)平均值稍低的值的情況多。其結(jié)果，本發(fā)明鋼的最佳成分時(shí)的Ac3點(diǎn)達(dá)到867°C，以不添加V、低Ni的成分就可得到與現(xiàn)有高Cr鋼基本同等的脫碳性能。作為脫碳指標(biāo)的Ac3相變點(diǎn)用式(I)算出。脫碳的水平按照達(dá)到與現(xiàn)有高Cr鋼(現(xiàn)有鋼)相同的條件來(lái)調(diào)整。Ac3相變點(diǎn)用式(I)算出，為眾所周知的實(shí)驗(yàn)式。但是，這些成分不僅僅取決于脫碳，由于對(duì)腐蝕耐久性及應(yīng)力松弛起正面作用，因此在補(bǔ)充因減少N1、V而腐蝕耐久性及應(yīng)力松弛劣化的問(wèn)題的同時(shí)，按照Ac3相變點(diǎn)和回火硬度達(dá)到與現(xiàn)有高Cr鋼相同的條件來(lái)調(diào)整。第二，彈簧的硬度是左右彈簧性能的重要要素，無(wú)論彈簧的線徑及大小如何都為均一的硬度是非常重要的。為此，必須考慮淬火性進(jìn)行研究。本發(fā)明中為了研究淬火性而采用最大淬火直徑DI。為了計(jì)算最大淬火直徑DI，使用上述(2)式表示的H.H0ll0m0n&L.D.Jaffe 公式。第三，回火硬度確定螺旋彈簧的最終硬度，對(duì)彈簧性能的影響大，如果能夠以與現(xiàn)有高Cr鋼相同的回火溫度得到相同的硬度，則無(wú)需改變回火溫度即可生產(chǎn)，因此在考慮彈簧的生產(chǎn)性上是重要的要素之一?；鼗鹩捕鹊挠?jì)算使用上述(3)式。該式(3)是對(duì)過(guò)去進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)的不同鋼種的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多變量分析而求得的回歸式(實(shí)驗(yàn)式)。與上述脫碳同樣，鋼成分的組成不僅僅取決于回火硬度，調(diào)整成綜合滿足腐蝕耐久性及應(yīng)力松弛性及Ac3相變點(diǎn)及脫碳等的鋼成分的組成?，F(xiàn)有高Cr鋼的回火溫度TC時(shí)的回火硬度在最佳成分時(shí)為52.5HRC。與此相對(duì)，本發(fā)明鋼的相同的回火溫度TC時(shí)的回火硬度為52.6HRC。如上所述，按照以最佳成分得到相同的回火硬度的條件調(diào)整C、S1、N1、Cr、Ti的量。以下列出具備這3個(gè)特征的本發(fā)明的高強(qiáng)度彈簧鋼、高強(qiáng)度彈簧的制造方法及高強(qiáng)度彈簧。
(I)本發(fā)明的高強(qiáng)度彈簧鋼的特征是，以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.38 0.44%、S1:2.00 2.30%、Mn:0.79 1.25%、Cr:0.10 0.43%、N1:0.15 0.35%、Cu:0.15 0.35%、T1:0.05 0.13%、P:0.02% 以下(不包括 0%)、S:0.02% 以下(不包括 0%)、Al:0.003 0.10%、N:0.002 0.012%、O:0.0002%以下(不包括0%)，其余包含鐵及不可避免的雜質(zhì)，由下式(I)求得的作為脫碳性能的指標(biāo)的八化相變點(diǎn)在859°C以上885°C以下的范圍，且由下式(2)求得的作為淬火性能的指標(biāo)的最大淬火直徑DI在70mm以上238mm以下的范圍，且由下式⑶求得的作為彈簧性能的指標(biāo)的回火硬度HRC在50以上55以下的范圍。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)度彈簧鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.38 0.44%、S1:2.0O 2.30%、Mn:0.79 1.25%、Cr:0.10 0.43%、N1:0.15 0.35%、Cu:0.15 0.35%、T1:0.05 0.13%、P:0.02% 以下(不包括 0%)、S:0.02% 以下(不包括 0%)、Al:0.003 0.10%、N:0.002 0.012%、0:0.0002%以下(不包括0%)、其余包含鐵及不可避免的雜質(zhì)， 由下式(I)求得的作為脫碳性能的指標(biāo)的六^相變點(diǎn)在859°C以上885°C以下的范圍，且由下式(2)求得的作為淬火性能的指標(biāo)的最大淬火直徑DI在70mm以上238mm以下的范圍，且由下式⑶求得的作為彈簧性能的指標(biāo)的回火硬度HRC在50以上55以下的范圍；Aei=910-2():1X/C -15.2Χ +44.7Si + 104V+31.8Mo+13.1f...(I) DI=D0XfsiXffcXfpXfsXfcuXfmXfcr...(2)HRC=38.99+17.48C+2.55Si_2.28Ν +2.37Cr+8.04Ti …(3) 其中、D0=8.65X、rC、fSi=l+0.64X%S1、fMn=l+4.10X%Mn、fP=l+2.83X%P、fs=l-0.62X%S、fCu=l+0.27X%Cu、fNi=l+0.52X%N1、fCr=l+2.33X%Cr。
2.高強(qiáng)度彈簧的制造方法，其特征在于，將鋼以熱軋或冷軋加工成線材，卷制成形為所希望的螺旋彈簧形狀，實(shí)施淬火回火的熱處理，進(jìn)行加溫立定處理、溫?zé)釃娡栌不?、預(yù)調(diào)處理，所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C: 0.38 0.44%、S1:2.00 2.30%、Mn:0.79 1.25%、Cr:0.10 0.43%、N1:0.15 0.35%、Cu:0.15 0.35%、T1:0.05 0.13%、P:0.02% 以下(不包括 0%)、S:0.02% 以下(不包括 0%)、A1:0.003 0.10%、Ν:0.002 0.012%, O: 0.0002%以下(不包括0%)、其余包含鐵及不可避免的雜質(zhì)，由下式(I)求得的作為脫碳性能的指標(biāo)的八(:3相變點(diǎn)在859°C以上885°C以下的范圍，且由下式(2)求得的作為淬火性能的指標(biāo)的最大淬火直徑DI在70mm以上238mm以下的范圍，且由下式(3)求得的作為彈簧性能的指標(biāo)的回火硬度HRC在50以上55以下的范圍；Ac:i=910-203 X(C -15.2Ni +44.7SI + 104V+31.Rlk)+13.1ff …(I) DI=D0XfsiXffcXfpXfsXfcuXfmXfcr...(2)HRC=38.99+17.48C+2.55Si_2.28Ν +2.37Cr+8.04Ti …(3) 其中，Do-8.65X、fSi=l+0.64X%S1、fMn=l+4.10X%Mn、fP=l+2.83X%P、fs=l-0.62X%S、fCu=l+0.27X%Cu、fNi=l+0.52X%N1、fCr=l+2.33X%Cr。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過(guò)將所述線材利用熱卷成形或冷卷成形卷制成形為上述所希望的螺旋彈簧形狀，實(shí)施溫?zé)釃娡栌不?，使最大剪切?yīng)力在1176MPa以上。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在200°C以上300°C以下的范圍進(jìn)行所述溫?zé)釃娡栌不?br> 5.高強(qiáng)度彈簧，其特征在于，使用權(quán)利要求2 4中任一項(xiàng)所述的方法制造。
全文摘要
高強(qiáng)度彈簧鋼的特征是以質(zhì)量%計(jì)含有C:0.38～0.44%、Si:2.00～2.30%、Mn:0.79～1.25%、Cr:0.10～0.43%、Ni:0.15～0.35%、Cu:0.15～0.35%、Ti:0.05～0.13%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.003～0.10%、N:0.002～0.012%、O:0.0002%以下、其余包含鐵及不可避免的雜質(zhì)，由下式(1)求得的作為脫碳性能的指標(biāo)的Ac3相變點(diǎn)在859℃以上885℃以下的范圍，且由下式(2)求得的作為淬火性能的指標(biāo)的最大淬火直徑DI在70mm以上238mm以下的范圍，且由下式(3)求得的作為彈簧性能的指標(biāo)的回火硬度HRC在50以上55以下的范圍。，DI=DO×fSi×fMn×fP×fS×fCu×fNi×fCr…(2)，HRC=38.99+17.48C+2.55Si-2.28Ni+2.37Cr+8.04Ti…(3)，其中，fSi=1+0.64×%Si、fMn=1+4.10×%Mn、fP=1+2.83×%P、fS=1-0.62×%S、fCu=1+0.27×%Cu、fNi=1+0.52×%Ni、fCr=1+2.33×%Cr。
文檔編號(hào)C21D9/02GK103201404SQ201180054020
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者岡田秀樹(shù), 丹下彰, 丹后公一, 住吉功 申請(qǐng)人:日本發(fā)條株式會(huì)社