疲勞特性優異的彈簧用鋼線材及彈簧的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種彈簧用鋼線材，其分別含有特定量的C、Si、Mn、Cr、Al、Ca及Ti，余量由鐵及不可避免的雜質構成，在與鋼材的長度方向平行的截面上存在的短徑為1μm以上的氧化物系夾雜物分別含有特定量的CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO及TiO2，并且滿足CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，且在上述截面上存在的短徑為2μm以上的氧化物系夾雜物的個數超過0.002個/mm2。
【專利說明】
疲勞特性優異的彈簧用鋼線材及彈簧
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種疲勞特性優異的彈簧用鋼線材及彈簧。
【背景技術】
[0002] 隨著汽車等的輕量化、高輸出功率化的要求提高，對于閥彈簧、懸架彈簧等彈簧要 求提高疲勞特性。對于成為其原材的乳制材、將該乳制材拉絲加工而成的拉絲材等彈簧用 鋼線材也要求疲勞特性的進一步的提高。尤其對閥彈簧用鋼線材而言，提高疲勞特性的要 求非常強烈。
[0003] 對于要求高疲勞強度的彈簧用鋼線材而言，需要極力降低斷線、成為疲勞折損的 起點的非金屬夾雜物或使其尺寸小型化。例如，對于閥彈簧鋼而言，為了不生成對疲勞特性 有害的ai 2〇3,提出了如下技術:利用使用Si進行脫氧的所謂Si鎮靜鋼，將夾雜物控制在包含 Si02-Al2〇3 -CaO-MgO-MnO等的體系來進行微細化。此外，還提出了將非金屬夾雜物的組 成控制在低熔點區域進行微細化的方法、在熱乳時將夾雜物拉伸而使其分斷的方法等。 [0004]例如在非專利文獻1中記載了如下內容:對于閥彈簧用鋼而言，通過將夾雜物的組 成控制為CaO-AI2O3 -Si〇2系、MnO-AI2O3 -Si〇2系的非晶質穩定組成，從而促進熱加工時 的變形，不成為疲勞破壞的起點而使疲勞特性提高。
[0005] 本發明人等還提出各種疲勞特性等優異的彈簧用鋼線材。例如在專利文獻1中提 出了如下技術：即使夾雜物整體為低熔點、容易變形且在熱乳前或熱乳中的加熱時發生相 分離，也不易生成硬質的Si0 2。另外，在專利文獻2中提出了如下技術:通過使夾雜物中生成 大量微細的結晶，從而促進熱乳時的夾雜物的分斷，而使微細化得到促進。另外，在專利文 獻3中提出了為了使生成的復合氧化物系夾雜物的熔點和粘性降低并最終實現微細化而積 極地含有Li0 2、Na2〇、K2〇中的1種以上的技術。
[0006] 此外，在專利文獻4中記載了如下內容：若添加 Zr02作為以往所沒有的氧化物成 分，則有助于維持非晶質相。另外，在專利文獻5中記載了如下內容:通過使B 2〇3包含在復合 系氧化物(例如CaO-AI2O3 -Si〇2系復合氧化物、CaO-AI2O3 -Si〇2-MgO系復合氧化物等） 中，從而使氧化物系夾雜物被微細地分斷，并且可以顯著提高拉絲加工性、疲勞強度。
[0007] 現有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1:日本專利第4134204號公報 [0010] 專利文獻2:日本專利第4347786號公報 [0011] 專利文獻3:日本專利第4423050號公報 [0012] 專利文獻4:日本特開2010 - 202905號公報 [0013] 專利文獻5:日本特開2009 - 263704號公報 [0014]非專利文獻
[0015]非專利文獻1:三村毅、182 · 183次西山紀念技術講座《夾雜物控制與高潔凈度高 制造技術》、社團法人日本鐵鋼協會編、2004年、p. 125
【發明內容】
[0016] 發明要解決的問題
[0017] 然而，例如在上述專利文獻3中存在如下問題:雖然積極地添加脫氧力強的Li作為 氧化物系夾雜物生成起源，但是，由于Li容易蒸發，因此難以控制Li 20濃度。另外，正如在上 述專利文獻3中記載的"夾雜物中的Li2〇濃度無法利用以往的EPMA(Electron Probe X - ray Micro Analyzer)進行測定，因此獨自開發了基于SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)的分析法"那樣，存在制造上的難度。另外，就上述專利文獻4中記載的Zr〇2、 上述專利文獻5中記載的B 2〇3而言，根據本發明人等的實驗結果可知存在使疲勞特性反而變 差的風險。
[0018] 本發明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供疲勞特性極優異的彈簧用鋼線材及 彈簧。
[0019] 用于解決問題的技術手段
[0020] 能夠解決上述課題的本發明的疲勞特性優異的彈簧用鋼線材具有以下幾個要點：
[0021] 含有
[0022] C:0.2~1.2%(%為質量％的含義，以下，只要沒有特別說明則為相同含義）、
[0023] Si :1.0~3%、
[0024] Μη:0·1 ~2%、
[0025] Cr:3% 以下（不包括0%)、
[0026] Α1:0·0002 ~0.005%、
[0027] Ca:0.0002 ~0.002%、及
[0028] Ti:0.0003~0.010%，
[0029] 余量由鐵及不可避免的雜質構成，
[0030] 在與鋼材的長度方向平行的截面上存在的短徑為Ιμπι以上的氧化物系夾雜物的平 均組成以質量％計滿足
[0031] 〇&0:35%以下（包括0%)、厶12〇3:40%以下（包括0%)、51〇2 :30~95%、]\%0:8%以 下（包括0 % )、Μη0:5 % 以下（包括0 % )、Ti〇2: 3~10 %及CaO+Al2〇3+Si〇2+MgO+MnO+Ti〇2彡 80%，并且
[0032] 在上述截面上存在的短徑為2μπι以上的氧化物系夾雜物的個數超過0.002個/mm2。
[0033] 尤其，優選：氧化物系夾雜物的平均組成滿足CaO :10~35 %、Al2〇3:10~40%、 3102:30~70%、]\^0:8%以下（包括0%)、]\1110 :5%以下（包括0%)、1102:3~10%及〇&0+ Al2〇3+Si02+MgO+MnO+Ti〇2彡80%，并且在上述截面上存在的短徑為2μπι以上的氧化物系夾 雜物的個數超過〇. 002個/mm2。
[0034] 在上述彈簧用鋼線材中，上述氧化物系夾雜物的平均組成以質量％計還滿足 Zr02:不足1 % (不包括0% )、Na20:不足5% (不包括0% )。
[0035] 上述彈簧用鋼線材可以還含有Ni : 0.5 %以下（不包括0 %)、Cu:0.5%以下（不包括 0%)〇
[0036] 上述彈簧用鋼線材可以還含有V: 0.5 %以下（不包括0 % )。
[0037] 能夠解決上述課題的疲勞特性優異的彈簧具有如下要點：該彈簧為使用上述彈簧 用鋼線材而得的彈簧。
[0038] 發明效果
[0039] 根據本發明，適當地控制了彈簧用鋼線材的化學成分以及氧化物系夾雜物的組成 及個數，因此可以得到疲勞特性極優異的彈簧用鋼線材。
【具體實施方式】
[0040] 在開發了上述專利文獻1~3等后，本發明人等還為了提供疲勞特性極優異的彈簧 用鋼線材而反復進行了研究。以往，為了提高疲勞特性，有效的是在熱乳時使氧化物系夾雜 物拉伸分斷而微細化，提出了將利用Si脫氧得到的氧化物系夾雜物的組成控制為包含非晶 質較穩定的Si0 2的組成、例如Si02 - CaO-Al2〇3 - MgO-MnO等的方法。此時，作為在該夾雜 物結晶化時也會實現微細化的手段，提出了專利文獻2的技術作為控制結晶化狀態的(不完 全發生結晶化而使微細結晶相析出)方法。
[0041] 但是，根據本發明人等的之后的研究，發現:通常，即使為幾乎不會成為破壞的起 點的微小尺寸，也會因結晶化形態的不同而在作為母相的鋼與氧化物系夾雜物的界面產生 空隙，在更嚴苛的試驗條件下可能成為破壞的起點。而且，發現:正如上述專利文獻所報道 的那樣使以Si0 2 -CaO -Al2〇3-MgO-MnO為基底的氧化物系夾雜物中含有Ti02,從而能夠 使氧化物系夾雜物的非晶質進一步保持穩定，得到高疲勞特性。由此，能夠利用更容易進行 氧化物系夾雜物的分析和控制的成分實現高疲勞特性。予以說明，在此，以Si0 2 - CaO - Al2〇3 - MgO -MnO為基底的含有Ti02的氧化物系夾雜物為平均組成以質量％計滿足Ca0+ Al2〇3+Si02+MgO+MnO+Ti〇2彡80%的氧化物系夾雜物。通過含有合計80%以上的這些物質， 從而發揮正如上述專利文獻所報道的那樣以Si0 2 - CaO-Al2〇3-MgO-MnO為基底的氧化物 系夾雜物所帶來的效果、以及Ti02所帶來的效果。
[0042]而且，發現為了發揮上述Ti02所帶來的效果而在0.0003~0.010%的范圍內含有 Ti作為鋼中成分是有用的，從而完成本發明。
[0043]在本發明中，通過使上述氧化物系夾雜物中含有規定量的Ti02來提高疲勞特性的 理由的詳細情況還尚未明確，但是考慮如下。
[0044] 即，由于利用Si脫氧所得的氧化物系夾雜物中包含Ti02,因而分離為Ti02稠化相(A 相)和Si02稠化相(B相）2相。分離為2相的理由認為是由于在鋼水階段Ti02具有與Si0 2分離 為2液相的性質。結果:Si02稠化相(B相）中的Si02濃度上升，使在Si脫氧鋼中容易發生的鈣 錯黃長石(Gehlenite)、尖晶石（Spinel、Mg0 · AI2O3)等的結晶質化受到抑制。另一方面， Ti02稠化相(A相)也會因氧化物系夾雜物中包含Ti02而使液相線溫度降低、結晶質化受到抑 制。結果推斷能夠提高氧化物系夾雜物的非晶質穩定性。
[0045] 對此，在上述的專利文獻1~5中并未公開本發明的上述特征部分。例如在上述專 利文獻4中列舉了Ti02作為夾雜物的雜質，但是，完全未記載像本發明那樣通過將Ti0 2量控 制在規定范圍來提高疲勞特性。實際上，在上述專利文獻4的全部實施例中均只公開了包含 1.0%的Fe0、Ti0 2等雜質的例子，在此并未得到由添加 Ti02所帶來的疲勞特性提高效果（參 照后述的表的No. 14)。原本在上述專利文獻4中含有1%以上的Zr02,這一點與本發明的氧 化物系夾雜物的組成不同。
[0046] 以下，對本發明進行詳細地說明。
[0047] 如上所述，本發明具有如下特征:在0.0003~0.010%的范圍內含有Ti作為鋼中成 分，并且在上述Si〇2 - CaO-Al2〇3-MgO-MnO的氧化物系夾雜物中以3~10%的范圍內含有 Ti02〇
[0048] 在本說明書中，彈簧用鋼線材包括乳制后的鋼材(乳制材)及將該乳制材進行拉絲 加工而成的拉絲材這兩者。在本發明中將這兩者統稱為"鋼線材"。
[0049] 在本說明書中，氧化物系夾雜物是指Ca、Al、Si、Ti、Mn、Mg、Na、Cr、Zr等氧化物形成 元素與氧結合而成的氧化物夾雜物。上述氧化物系夾雜物可以利用電子顯微鏡進行觀察、 并利用能量色散X射線分析裝置(Energy Dispersive X-ray spectrometry;EDX)、波長色 散X射線分析裝置(Wavelength - Dispersive X-ray spectrometry;WDX)進行測定。測定 方法的詳細情況如后所述。
[0050] 首先，對氧化物系夾雜物的組成進行說明。如上所述，在本發明中，就鋼中所含的 氧化物系夾雜物而言，在與鋼材的長度方向平行的截面上存在的短徑為Ιμπι以上的氧化物 系夾雜物的平均組成以質量％計滿足Ca0:35%以下(包括0% )、Α12〇3:40%以下(包括0% )、 3102:30~95%、]\^0:8%以下（包括0%)、]\1110 :5%以下（包括0%)、1102:3~10%及〇&0+ Al2〇3+Si〇2+MgO+MnO+Ti〇2彡80%，優選滿足CaO: 10~35%、Al2〇3:10~40%、Si02:30~ 70%、]\^0:8%以下（包括0%)、]?110 :5%以下（包括0%)、1^02:3~10%及〇&0+厶1203+3102+ Mg0+Mn0+Ti02多80%，在上述截面上存在的短徑為2μπι以上的氧化物系夾雜物的個數優選 超過0.002個/mm 2。
[0051] 首先，對氧化物系夾雜物的組成進行說明。如上所述，在本發明中，就鋼中所含的 氧化物系夾雜物而言，具有如下特征:在與鋼材的長度方向平行的截面上存在的短徑為Ιμπι 以上的氧化物系夾雜物的平均組成以質量％計滿足Ca0:35%以下(包括0%)、Α1203:40%以 下（包括0%)、Si0 2:30~95%、Mg0:8% 以下（包括0%)、Μη0:5% 以下（包括0%)、Ti02:3~ 10%及CaO+Al2〇3+Si〇2+MgO+MnO+Ti〇2彡80%，并且在上述截面上存在的短徑為2μπι以上的 氧化物系夾雜物的個數超過0.002個/mm 2。
[0052] [Ca0:35% 以下]
[0053] CaO為堿性氧化物，若包含在作為酸性氧化物的Si02中，則氧化物的液相線溫度下 降，具有抑制氧化物系夾雜物的結晶化的效果，因此在夾雜物中可以含有CaO。其含有優選 為10 %以上、更優選為15 %以上。然而，若CaO含量過高，則導致氧化物系夾雜物結晶化，因 此其上限為35%以下。CaO含量的上限優選為30%以下。
[0054] [Si02:30 ~95%]
[0055] Si〇2為酸性氧化物，其是為了使氧化物系夾雜物非晶質化而不可缺少的成分。為 了有效地發揮此種效果，Si02含量的下限為30%以上。Si02含量的下限優選為40%以上。然 而，若Si0 2含量超過95%，則上述夾雜物的拉伸性降低，還容易生成空洞，使疲勞特性變差。 因此，Si02含量的上限為95%以下，優選為70%以下、更優選為50%以下。
[0056] [Al203:40% 以下]
[0057] Al2〇3為兩性氧化物，若包含在作為酸性氧化物的Si02中，則氧化物的液相線溫度 下降，具有抑制氧化物的結晶化的效果，因此在夾雜物中可以含有Al2〇3。其含量優選為10% 以上、更優選為20%以上。若另一方面，Al 2〇3含量的上限超過40%，則在鋼水中及凝固過程 中析出剛玉等Al2〇3結晶相，或者與MgO-起析出尖晶石等MgO · Al2〇3結晶相。另外，在乳制 溫度域中生成這些結晶相。這些結晶相的固相為硬質，且以粗大的夾雜物的形式殘留，使疲 勞特性變差。從這樣的觀點出發，Al2〇3含量的上限需要為40%以下，優選為30%以下。
[0058] [Mg0:8% 以下（包括0%)]
[0059] MgO并非在本發明中所必須的氧化物，但是具有將Si02系氧化物控制為最佳的組 成而使其熔點降低的效果。為了有效地發揮此種作用，MgO含量的下限優選為0.2%以上。但 是，若MgO含量過多，則Si0 2系氧化物的熔點變高或生成MgO系的結晶，因此其上限為8%以 下。優選為5%以下、更優選為3%以下。
[0060] []^0:5%以下（包括0%)]
[0061 ]與上述MgO同樣，MnO也并非本發明中所必須的氧化物，但是MnO具有使Si〇2系氧化 物的熔點降低的效果。為了有效地發揮此種作用，MnO含量的下限優選為0.1%以上、更優選 為0.5%以上。但是，在像本發明那樣含有1.0%以上的Si的高Si鋼中將MnO控制為太高濃度 是不現實的，因此MnO含量的上限為5%以下。
[0062] [Ti02:3 ~10%]
[0063] Ti02為表征本發明的氧化物成分。如上所述，若Ti02包含在作為酸性氧化物的Si0 2 中，則分離為Ti〇2稠化相(A相）和Si02稠化相(B相）2相，兩相均具有結晶質化抑制作用。結 果:能夠實現抑制利用Si脫氧鋼得到的含有Si0 2的氧化物系夾雜物在熱加工時的結晶化、 以及抑制在鋼與氧化物系夾雜物的界面產生的空洞，使疲勞特性進一步提高。這樣的效果 通過將Ti0 2含量的下限控制在3%以上而得到，因此Ti02含量為3%以上。優選為4%以上、更 優選為5%以上。然而，若Ti0 2含量過多，則Ti02系氧化物以結晶相的形式單獨生成，因此疲 勞特性降低。因此，Ti0 2含量的上限為10%以下。優選為8%以下、更優選為7%以下。
[0064] [Ca0+A 12O3+Si02+Mg0+Mn0+Ti02^80 % ]
[0065] 在本發明中，需要如上述那樣控制各氧化物的含量并且將它們的含量的合計控制 在80%以上，由此保持氧化物系夾雜物的非晶質，并且使疲勞特性提高。上述氧化物的總量 越多越好，優選為90%以上。最優選為100%。
[0066] 如上所述，本發明的彈簧用鋼線材所含的氧化物系夾雜物基本上為Ca0、Al203、 Si02、Mg0、Mn0及Ti02,余量為雜質。作為上述雜質，例如可列舉在制造過程等中不可避免地 含有的雜質。可以在對氧化物系夾雜物的結晶化狀態、形態等不造成不良影響、且得到所需 疲勞特性的限度內含有上述雜質。但是，基于與上述氧化物系夾雜物的總量的關系，該雜質 的總量最大需要控制在20%以上。
[0067] 作為上述雜質，例如可列舉Zr02、Na20、Cr203等。其中，就Zr0 2而言，若氧化物系夾雜 物中的濃度變高，則促進上述夾雜物的結晶化而使疲勞特性變差，因此優選使其極力減少。 Zr02的優選含量不足1%、更優選為0.5%以下、最優選不含2"2。另外，與上述2" 2相比， Na20的容許量更寬，若為5 %左右，則也可以包含Na20。
[0068] [在與鋼材的長度方向平行的截面上存在的短徑為2μπι以上的氧化物系夾雜物的 個數:超過0.002個/mm2]
[0069] 在本發明中，需要如上所述地控制各氧化物的含量及總量、并且使短徑為2μπι以上 的氧化物系夾雜物的個數滿足〇. 002個/mm2。由此，確保高疲勞特性，并且均質性也提高。短 徑為2μηι以上的氧化物系夾雜物的個數優選為0.005個/mm 2以上、更優選為0.01個/mm2以上、 進一步優選為0.05個/mm2以上。在此，上述"氧化物系夾雜物"是指如上所述Ca、Al、Si、Ti、 Mn、Mg、Na、Cr、Zr等氧化物形成元素與氧結合而成的氧化物夾雜物，并不限于上述的氧化物 (〇&0)1203、3丨02、1%0、1110、110 2)。另外，在上述氧化物系夾雜物中，尤其規定"短徑為2以111以 上"的原因在于短徑不足2μπι的氧化物系夾雜物對疲勞特性的不良影響較少。
[0070] 接著，對鋼中成分進行說明。
[0071] [C:0.2 ~1.2%]
[0072] C是為了確保規定的強度所需的元素，為了有效地發揮此種特性，C的含量為0.2% 以上。優選為0.5%以上。但是，若C含量過量，則彈簧用鋼線材脆化，喪失實用性，因此其上 限為1.2%以下。C量的優選上限為0.8%以下、更優選為0.7%以下。
[0073] [Si:1.0 ~3%]
[0074] Si為有助于彈簧用鋼線材的高強度化及提高疲勞特性的重要元素。并且也是對提 高抗軟化性以及提高耐永久應變性也有用的元素。進而，為了控制為所需的氧化物系夾雜 物的組成，Si也為必須的元素。為了有效地發揮此種作用，而使Si含量為1.0%以上。優選的 Si含量為1.4%以上、更優選為1.8%以上。然而，若Si含量過量，則存在在凝固中生成硬質 的純Si02的風險，并且有時表面脫炭、表面瑕疵增加而使疲勞特性降低。因此，Si量的上限 為3%以下。優選為2.4%以下、更優選為2.2%以下。
[0075] [Μη:0·1~2%]
[0076] Μη作為脫氧劑起作用，而且是提高淬火性而還有助于提高強度的元素。為了有效 地發揮此種作用，而使Μη含量的下限為0.1%以上。優選為0.5%以上。但是，若Μη量過量，則 韌性、延展性降低，因此，其上限為2%以下。更優選為1%以下。
[0077] [Cr:3% 以下（不包括 0%)]
[0078] Cr是通過固溶強化來提高彈簧用鋼線材的基體強度的元素。而且，與Μη同樣，Cr也 對提高淬火性有效地起作用。Cr量優選為0.5 %以上、更優選為0.9 %以上。但是，若Cr過量， 則彈簧用鋼線材容易脆化而使氧化物系夾雜物的敏感性增大，因此疲勞特性降低。為此，Cr 量的上限為3%。&量的優選的上限為2%以下、更優選為1%以下。
[0079] [Α1:0·0002 ~0.005%]
[0080] 若Α1含量變多、尤其超過0.005%，則以Α12〇3為主體的硬質氧化物的生成量變多， 而且在壓下后也會以粗大的氧化物的形式殘留，因此疲勞特性降低。因此，使Α1的含量為 0.005%以下、優選為0.002%以下、更優選為0.0015%以下。但是，若Α1含量不足0.0002%， 則氧化物系夾雜物中的Ah〇3含量變得過少，生成包含大量Si〇2的結晶相。因此，Α1含量的下 限為0.0002%以上、優選為0.0005%以上。
[0081] [Ca:0.0002 ~0.002%]
[0082] Ca是因用于控制氧化物系夾雜物組成的焊渣精煉而包含在線鋼材中的成分。在本 發明中還是控制氧化物系夾雜物中的CaO含量、抑制氧化物系夾雜物的結晶化而對疲勞特 性的改善有效的元素。為了發揮此種效果，而使Ca含量為0.0002 %以上、優選為0.0003 %以 上、更優選為〇. 0005 %以上。然而，若Ca含量過量而超過0.002 %，則CaO的比例變得過高，導 致氧化物結晶化。因此，Ca含量為0.002 %以下、優選為0.001 %以下、更優選為0.0008%以 下。
[0083] [Ti:0.0003 ~0.010%]
[0084] Ti為表征本發明的元素。通過添加規定量的Ti、且適當控制氧化物系夾雜物中的 Ti〇2含量，從而進一步提高上述夾雜物的非晶質穩定性，使疲勞特性進一步提高。為了得到 此種效果，需要使Ti含量為0.0003%以上。優選為0.0005%以上、更優選為0.0008%以上。 但是，若Ti的含量變多而超過0.010%，則Ti〇 2系氧化物以結晶相的形式單獨生成。因此，Ti 含量為〇. 〇 1 〇 %以下。優選為〇. 0050 %以下、更優選為0.0030 %以下。
[0085] 在本發明中所使用的鋼中元素如上述那樣余量為鐵及不可避免的雜質。作為上述 不可避免的雜質，例如可列舉因原料、資材、制造設備等狀況而摻入的元素、例如S、P、H、N 等。
[0086] 進而，在本發明中也可以含有以下的選擇成分。
[0087] [Ni:0.5% 以下（不包括 0%)]
[0088] Ni是對抑制彈簧用鋼線材制造時的熱乳、彈簧制造時的熱處理時產生的鐵素體脫 炭有效的元素。而且，Ni具有提高淬火?回火后的彈簧韌性的作用。優選的Ni量的下限為 0.05 %以上、更優選為0.15 %以上、進一步優選為0.2 %以上。另一方面，若Ni量過量，則在 淬火?回火處理中殘留奧氏體量增大，使抗拉強度降低。為此，Ni量的上限優選為0.5%以 下、更優選為0.3%以下。
[0089] [Cu:0.5% 以下（不包括 0%)]
[0090] Cu為對抑制彈簧用鋼線材制造時的熱乳、彈簧制造時的熱處理時產生的鐵素體脫 炭有效的元素，因此可以含有0.05%以上的Cu。上限優選為0.5%以下、更優選為0.3%以 下。
[0091] [V:0.5% 以下（不包括 0%)]
[0092] V是與碳、氮等結合而形成微細的碳化物、氮化物等、且對提高耐氫脆性、疲勞特性 有用的元素。而且，V為利用晶粒微細化效果而有助于提供彈簧的韌性、屈服強度、耐永久應 變性等的元素。V量的下限優選為0.05%以上、更優選為0.10%以上。但是，若V量過量，則在 淬火加熱時未固溶于奧氏體中的碳化物量增大，難以得到充分的強度、硬度，而且招致氮化 物的粗大化，容易產生疲勞折損。另外，若V量過量，則殘留奧氏體量增加，彈簧的硬度降低。 為此，V量的優選的上限為0.5 %以下、更優選為0.4 %以下。
[0093] 接著，對制造本發明的彈簧用鋼線材的方法進行說明。在本發明中，為了得到所需 氧化物系夾雜物的組成及個數，重要的是尤其留意熔煉工序、熱加工的各工序來進行制造。 但是，除此以外的工序并無特別限定，可以適當選擇使用在彈簧用鋼線材的制造中通常所 使用的方法。
[0094] 本發明中使用的優選的熔煉工序及熱間工序如以下所示。
[0095] (熔煉工序）
[0096] 首先，實施采用Si的脫氧，并按照本發明中規定的組成添加 C、Si、Mn、Cr、Ti、Al、 Ni、V，之后，依據常規方法，使用CaO - Si02系焊渣實施焊渣精煉，控制為CaO - Al2〇3 - Si02-MgO-MnO-Ti02的組成。此時，使上述焊渣充分懸浮于鋼水，由此可以使短徑為2μπι以 上的氧化物系夾雜物的個數為規定的范圍。予以說明，在本發明中含有規定量的Ti0 2作為 氧化物系夾雜物，該控制方法也無特別限定，基于本發明的技術領域中通常使用的方法，在 熔煉時按照使鋼中的Ti量控制為0.0003~0.010%的范圍內的方式添加 Ti即可。Ti的添加 方法并無特別限定，例如可以添加含有Ti的鐵系合金進行調整，或者可以通過焊渣組成的 控制來控制鋼水中的Ti濃度。
[0097] (熱間工序）
[0098] 將所得的鑄片在加熱爐中加熱到1100~1300°C后，在900~1200 °C實施開坯乳制。 之后，在800~1100°C進行乳制。實施熱乳至所需的直徑。
[0099] 這樣得到本發明的彈簧用鋼材，但是，也可以在上述熱乳后進一步進行拉絲加工 而制成彈簧用鋼線材。拉絲條件并無特別限定，可以采用通常所使用的方法。
[0100] 本發明的彈簧用鋼線材作為要求高疲勞特性的加工品的原材而非常有用。作為上 述加工品，可列舉例如：用于汽車的發動機、懸架等的閥彈簧、離合器彈簧、制動彈簧、懸架 彈簧等彈簧類;鋼簾線等鋼線類等。
[0101] 上述彈簧的制造方法并無特別限定，可以利用常規方法來制造。具體而言，將上述 彈簧用鋼線材根據需要進行退火處理后，進行剝皮處理、鉛淬火處理、拉絲加工、油回火處 理，從而制造彈簧。
[0102] 以下，利用實施例對本發明進行更具體地說明，但是，本發明并不受下述實施例的 限制，能夠在可以適合于上下文記載的主旨的范圍內進行變更后再實施，它們均包含在本 發明的技術范圍內。
[0103] 實施例 [0104][鑄片的制造]
[0105]使用容量150kg/lch的小型熔化爐，對下述表1所示的各種化學成分的供試鋼進行 熔煉，制作成Φ 245mm X 480mm的鑄片。就熔煉而言，在熔煉時使用MgO系耐火物的坩堝，添加 (：、5^11及(>，并根據需要添加附及￥中的至少一種，調整為規定的濃度后，按照114〇 &的順 序進行投入，調整Ti及Ca的各濃度。在本實施例中，作為添加到鋼水中的Ca，使用Ni - Ca合 金，作為Ti源，使用Fe - Ti合金。將這樣得到的鑄片的化學成分示于表1中。
[0108] 將所得的鑄片在加熱爐中以1100~1300°c的溫度進行加熱后，在900~1200°C進 行開坯乳制。之后，在830~1100 °C進行熱乳，由此得到直徑:8.0mm的熱乳材。
[0109](氧化物系夾雜物的組成及個數的測定）
[0110] 對這樣得到的熱乳材(直徑:8.0mm)，按照包含該熱乳材的中心軸的方式，在長度 方向（相當于乳制方向）切割1個20mmL(L為乳制方向長度）以上的微小試樣，對包含上述中 心軸的截面進行研磨。使用日本電子DATUM公司制的電子探針X射線微區分析儀(Electron ProbeX-ray Micro Analyzer ;EPMA、商品名"JXA-8500F"）對該研磨面進行觀察，并對短 徑為lMi以上的氧化物系夾雜物的成分組成進行定量分析。研磨面的觀察面積為100~ 1000mm 2,利用特征X射線的波長色散光譜分光對氧化物系夾雜物在中央部的成分組成進行 定量分析。分析對象元素為[&、41、3;[、11、]/[11、]\%、他、0、21'，使用已知物質預先將各元素的父 線強度與元素濃度的關系制成校準曲線，由從作為分析對象的上述氧化物系夾雜物得到的 X射線強度和上述校準曲線對各試樣所含的元素量進行定量，并進行氧化物換算，由此求得 氧化物系夾雜物的平均組成。Ti氧化物可以采用多個價數，但是全部按照Ti0 2來計算。
[0111] 另外，在存在于上述研磨面中的氧化物系夾雜物中，將短徑為2μπι以上的氧化物系 夾雜物的個數除以上述觀察面積（100~1000mm 2)所得的值設為氧化物系夾雜物的夾雜物 個數(個/mm2)。
[0112] [疲勞強度試驗(折損率)]
[0113] 將上述熱乳材(直徑:8.0mm)剝皮，拉絲至直徑:7.4mm后，進行鉛淬火，并冷拉絲加 工至直徑：4.0mm。接著，連續進行油淬火和在約450°C的鉛浴中的回火而進行油回火處理 后，得到直徑4.0mm X長650mm的線材。對這樣得到的線材，在400 °C進行相當于去應力退火 的處理后，進行噴丸加工，并進行200°C的低溫退火，制作成疲勞強度測定用試驗片。
[0114] 對上述試驗片，使用中村式旋轉彎曲試驗機，在公稱應力：970MPa、轉速:4000~ 5000rpm、中止次數:2X10 7次的條件下進行試驗。在分斷的試驗片中，分別測定以夾雜物為 起點而發生折損的試驗片的個數A及由于達到規定的中止次數而中止了上述試驗的試驗片 的個數B，按照下述式求出折損率。
[0115] 折損率（％) = [A/(A+B)]X100
[0116] 將它們的結果記載于表2中。予以說明，表2的試驗No.表示使用相同數字的表1的 供試鋼No.。
[0117] [表 2]
[0119]在表2的試驗No. 1~11、17、18中均滿足本發明中規定的化學成分組成及氧化物組 成，可見疲勞特性優異。
[0120]與此相對，在試驗No. 12~16中未滿足本發明的任意要件，因此疲勞特性降低。 [0121 ] 在試驗No . 12中，由于Si量及A1量為本發明的范圍內，但是Si量和A1量均較低，因 此氧化物系夾雜物中的CaO量變多，疲勞特性降低。
[0122] 在試驗No . 13中，由于Ti量及A1量為本發明的范圍內，但是，所含的Ti和A1的量比 其他實施例多，因此氧化物系夾雜物中的Si0 2量變少，疲勞特性降低。
[0123] 在試驗No .14中，由于Ti量少，因此氧化物系夾雜物中的T i 02量變少，疲勞特性降 低。
[0124] 在試驗No. 15中，由于Ti量多，因此氧化物系夾雜物中的Ti02量變多，疲勞特性降 低。
[0125] 在試驗No. 16中，由于焊渣精煉時的攪拌與其他的例子相比為弱攪拌，因此懸浮不 充分，短徑為2μπι以上的氧化物系夾雜物的個數變少，疲勞特性降低。
[0126] 參照特定的實施方式對本發明進行了詳細地說明，但對本領域技術人員而言明顯 可以在不脫離本發明的主旨和范圍的條件下加以各種變更、修改。
[0127] 本申請是基于2014年1月29日申請的日本專利申請（日本特愿2014 - 014633)的申 請，其內容作為參照援引于此。
[0128] 產業上的可利用性
[0129] 就本發明的彈簧用鋼線而言，迄今為止，疲勞特性更為優異，并且適合預閥彈簧、 懸架彈簧等。
【主權項】
1. 一種疲勞特性優異的彈簧用鋼線材，其特征在于，以質量％計含有 C:0.2 ~1.2% Si:1.0 ~3%、 Μη:0·1 ~2%、 Cr:3%以下且不包括0%、 Α1:0·0002 ~0.005%、 Ca:0.0002 ~0.002%、及 Ti:0.0003 ~0.010%， 余量由鐵及不可避免的雜質構成， 在與鋼材的長度方向平行的截面上存在的短徑為lym以上的氧化物系夾雜物的平均組 成以質量％計滿足 〇&0:35%以下且包括0%、厶12〇3:40%以下且包括0%、5丨〇2:30~95%、]\%0 :8%以下且 包括0 %、ΜηΟ: 5 % 以下且包括0 %、Ti02:3~10 % 及CaO+Al2〇3+Si〇2+MgO+MnO+Ti〇2彡80 %，并 且 在所述截面上存在的短徑為2μπι以上的氧化物系夾雜物的個數超過0.002個/mm2。2. 根據權利要求1所述的彈簧用鋼線材，其中，所述氧化物系夾雜物的平均組成以質 量％計還滿足Zr〇2:不足1%且不包括0%、Na2〇:不足5%且包括0%。3. 根據權利要求1或2所述的彈簧用鋼線材，其還含有Ni :0.5%以下且不包括0%、Cu: 0.5%以下且不包括0%及V: 0.5%以下且不包括0%中的至少一種。4. 一種彈簧，其使用權利要求1~3中任一項所述的彈簧用鋼線材而得到。
【文檔編號】C22C38/00GK105940132SQ201580006045
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月29日
【發明人】杉村朋子, 島本正樹, 新堂陽介, 貝塚正樹, 大脅章弘, 木村世意
【申請人】株式會社神戶制鋼所