[发明专利]耐疲劳特性优异的硅镇静钢线材和弹簧

说明书

技术领域

本发明涉及耐疲劳特性优异的硅镇静钢线材和由此钢线材得到的弹簧，例如作为高强度弹簧(特别是阀弹簧)等时能够发挥出高的耐疲劳特性，作为要求有如此特性的汽车用发动机的阀弹簧和离合器弹簧、制动器弹簧、此外还有悬架弹簧和钢丝帘线等的原材有用。

背景技术

最近，随着汽车的轻量化和高输出功率化的要求提高，即使在发动机和悬架等所使用的阀弹簧和悬架弹簧等中也定向为高应力设计。因此在这些弹簧中，为了对应负荷应力的增大，而强烈期望其耐疲劳性和抗弹减性优异。特别是对于阀弹簧的疲劳强度增大的要求非常强烈，即使在现有的钢中被认为是疲劳强度优异的SWOSC-V(JIS G 3566)也难以对应。

要求有高的疲劳强度的弹簧用线材，需要极力降低存在于线材中的成为折损起点的非金属夹杂物。从这一观点出发，作为被用于如上述用途的钢材，一般采用将上述非金属夹杂物的存在极力降低的高纯净钢。另外，随着原材的高强度化被实现，非金属夹杂物引起的断线、疲劳折损的危险性提高，因此成为其主要原因的非金属夹杂物的降低、小型化的要求更加严格。

从实现钢材中的硬质的非金属夹杂物的降低、小型化这样的观点出发，至今为止也提出有各种各样的技术。例如非专利文献1中记载，将夹杂物保持为玻璃质，轧制时使夹杂物微细化，和作为CaO-Al₂O₃-SiO₂系的成分在玻璃稳定的组成中存在夹杂物。另外还提出，为了促进玻璃部分的变形，降低夹杂物的熔点有效(例如专利文献1)。

另外在专利文献2中公开，通过将Ca、Mg、(La+Ce)的量控制在适当的范围内，同时适当调整钢材的化学成分组成，且使钢中的非金属夹杂物的平均的组成的构成比(SiO₂、MnO、Al₂O₃、MgO和CaO的构成比)为适当的范围，由此能够得到耐疲劳特性优异的弹簧钢。

另一方面，在专利文献3中提出一种发挥着优异的“回弹特性(へたり特性)”的高强度弹簧用线材，其是控制C、Si、Mn、Cr等基本成分，并且在0.0005～0.005％的范围含有Ca、Mg、Ba、Sr之中1种以上，且使非金属夹杂物的大小在20μm以下等。

至今为止提出的各种现有技术，均是以着眼于将夹杂物组成控制在低熔点区域，以实现微细化为中心。例如CaO-Al₂O₃-SiO₂三成分系夹杂物，在一般已知的三元系相图中，虽然可知三成分在某一组成范围存在低熔点区域，但在任何一种成分变高的组成中，熔点变高将使钢材的疲劳强度降低。这一倾向在MgO-Al₂O₃-SiO₂三成分系夹杂物的情况下也一样。

上述各种技术显示的是用于提高疲劳强度等特性的方向性。然而，在热加工时的加热时间和温度下，仅仅控制为例如非专利文献1所示的这种组成，并不一定能够维持完全的玻璃状态，而是会生成结晶。另外，为了应对近年来更进一步的钢疲劳强度化的需求，需要更为促进玻璃部的变形。

此外，随着钢的高强度化，钢的成分高Si化，所处的倾向是对现有已知的CaO-Al₂O₃-SiO₂系的目标组成的精确控制的难度变高，例如如专利文献4所示，不仅需要控制总量，而且需要进行控制溶存成分等这种高度的控制。

另外，作为用于使夹杂物无害化(针对疲劳)的技术，公开有控制夹杂物组成的技术。例如在非专利文献1中公开，阀弹簧用钢，若将夹杂物控制为熔点比1400～1500℃左右更低的CaO-Al₂O₃-SiO₂三成分系夹杂物，则其不会成为所谓疲劳破坏的起点，耐疲劳特性提高。

另外在专利文献5中公开，在轧制钢材的L截面中，长(l)与宽(d)的比l/d≤5的非金属夹杂物的平均组成含有SiO₂：20～60％、MnO：10～80％，以及CaO：50％以下和MgO：15％以下的一种或两种，由此能够得到冷加工性和耐疲劳特性优异的纯净钢。