[发明专利]弹簧钢及弹簧

说明书

技术领域

本发明涉及用于汽车中使用的阀簧或离合器弹簧、悬挂弹簧中的弹簧钢，特别是涉及可抑制由拉丝或卷绕后的淬火回火处理或氮化处理等热处理导致的软化，并且使弹簧的疲劳特性降低的SiO₂硬质夹杂物的生成及脱碳的发生得以抑制的高强度弹簧钢及弹簧。

背景技术

伴随着汽车的轻质化、高性能化，弹簧也被高强度化，将热处理后抗拉强度超过1600MPa的高强度钢用于弹簧。近年来还一直在使用抗拉强度超过1900MPa的钢。

在使用钢的螺旋弹簧的制造方法中，有在将钢加热到奥氏体区后进行卷绕，然后进行淬火回火的热卷绕；以及将预先对钢实施了淬火回火的高强度钢丝在冷状态下进行卷绕的冷卷绕。无论在哪种情况下，都由淬火回火决定弹簧的基本强度。所以，对于弹簧钢而言，考虑到淬火回火后的特性的成分设计是重要的。

例如，如专利文献1～3那样，为了高强度化，基本上一直通过大量添加C，同时添加V、Mo等合金元素来提高淬火性或抗回火软化。

此外，如专利文献4那样，为了进一步使弹簧高强度化，使用氮化处理的表面硬化是有效的。通常，在弹簧的卷绕后实施氮化处理，但该处理由于在400～600℃下进行加热，所以尽管弹簧表面硬化，但是芯部软化，如果芯部没有充分的抗软化性，则相反使疲劳特性等弹簧性能下降。所以，一般添加可赋予抗回火软化的合金元素。

但是，即使添加能够赋予抗回火软化的合金元素，如果在钢中存在SiO₂等硬质夹杂物或在表层存在脱碳层，则即使为了提高强度而增加抗回火软化，疲劳强度也不能得以提高。

例如，在专利文献5中，通过将钢液处理的熔渣组成控制在适当范围，提高成为疲劳强度下降的原因的夹杂物的延展性，通过利用热轧使该夹杂物微细化，从而改善疲劳强度。

此外，例如在专利文献6中，通过适当地控制热轧前的加热条件和轧制后的冷却条件，在热轧前将表面的氧化铁皮除去来抑制脱碳层的发生。近年来，对于汽车中使用的弹簧，要求强度的进一步提高，但是实际情况是：以往的高强度弹簧用钢不能应对。

除此以外，专利文献7中记载了一种热轧线材，其可以作为弹簧钢等拉丝加工品的原材料使用，且拉丝加工性优良，即使通过从粗径的强拉丝加工也能抑制断线。专利文献8中记载了冷切断性和疲劳特性优良的冷成形弹簧用钢丝。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭57-32353号公报

专利文献2：日本特开平1-83644号公报

专利文献3：日本特开平2-57637号公报

专利文献4：日本特开2004-315968号公报

专利文献5：日本特开昭61-136612号公报

专利文献6：日本特开2003-268483号公报

专利文献7：日本特开2007-231347号公报

专利文献8：日本特开2007-169688号公报

发明内容

发明要解决的问题

关于弹簧钢，已经存在有大量的专利文献，其中记载了范围非常宽的钢组成。但是，并不知道完全具备可抑制使弹簧的疲劳特性降低的SiO₂硬质夹杂物的生成及脱碳的发生以及可抑制由回火或氮化处理导致的弹簧芯部软化的必要条件的钢。

本发明的目的在于，提供一种通过抑制使弹簧的疲劳特性降低的SiO₂硬质夹杂物的生成及脱碳的发生、同时最大限度地利用合金元素的抗回火软化的效果而提高弹簧芯部的强度，最终成为高强度弹簧的高强度弹簧钢。

本发明的另一目的是提供一种使用本发明的弹簧钢制造的高强度弹簧。

用于解决问题的手段

本发明者们对在弹簧制造过程中生成的SiO₂夹杂物的生成及脱碳的发生进行抑制、同时抗回火软化优良的成分组成进行了研究，首创出了高强度弹簧钢的最佳成分组成，得出了以下（A）～（E）的见识。

（A）作为高强度弹簧用钢的特性，回火或氮化处理后的硬度是重要的。特别是氮化处理对于提高表面硬度是有效的热处理，但芯部因在氮化处理时在高温下长时间地被回火而显著软化。本发明者们为了对氮化处理后的钢的芯部的回火硬度与钢成分组成的关系定量地进行评价，导出下记指标H，由此得到了各元素中的抗回火软化的效果量。

H＝33.6[C]＋10.0[Si]＋5.95[Mn]＋11.1[Cr]＋21.9[Mo]＋34.0[V]＋90.0