[发明专利]疲劳特性优异的弹簧用钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种弹簧用钢，更详细地，涉及一种疲劳特性优异的弹簧用钢及其制造方法。所述弹簧用钢，以重量％计，其包含：碳(C)：0.40～0.80％、硅(Si)：1.3～2.3％、锰(Mn)：0.10～1.00％、铬(Cr)：0.10～1.00％、余量的铁(Fe)以及其他不可避免的杂质，在当量直径超过10μm的氧化物系夹杂物中，Al₂O₃浓度为35重量％以上的夹杂物数量为10个/g以下，Al₂O₃浓度为50重量％以上的夹杂物数量为2个/g以下，氧化物系夹杂物的组成成分满足以下式1，式1CaO+SiO₂+MgO+ZrO₂≥95重量％。

技术领域

本发明涉及一种弹簧用钢，更详细地，涉及一种疲劳特性优异的弹簧用钢及其制造方法。

背景技术

最近，为了提高汽车的燃油效率的同时实现轻量化，汽车用钢材逐渐趋于高强度化，尤其，如弹簧用钢一样在极度疲劳的氛围下使用的钢材会随着高强度化的同时缺口(notch)敏感度也随之提高，因此还需要提高疲劳特性。

一般的弹簧用钢通过以下工序制造。

首先，在转炉或电炉中制钢后使用硅(Si)单独脱氧或进行基于铝(Al)和硅(Si)的复合脱氧，然后在钢包内维持强还原性氛围，同时进行精炼，以减少非金属夹杂物的量，并通过后续的连铸工艺铸造成方坯(Bloom)或钢坯(Billet)，然后进行热轧以制造成线材。

利用通过上述工序制造的线材制成弹簧的工艺有，对线材进行拉伸以使其具有所需的直径，然后通过感应加热热处理(Induction Heat Treatment)进行加热、快速冷却和回火以获得弹簧用钢钢丝后在冷区域进行成型的工艺。此外，还有对线材进行拉伸以制造成所需的直径，然后进行加热的同时成型为弹簧，然后实施快速冷却和回火的热成型工艺。

对通过上述工艺制造的弹簧用钢的疲劳寿命影响最大的冶金因素是非金属夹杂物(Non-Metallic Inclusion)。

非金属夹杂物大部分是通过脱氧工艺而存在于钢水中的氧化物系夹杂物，其可以是单独存在的Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO等，或者是两个以上的上述氧化物以复合形态存在，其中除了氧化物系夹杂物以外，还可以多少观察到MnS等硫化物系夹杂物或氮化物。

如上所述的非金属夹杂物根据其大小和数量对弹簧用钢的疲劳寿命产生致命影响，因此用于提高弹簧用钢的疲劳寿命的现有炼钢方法的目的在于减少非金属夹杂物。

例如，专利文献1中公开了以下内容，即，通过在弹簧用钢中添加锂(Li)来抑制CaO.Al₂O₃.2SiO₂系硬质氧化物系夹杂物的产生，从而能够提高疲劳特性，但是专利文献1并没有提及对夹杂物大小的限定，而且需要在现有弹簧用钢成分系中进一步添加锂(Li)，因此从费用方面来看是不经济的。

专利文献2中公开了以下内容，即，可通过使所有夹杂物中L(夹杂物长径)/D(夹杂物的短径)值为4以上且D为25μm以上或者L/D值小于4且L为25μm以上的氧化物系夹杂物合计为20个/500g以下的方式获得疲劳特性优异的高洁净度弹簧用钢，但仅对夹杂物的L和D中的一个进行了上述限制，因此难以看作对大小有具体限制。

专利文献3中公开了以下内容，即，通过添加稀土类元素(Rare Earth Metal，REM)，以将氧化铝转换成REM-铝-O-S夹杂物，从而防止粗大化，并以REM-铝-O-S夹杂物的方式使S固定化，从而抑制生成粗大的MnS，而且将TiN复合在所述夹杂物中，以能够减小有害的TiN的数量密度，从而能够提高疲劳特性，但是，其仅局限于汽车悬浮用弹簧用钢，而且在制造弹簧用钢时需额外添加稀土类元素，并且没有对夹杂物的大小或数量进行了限制。