[發明專利]耐疲勞特性優異的彈簧鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201380075822.X
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN105121680B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 宮嵜雅文;山村英明;橋村雅之;藤田崇史
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金株式會社
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;B22D11/11;C21C7/00;C21C7/04;C21C7/06;C21D8/06;C22C38/58
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 白麗

技術領域

本發明涉及在汽車的懸掛裝置等中使用的彈簧用鋼及其制造方法。

本法明特別地涉及控制REM夾雜物的生成、消除氧化鋁、TiN、MnS等有害夾雜物的不良影響、具有優異的耐疲勞特性的彈簧鋼及其制造方法。

背景技術

彈簧鋼被用在汽車懸掛裝置的懸掛彈簧等中，要求高的疲勞強度。

特別是，近年來以減少廢氣或改善耗油量為目的，汽車的輕量化或高功率化的需求增加，發動機或懸吊等中使用的懸掛彈簧期待高應力設計。

因此，預想到：彈簧鋼處于逐漸高強度化及細徑化的方向上、負荷應力會日益增大。

因而，需要疲勞強度更高、耐彈性減弱性格外優異的高性能的彈簧鋼。

損害彈簧鋼的耐疲勞特性或耐彈性減弱性的原因之一是存在于鋼材中的氧化鋁、TiN等硬質的非金屬夾雜物及MnS等粗大夾雜物(以下將它們稱作夾雜物)。

這些夾雜物易于變成應力的集中起點。

另外還有下述情況：懸掛彈簧的表面涂飾剝離、露出的原材料表面發生腐蝕、氫從所附著的水分中侵入到鋼中，疲勞強度降低。

此時，夾雜物變成氫的捕捉位點、氫易于在鋼中聚集。

因此，夾雜物自身與氫的影響疊加在一起，成為降低疲勞強度的原因。

由這種觀點出發，為了改善彈簧鋼的耐疲勞特性或耐彈性減弱性，需要盡量地減少鋼材中存在的氧化鋁、MnS及TiN。

對于氧化鋁夾雜物來說，由于在轉爐或真空處理容器中進行了精煉的鋼水中含有大量的溶存氧，因此該過剩氧通過與氧的親和力強的Al被脫氧，從而生成。

另外，澆包等多由氧化鋁系耐火物來構筑。

因此，即便并非是Al脫氧、而是通過Si或Mn進行脫氧時，通過鋼水與耐火物的反應，作為耐火物的氧化鋁發生解離、在鋼水中作為Al溶出。

而且，該溶出的Al被再氧化，在鋼水中生成氧化鋁。

鋼水中的氧化鋁夾雜物發生凝集、合體，易于簇狀物化。

該發生了簇狀物化的氧化鋁夾雜物殘留在制品中，對疲勞強度造成重大的不良影響。

因此，為了減少、除去氧化鋁夾雜物，以適用RH真空脫氣裝置或粉體吹入裝置等二次精煉裝置所帶來的脫氧生成物減少為中心，通過以下組合來減少夾雜物、實現高清潔化：

(1)利用隔絕空氣、熔渣改性等防止再氧化；

(2)通過去渣(slagcut)減少混入氧化物系夾雜物等。

另一方面，作為對氧化鋁系夾雜物進行改性、微細化、無害化的技術，已知如專利文獻1公開所示，通過在鋼水中添加Mg合金，將氧化鋁改性成尖晶石(MgO·Al₂O₃)或MgO的方法。

通過該方法，可以防止因氧化鋁的凝集所導致的粗大化、避免氧化鋁對鋼材品質的不良影響。

但是，該方法中由于氧化物系夾雜物的結晶相存在，熱軋時的軟質化或拉絲加工時的夾雜物的粉碎性不足。

因此，夾雜物的小型化變得不充分。

與此相對，專利文獻2中提出了，使鋼線材的長度方向縱截面的厚度為2μm以上的SiO₂-Al₂O₃-CaO系氧化物的平均組成為SiO₂：30～60％、Al₂O₃：1～30％、CaO：10～50％，使復合系氧化物的熔點控制為1400℃以下、優選為1350℃以下，進而在這些氧化物中含有B₂O₃：0.1～10％，從而使氧化物系夾雜物微細地分散，顯著地提高拉絲加工性或疲勞強度。

但是，這種B₂O₃的添加對于抑制CaO-Al₂O₃-SiO₂或CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO₂系復合氧化物的結晶化是有效的，但對于成為彈簧鋼的疲勞蓄積源、變為破壞起點的氧化鋁簇狀物或TiN、MnS的抑制或無害化并不能說是有用的。

另外已知下述沒有簇狀物的Al鎮靜鋼的制造方法：在利用酸可溶Al制造含有0.005質量％以上的Al鎮靜鋼時，在鋼水中投入由Ca、Mg及REM中的2種以上和Al構成的合金、將所生成的夾雜物中的Al₂O₃調整為30～85質量％。