CN101386957B - 耐脱碳性以及拉丝加工性优良的弹簧用钢线材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢线材，其为即使不进行特别的成分设计而使用通常用于弹簧制造的组成的钢，在热轧工序及淬火工序中耐脱碳性也优良、且拉丝性加工性也良好的弹簧用钢线材。该弹簧用钢线材含有C：0.35～0.65％(质量％的意思，以下同)、Si：1.4～2.2％、Mn：0.10～1.0％、Cr：0.1～2.0％、P：0.025％以下(不含0％)、以及S：0.025％以下(不含0％)，余量由铁及不可避免的杂质组成，满足钢线材中心部的平均晶粒直径Dc为80μm以下，并且，钢线材表层部的平均晶粒直径Ds为3.0μm以上。

Description

耐脱碳性以及拉丝加工性优良的弹簧用钢线材及其制造方法 

技术领域

本发明涉及弹簧用钢线材及其制造方法，更具体地说，涉及没有在热轧工序及淬火工序中生成的铁素体脱碳且耐脱碳性优良，并且拉丝加工性也良好的弹簧用钢线材及其制造方法。 

背景技术

用于悬架弹簧等的弹簧用钢线材，通常在加热且热轧钢片而形成规定线径的线材后，进行卷绕使之成为卷线圈，进行冷却而制造。这样得到的弹簧用钢线材，经过拉丝加工→淬火回火→定位→喷丸硬化工序制造弹簧。 

作为弹簧所要求的特性，可以举出控制脱碳(铁素体脱碳)。铁素体脱碳是随着奥氏体组织的铁素体相变而发生的现象，除在热轧的过程中表面脱碳而发生外，在对弹簧用钢线材进行淬火的过程中也发生。抑制铁素体脱碳，除确保弹簧的疲劳特性外，还具有省略用于切去脱碳层的剥离工序等、成品率提高等各种优点，因此迄今为止也进行了各种各样的用于抑制铁素体脱碳的提案。例如，专利文献1及专利文献2提案了一种技术，该技术通过控制钢中成分抑制铁素体脱碳层的发生，另外，特性文献3及特性文献4提案了一种技术，该技术通过控制热轧时的加热温度或轧制后的冷却速度抑制铁素体脱碳层的发生。 

另外，弹簧在拉丝加工性优良方面也有要求。通常，弹簧用钢线材从确保强度等的观点出发，使用C量大约为0.35～0.65％的钢，因此热轧后的硬度变大，在其后的拉丝加工时大多发生断线或裂纹。于是，提案了各种用于提高弹簧用钢线材的拉丝加工性的技术，例如，特性文献5记载了一种通过控制钢中成分改善上述特性的方法。 

但是，使铁素体脱碳的抑制和拉丝加工性的提高同时实现的技术未公开。 

专利文献1：(日本)特开2004-10965号公报 

专利文献2：(日本)特开2003-105496号公报 

专利文献3：(日本)特开2003-268433号公报 

专利文献4：(日本)特开2002-194432号公报 

专利文献5：(日本)特开2003-253391号公报 

发明内容

本发明的目的在于，即使不进行特别的成分设计而使用通常用于弹簧制造的组成的钢，也能够提供在热轧工序及淬火工序中耐脱碳性优良、且拉丝性加工性也良好的弹簧用钢线材及其制造方法。 

能够实现上述目的的本发明的弹簧用钢线材，其要点在于，含有C：0.35～0.65％(质量％的意思，以下同)、Si：1.4～2.2％、Mn：0.10～1.0％、Cr：0.1～2.0％、P：0.025％以下(不含0％)、以及S：0.025％以下(不含0％)，余量由铁及不可避免的杂质组成。钢线材中心部的平均晶粒直径Dc为80μm以下，并且，钢线材表层部的平均晶粒直径Ds为3.0μm以上。 

另外，能够实现上述目的的本发明的弹簧用钢线材，其要点在于，含有C：0.35～0.49％、Si：1.4～2.1％、Mn：0.10～1.0％、Cr：0.1～2.0％、P：0.025％以下(不含0％)、以及S：0.025％以下(不含0％)，余量由铁及不可避免的杂质组成，钢线材中心部的平均晶粒直径Dc为超过20μm但在80μm以下，并且，钢线材表层部的平均晶粒直径Ds为3.0μm以上。 

优选的实施方式中，上述的弹簧用钢线材还含有：Ti：0.01～0.10％、V：0.12～0.30％、Ni：0.2～0.7％、以及Cu：1％以下(不含0％)。 

优选的实施方式中，上述的弹簧用钢线材还含有Mo：1％以下(不含0％)。 

优选的实施方式中，上述的弹簧用钢线材还含有选自由Nb：0.1％以下(不含0％)、以及Zr：0.1％以下(不含0％)组成的组中的至少一种。 

本发明也包含使用上述的弹簧用钢线材得到的弹簧。 

另外，能够解决上述课题的本发明的弹簧用钢线材的制造方法，其要 点在于，包括：将下述钢材以15℃/分钟以上50℃/分钟以下的平均升温速度HR1加热到1100℃以上1300℃以下的温度T1，在850℃以上1100℃以下的轧制温度T2及900～1150℃的精轧温度T3进行热轧后，以880～1050℃的卷取温度T4进行卷取的工序，该钢材以质量％计含有C：0.35～0.65％、Si：1.4～2.2％、Mn：0.10～1.0％、Cr：0.1～2.0％、P：0.025％以下但不含0％以及S：0.025％以下但不含0％，余量由铁及不可避免的杂质构成；在所述卷取温度T4后的冷却中，以1.5℃/秒以上70℃/秒以下的平均冷却速度CR1在从所述卷取温度T4到720℃的范围内进行冷却，并以2.0℃/秒以下的平均冷却速度CR2在从720℃到600℃的范围内进行冷却，并且以0.3℃/秒以下的平均冷却速度CR3从所述卷取温度T4到500℃进行冷却的工序。 

根据本发明，可以得到在热轧后也不脱碳且拉丝加工性优良的弹簧用钢线材。另外，如果使用本发明的弹簧用钢线材，就能够得到淬火后也不脱碳的弹簧。 

具体实施方式

为了即使不进行特别的成分设计，而使用通常用于弹簧制造的组成的钢，也能够得到耐脱碳性和拉丝性加工性两者都优良的弹簧用钢线材，本发明者进行了专门研究。其结果是，(a)热轧工序不用说，为了抑制淬火工序中的铁素体脱碳，尽可能使钢线材表层部的平均晶粒直径Ds大(具体地说，Ds≥3.0μm)，另一方面，为了有效防止拉丝加工时的断线等，只要尽可能地使钢线材中心部的平均晶粒直径Dc小(具体地说，Dc≤80μm)就能实现所期望的目的；(b)这样的弹簧用钢线材如后述，看出只要适宜控制热轧条件及热轧后的冷却条件就能够得到，从而完成本发明。 

本说明书中，所谓“耐脱碳性优良”是指在通过后述实施例中记载的方法，观察热轧后有无铁素体脱碳及淬火后有无铁素体脱碳时，任何情况下也看不到铁素体脱碳的生成。 

另外，本说明书中，所谓“拉丝加工性优良”是指在通过后述实施例中记载的方法对热轧材料进行拉丝加工时，不发生断线。 

首先，对具有本发明的弹簧用钢线材(以下，有时简称“钢材”)特征的金属组织的bcc-Fe结晶粒的平均晶粒直径(Ds、Dc)进行说明。 

首先，设钢线材的表层部的平均晶粒直径Ds为3.0μm以上。本发明中，Ds的控制对铁素体脱碳的抑制特别重要，为了不仅在热轧工序中而且在淬火工序中有效抑制脱碳发生，将Ds的下限定为3.0μm(参照后述的实施例)。Ds越大越好，例如，优选5μm以上，更优选7μm以上，进一步优选10μm以上。另外，从铁素体脱碳抑制的观点来说，对Ds的上限没有特别限定，但当考虑淬火回火后的韧性或疲劳特性、切口感受性等时，大约优选为20μm。Ds的优选上限为15μm。 

在此，本发明者之所以在抑制铁素体脱碳的时候特别着眼于表层部的平均晶粒直径Ds，是基于由于铁素体脱碳在钢材表层产生，故对表层的组织控制很重要的缘故。以下，对这一点进行详细说明。 

如上所述，本发明不仅以热轧材料(热轧后淬火处理前)不生成铁素体脱碳，而且还以在淬火工序中不生成铁素体为解决课题进行了记载。如后述的实施例所示，即使热轧材料不发生铁素体脱碳，在其后的淬火工序中有时也会发生铁素体脱碳，这认为是由于上述轧制钢材在通过铁素体(α)和奥氏体(γ)这两相域时，在该两相域长时间保持的缘故。因此，本发明者以(a)在淬火工序的加热时的升温速度为一定的情况下，如果抑制由加热前的铁素体(α)和碳化(θ)这两相域向加热后的α+γ的两相域的相变，即奥氏体逆相变(γ逆相变)，则就能够缩短在α+γ的两相域的保持时间；(b)相变核生成容易引起相变前组织微细化，因此如果使加热前组织粗大，则就可以抑制γ逆相变，从而能够防止铁素体脱碳；这样的概念为前提，因此设定铁素体脱碳产生的表层部的平均晶粒直径Ds为大(粗大)。 

钢线材中心部的平均晶粒直径Dc≤80μm

接着，设钢线材的中心部的平均晶粒直径Dc为80μm以下。本发明中，Dc的控制对弹簧用钢线材的拉丝加工性提高尤其重要，因此，确定Dc的上限为80μm(参照后述的实施例)。Dc越小越好，例如，优选为60μm以下，更优选为40μm以下，特别优选为30μm以下。另外，从拉丝加工性提高方面的观点来说，对Dc的下限没有特别限定，但当考虑淬火时的淬火性等时，大致优选为15μm。Dc的优选下限为20μm。 

在此，之所以本发明者在拉丝加工性提高的时候特别着眼于中心部的平均晶粒直径Dc，是基于在拉丝加工时钢材中心部加工变形集中且容易 断线，因此控制中心部的组织很重要的理由。作为目前的拉丝加工性提高方法，例如，一般利用降低贝氏体或马氏体等的过冷组织的生成且控制成铁素体-珠光体组织或铁素体-碳化组织的方法。例如，即使降低缺工性缺乏的过冷组织也有时发生断线(参照后述的实施例)，尤其是在加工变形容易集积的组织的情况下，有时在加工后产生延伸性劣化，还有时在拉丝加工时发生断线。认为这样的加工变形的集积是中心部的组织越粗大其越是显著，因此本发明中将Dc控制为小(微细)。 

这样，本发明的弹簧用钢材通过控制钢材表层组织尽可能为粗大，且控制钢材中心组织尽可能为细微，由此抑制热轧时及淬火时的脱碳，且防止在拉丝加工工序中的断线。上述的Ds及Dc只要满足上述要件，则例如对Ds和Dc的关系没有特别限定。因此，只要满足上述要件，既可以Ds＞Dc，也可以Ds＜Dc，还可以Ds≈Dc。但是，当考虑淬火回火后的韧性或淬火时的淬火性等时，优选满足Ds＜Dc。 

在此，所谓“中心部”是指在通过以下记载的方法制作成晶粒直径测定用试样时，线径(D)的中心部(D/2)的意思。另外，所谓“表层部”是指与上述一样，在制作成晶粒直径测定用试样时，距最表面约50μm～150μm范围的意思。 

钢线材的平均晶粒直径Dc及Ds利用SEM/EBSP(Electron BackScatter diffraction Pattern)法，如下进行了测定。 

首先，在通过湿式切断加工从热轧后的线材上采集长10mm的试样后，进行湿式研磨、抛光研磨、化学研磨，做成极力降低研磨加工的变形和凹凸的EBSP测定用试样。此时，对观察面进行研磨加工使之成为线材横断面的中心部及表层部。利用得到的试样，将线材的线径中心部及表层部作为EBSP测定位置进行测定。此时，测定步长为0.5μm以下，各线材的测定面积设定为60.000μm²以上。测定后，进行结晶方位的解析，但为了提高解析的可靠性，利用平均CI(Confidence Index)值为0.3以上的测定结果进行解析。 

通过bcc-Fe结晶方位的解析将方位角度差为15°以上的边界线围成的区域作为“结晶粒”，得到解析结果(边界图)。利用得到的边界图，使用图像解析软件(Image-Pro)(アドパンソフト株式会社制)，求出边界 线围成的各区域(结晶单位)的面积，并作为各结晶粒的粒径从该面积计算相当圆直径(圆直径)。通过三个以上的试样进行上述的测定，基于全部测定数根据算出中心部及表层部的平均晶粒直径(Dc、Ds)。 

接着，对本发明钢线材的化学成分进行说明。钢成分没有特别限定，可以采用通常用于弹簧用钢的钢成分。具有代表性的，例如可以使用以下记载的弹簧用钢，由此得到弹簧特性优良的弹簧。 

[C：0.35～0.65％] 

C是影响钢线材强度的元素。含量越多得到的强度越高。要将本发明的钢线材应用于高强度悬架弹簧等，C量需为0.35％以上。C量的优选下限为0.40％。但是，当C量过剩时耐腐蚀性劣化，因此将上限设定为0.65％。C量的优选上限为0.60％，更优选的上限为0.49％。 

[Si：1.4～2.2％] 

Si是对提高弹簧所必需的耐疲劳性有效的元素，为了将本发明的钢线材应用于高强度悬架弹簧等，Si量需要为1.4％以上。Si量的优选下限为1.6％，更优选为1.8％以上。但是，当Si过剩时，抑制淬火时的碳化析出，残留奥氏体的增加会使弹簧特性劣化，因此将Si量的上限设定为2.2％。Si量优选的上限为2.1％。 

[Mn：0.10～1.0％] 

Mn为将韧性劣化元素即S作为MnS进行固定、且对将S无害化有用的元素，为了充分发挥这样的效果，设Mn量为0.10％以上。Mn量的优选下限为0.15％，更优选为0.2％以上。但是，当Mn量过剩时，铸造时的凝固偏析显著，在偏析部依发生破坏，因此设定Mn量的上限为1.0％。Mn量的优选下限为0.85％，更优选为0.75％以下。 

[Cr：0.1～2.0％] 

Cr是有助于耐腐蚀性提高的元素，添加0.1％以上就可以有效发挥上述作用。Cr量的优选下限为0.15％，更优选为0.20％以上。但是，当Cr量过剩时，粗大的Cr系碳化物生成，而降低韧性，因此，设Cr量的上限为2.0％。Cr量的优选的上限为1.8％，更优选为1.6％以下。 

[P：0.025以下(不含0％)] 

P因粒界偏析而使韧性下降，所以越少越好，本发明从确保作为高强 度悬架弹簧的特性的观点出发，设其上限为0.025％。P量的优选的下限为0.02％，更优选为0.015％。 

[S：0.025以下(不含0％)] 

S因粒界脆化或粗大的硫化物形成而使韧性下降，所以越少越好，本发明从确保作为高强度悬架弹簧的特性的观点出发，设其上限为0.025％。S量优选的上限为0.020％，更优选为0.015％以下。 

本发明的钢线材的基本成分如上，余量为铁及不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，例如举出，铁原料(包括废金属)、副原料等材料、根据制造设备等的状况而不可避免地导入到钢线材中的元素等。例如，也可以将Al、O、N控制在以下的范围。 

[Al：0.1％以下] 

由于Al促进脱碳，所以最好尽可能地少。优选设为0.1％以下，更优选为0.05％以下，再优选为0.03％以下。 

[O：0.0030％以下] 

由于O形成粗大氧化物并造成拉丝加工性的劣化，所以最好尽可能地少。优选设为0.0030％以下，更优选为0.002％以下，再更优选0.0015％以下。 

[N：0.006％以下] 

当N以固溶状态存在时，造成拉丝加工性劣化，因此最好尽可能地少。优选为0.006％以下，更优选为0.004％以下，特别优选为0.003％以下。 

为进一步提高其它特性，本发明的钢线材例如也可以含有以下的元素。 

[Ti：0.01～0.10％] 

Ti为碳氮化物形成元素，通过微细组织的生成而提高韧性，因此优选设为0.01％以上，更优选为0.05％以上。但是当Ti量过剩时，碳氮化物粗大化，韧性劣化，因此优选设Ti为0.10％以下。Ti量优选为0.07％以下。 

[V：0.12～0.30％] 

V为碳氮化物形成元素，通过微细组织的生成而提高韧性，因此优选其设为0.12％以上。但是当V量过剩时，碳氮化物粗大化，韧性劣化，因 此优选设V为0.30％以下。更优选设V量为0.2％以下。 

[Ni：0.2～0.7％] 

Ni作为提高耐腐蚀性元素有用，优选为0.2％以上。但是，当过剩时，因残留奥氏体的增加造成弹簧特性下降，因此优选设Ni量的上限为0.7％，更优选为0.6％。 

[Cu：1％以下(不含0％)] 

Cu作为提高耐腐蚀性元素有用，为了有效发挥上述作用，优选设其为0.1％以上，更优选为0.2％以上。但是，当过剩时，因残留奥氏体的增加会造成弹簧特性下降，因此优选设Cu量的上限为1％，更优选为0.8％，再更优选为0.6％。 

[Mo：1％以下(不含0％)] 

Mo是除对强度确保有用以外，还减轻P的粒界偏析引起的韧性下降等不良影响、对强韧性化有用的元素。为了有效发挥这些效果，设Mo量的优选下限为0.1％，更优选为0.2％。但是，由于Mo为容易凝固偏析的元素，当过剩时有可能在偏析部破坏，所以设Mo量的优选上限为1％，Mo量的更优选的上限为0.7％，再更优选为0.5％。 

[选自Nb：0.1％以下(不含0％)以及Zr：0.1％以下(不含0％)构成的组中的至少一种] 

Nb及Zr均为碳氮化物形成元素，通过细微组织的生成提高韧性。这些元素既可以单独添加，也可以合用两种以上。为了有效发挥上述的作用，优选设Nb及Zr合计为0.01％以上，更优选为0.05％以上。但是，当这些元素的量过剩时，碳氮化物粗大化，韧性劣化，因此优选设Nb为0.1％以下、Zr为0.1％以下。更优选为Nb：0.07％以下、Zr：0.07％以下，再更优选为Nb：0.05％以下、Zr：0.05％以下。 

接着，对上述的弹簧用钢材的制造方法进行说明。本发明的制造方法包括：工序一，将弹簧用钢(具有代表性的是上述成分组成的弹簧用钢)以15℃/分以上的平均升温速度(HR1)加热到1100℃以上的温度(T1)，在850℃以上的轧制温度(T2)及900～1150℃的精轧温度(T3)进行热轧后，以880～1050℃的卷取温度(T4)进行卷取；工序二，在所述卷取温度(T4)后的冷却中，以1.5℃/秒以上的平均冷却速度(CR1)在从所 述卷取温度(T4)到720℃的范围内进行冷却，并以2.0℃/秒以下的平均冷却速度(CR2)在从720℃到600℃的范围内进行冷却，并且以0.3℃/秒以下的平均冷却速度(CR3)从所述卷取温度(T4)到500℃进行冷却。 

本发明的制造方法的特征在于，特别严格地控制卷取后的冷却条件。即，本发明的特征正在于，将从卷取后的冷却卷取温度(T4)到500℃的平均冷却速度(CR3)作为整体控制在以0.3℃/秒以下进行冷却为前提，更详细地说，采用将从卷取温度(T4)到720℃的范围的平均冷却速度(CR1)提高为1.5℃/秒以上(急冷)，接着，将从720℃到600℃的平均冷却速度(CR2)减速为2℃/秒以下(缓冷)的急速→缓冷的两段冷却。这样，不仅对从T4到500℃的全部的冷却速度(CR3)，而且对T4～720℃以及从720℃到600℃的各阶段的冷却速度(CR1、CR2)控进行细致控制，由此，在上述范围内调整钢线材表层部和中心部的平均晶粒直径，最终得到耐脱碳性及拉丝加工性同时优良的弹簧。如后述的实施例所示，上述的平均速度CR1、CR2、CR3的任一个不满足本发明的范围，就得不到所希望的特性。另外，即使如上所述进行冷却，如果冷却前的加热、轧制、卷取的各条件不满足本发明的要件，也仍然得不到规定的特性(参照后述的实施例)。 

下面，按照工序顺序对本发明的制造方法进行说明。 

首先，准备满足上述组成的钢片，以15℃/分以上的平均冷却速度(CR1)加热到1100℃以上的温度(T1)。 

热轧前的平均升温速度(HR1)及加热温度(T1)对热轧时及淬火时的铁素体脱碳抑制很重要。当平均升温速度HR1慢时，产生加热中的脱碳发生、中心部的结晶粒粗大化的不良现象。优选平均升温速度HR1为20℃/分钟以上，更优选为25℃/分钟以上。另外，从脱碳或过冷组织的抑制的观点出发，对平均升温速度HR1的上限没有特别限定，但当考虑过度的升温会引起表面溶融等，大约优选为50℃/分钟。 

另一方面，当加热温度T1低时，在轧制工序容易发生铁素体脱碳。另外，当T1低时表面组织被微细化，因此即使热轧材料不生成铁素体脱碳，在淬火工序中也容易发生铁素体脱碳。优选加热温度T1为1150℃以上，更优选为1200℃以上。另外，从铁素体脱碳抑制的观点出发，对加热 温度T1的上限没有特别限定，但当考虑锈皮增加引起的表层瑕疵的增加等时，大约优选为1300℃。另外，如果是通常用于弹簧用钢线材的制造的条件，则对上述加热温度T1的加热保持时间没有特别限定，例如，优选控制为约0～1小时。优选该热处理与后述的轧制线一样，直列进行。 

接着，进行热轧，在此，以850℃以上的轧制温度(T2)及900～1150℃的精轧制温度(T3)进行热轧。由此，能够抑制热轧时及淬火时的铁素体脱碳。 

首先，设轧制温度T2(轧制中的最低温度)为850℃以上。当轧制中的温度T2低时，在轧制过程中除发生铁素体脱碳外，轧制材料的表层组织变微细，淬火时容易生成铁素体脱碳。优选轧制温度T2为900℃以上，更优选为950℃以上。另外，从铁素体脱碳抑制的观点出发，对轧制温度T2的上限没有特别的限定，但当考虑钢材中心组织的粗大化抑制等时，大约优选为1100℃以下。 

精轧制温度T3控制在900～1150℃的范围内。T3为对热轧材料的组织控制很重要的参数，如后述的实施例所示，当T3过高时，奥氏体粒粗大化，中心组织也粗大化，而且容易产生过冷组织，从而造成拉丝加工性下降。另外，由于奥氏体的粗大化而使淬火性上升，且容易发生过冷组织，从而导致拉丝加工性的下降。另一方面，当T3过低时，奥氏体粒微细化，表层组织也微细化，在轧制工序中发生铁素体脱碳。考虑这些，本发明将精轧制温度T3设定成上述范围。优选T3为950℃以上1100℃以下，更优选1000℃以上1050℃以下。 

接着，在880～1050℃的卷取温度(T4)下进行卷取。卷取温度T4也与上述的精轧制温度T3一样，为对热轧材料的组织控制重要的参数，当T4过高时，由于奥氏体粒的粗大化，除引起中心组织也粗大化外，还使淬火性上升且容易发生过冷组织，从而降低拉丝加工性(参照后述的实施例)。另一方面，当T4过低时，由于奥氏体粒的微细化也使表层组织微细化，且在淬火工序中发生铁素体脱碳。优选T4为950℃以上1100℃以下，更优选920℃以上950℃以下。 

在卷取后进行冷却。如上述所示，本发明中，在从卷取温度(T4)到720℃的范围内以1.5℃/秒以上的平均冷却速度(CR1)进行冷却(急冷)， 在从720℃到600℃的范围内以2.0℃/秒以下的平均冷却速度(CR2)进行冷却(缓冷)，同时，作为整体，设从卷取温度(T4)到500℃的平均冷却速度(CR3)为0.3℃/秒以下进行冷却。这样，如上述所示严格控制铁素体-珠光体相变发生的温度范围(T4～600℃)，进行急冷→缓冷的两段冷却，同时，如上所示对卷取后的全过程慢慢地进行冷却，由此能够在热轧时及淬火时同时实现铁素体脱碳抑制和拉丝加工性提高(参照后述的实施例)。 

在此，从卷取温度T4到720℃为不发生铁素体相变的温度范围，当低于720℃时，发生铁素体相变。本发明中，通过在到不发生铁素体脱碳的温度域(720℃附近)的温度范围内尽可能急速进行冷却，由此防止铁素体脱碳的发生。另外，如上述所述进行急速冷却，由此阻止冷却中的奥氏体粒成长，防止中心组织的粗大化或过冷组织的发生，从而实现拉丝加工性的提高。CR1越快越好，例如，优选为2℃/秒以上，更优选为4℃/秒以上。另外，从上述的观点出发，对CR1的上限没有特别限定，但为达到避免表层部的过冷发生的目的，大约优选为70℃/秒以下。 

接着，在从720℃到600℃的范围内以2.0℃/秒以下的平均冷却速度(CR2)进行冷却(缓冷)，这样，如果在720℃以下的温度缓缓冷却，则可以充分进行铁素体-珠光体(碳化)相变，因此减少过冷组织的生成，从而提高拉丝加工性。从上述的观点来看的话，上述区域的平均冷却速度CR2越慢越好，例如，优选为1.5℃/秒以下，更优选为1.0℃/秒以下。另外，从上述的观点出发，对CR2的下限没有特别限制，但当考虑生产性等时，大约优选为0.5℃/秒以上。 

另外，本发明中，优选从卷取温度T4到约500℃的范围大约以0.3℃/秒以下的平均冷却速度进行冷却，由此能够抑制冷却组织的发生。平均冷却速度CR3越慢越好，例如，优选为0.2℃/秒以下。 

本发明的弹簧用钢材，例如用于阀弹簧或悬架弹簧等的制造，尤其适合用于作为悬架弹簧用钢材。 

(实施例) 

下面，举出实施例更具体地说明本发明，但本发明不受以下实施例的限制，在能够符合前·后述的宗旨的范围内适当增加变更来实施也是不用 说的，那些均包含于本发明的技术范围。 

(线材的制造) 

本实施例中，使用通常用于弹簧用钢线材制造的组成的钢，研究了变化各种热处理条件时的特性。 

具体地说，熔炼具有表1记载的组成的钢(钢种No.1～27)，加工成φ155mm的钢片后，在表2～表4记载的条件下，进行加热、热轧及冷却，制造成线径8.0～18mm的热轧线材。 

对于这样得到的热轧线材，通过上述的方法分别测定表层部及中心部的平均结晶粒经Ds、Dc，同时，如下所示对轧制后的铁素体脱碳及过冷组织的有无进行了评价。另外，在通过以下的方法对轧制材料的铁素体脱碳及过冷组织的有无进行评价时，对发现脱碳或过冷组织的热轧线材没有进行粒径的测定。 

(热轧材料有无铁素体脱碳及过冷组织) 

准备与用于平均晶粒直径Dc、Ds的测定的相同的试样。此时，对观察面进行研磨加工成为线材横断面。接着，通过2％硝酸-乙醇溶液(硝酸乙醇腐蚀液)进行酸浸，现出金属组织后，利用共计四目镜的光学显微镜以20倍进行观察，对有无铁素体脱碳、及有无过冷组织(贝氏体及马氏体)进行了评价。 

另外，利用如上述得到的热轧线材，如下所示那样评价拉丝加工性。 

(拉丝加工性) 

酸洗热轧线材，除去锈皮，实施防锈处理的表面包覆后，进行减面率20％的干式拉丝加工，调查有无断线。 

接着，对进行上述的拉丝加工且没有发生断线的拉丝材料，如下所示对淬火时的铁素体脱碳及弹簧特性进行了评价。 

[淬火时有无铁素体脱碳] 

对通过上述的拉丝加工得到的拉丝材料利用电炉在930℃进行了20分钟保持→WQ的淬火。到930℃的平均升温速度成为了10℃/s。关于淬火后的拉丝材料，利用与评价热轧材料有无铁素体脱碳的相同的方法，对有无铁素体脱碳进行了评价。 

[弹簧特性] 

在对上述的拉丝材料如下那样进行淬火回火后，加工成JIS试验片(疲劳试验片)。 

淬火条件：在930℃保持20分钟→WQ 

(到930℃的平均升温速度：10℃/s) 

回火条件：在430℃保持60分钟→WC 

(到430℃的平均升温速度：10℃/s) 

对上述的试验片在35℃下喷雾5％的NaCl水溶液，在应力784MPa、转速100rpm下进行了旋转弯曲腐蚀疲劳试验。检查重复到数1×10⁵次有无破断，并对弹簧特性进行了评价。 

将这些结果记载于表2～表4中。 

[表1] 

表1的钢种No1～27中的No3～4、8～11、15～16、22以及26为满足本发明规定的钢中成分的例子。与此相对，No1为C及Mn的含量少且选择元素即Ni量多的例子；No2为C量少且不含Cr的例子；No5为C及Si的含量少且不含Cr的例子；No6为Si量多的例子；No7为Cr量多的例子；No12为Mn量少的例子；No13为S量多的例子；No19为Mn量多的例子；No21为P量多的例子；No27为C量多的例子。另外，No14、17、18、20、23、24、25分别为选择元素即V、Ni、Cu、Mo、Nb、Ti、Zr的添加量多的例子。 

首先，利用表1的钢种No1，对变化各种热处理条件得到的表2的钢材No1-1～1-6进行调查。如上所述，表1的钢种No1其C及Mn的含量少且选择元素即Ni量多，因此要想作为弹簧用钢线材使用的话，强度及延伸性·韧性不足(表中没有表示)，弹簧特性也低，但即使是这样的钢，如果适宜控制制造条件，则为了表示至少耐脱碳性或拉丝加工性提高，本实施例中也改变制造条件进行了实验。 

表2的钢材No1-1、1-3、1-4均是在满足本发明的要件的条件下进行制造的例子，在耐脱碳性及拉丝加工性两方面均优良。 

与此相对，表2的钢材No1-2是精轧制温度T3及卷取温度T4高的例子，轧制材料发生了过冷组织，发生了断线。另外，表2的钢材No1-5由于加热温度T1低，所以在热轧时发生了脱碳。表2的钢材No1-6由于平均升温速度HR1低，所以线材中心部的平均晶粒直径Dc变大，在拉丝时发生了断线。 

表2的钢材No2-1～2-5是使用表1的钢种No2(C量少且不含Cr的例子)，对热处理条件进行各种变化的例子。 

其中，表2的钢材No2-3、2-4均是在满足本发明的要件的条件下进行制造的例子。如上所述，由于表1的钢种No2其钢中成分不满足本发明的要件，所以，要想作为弹簧用钢材使用的话，强度及延伸性·韧性不足(表中没有表示)，弹簧特性也低，但由于适宜地控制制造条件，所以耐脱碳性及拉丝加工性均优良。 

与此相对，表2的钢材No2-1是从720℃到600℃的平均冷却速度CR2快的例子，在轧制材料中发生了过冷组织，发生了断线。表2的钢材 No2-2是精轧制温度T3高的例子，线材中心部的平均晶粒直径Dc变大，拉丝时发生了断线。表2的钢材No2-5由于轧制温度T2低，所以在轧制时发生了脱碳。 

表2的钢材No3-1～3-10是使用满足本发明的钢中成分的表1的钢种No3，对热处理条件进行各种变化的例子。 

其中，表2的钢材No3-2、3-3、及3-5均是在满足本发明的要件的条件下进行制造的例子，耐脱碳性及拉丝加工性两方面均优良。另外，弹簧特性也良好，适于作为弹簧用钢线材使用。 

与此相对，表2的钢材No3-1、3-4是从卷取温度T4到720℃的平均冷却速度CR1慢的例子，在热轧时发生了脱碳。表2的钢材No3-6是模拟专利文献4的热处理条件的例子，从卷取温度T4到720℃的平均冷却速度CR1慢，在热轧时没有发生脱碳，但线材中心部的平均晶粒直径Dc粗大化，在拉丝时发生了断线。表2的钢材No3-7是从卷取温度T4到720℃的平均冷却速度CR1慢、从720℃到600℃的平均冷却速度CR2快的例子，在热轧时生成了脱碳及过冷组织。表2的钢材No3-8、3-9、及3-10均是平均升温速度HR1低的例子，在热轧时发生了脱碳。另外，表2的钢材No3-10在轧制材料中发生了过冷组织。 

表3的钢材No4-1～4-9是使用钢中成分满足本发明的要件的表1的钢种No4，对热处理条件进行各种变化的例子。 

其中，表3的钢材No4-1及4-5均是在满足本发明的要件的条件下进行制造的例子，耐脱碳性及拉丝加工性两方面均优良。另外，弹簧特性也良好，适于作为弹簧用钢线材使用。 

与此相对，表3的钢材No4-2是精轧制温度T3低的例子，在热轧时发生了脱碳。表3的钢材No4-3是卷取温度T4低的例子，在热轧时发生了脱碳。表3的钢材No4-4是从卷取温度T4到720℃的平均冷却速度CR1慢、从720℃到600℃的平均冷却速度CR2快的例子，在热轧时发生了脱碳及过冷组织。表3的钢材No4-6是从卷取温度T4低的例子。在热轧时没有发生脱碳，但线材表层部的平均晶粒直径Ds微细化，淬火时发生了脱碳。表3的钢材No4-7是从卷取温度T4到720℃的平均冷却速度CR1慢的例子，在热轧时生成了脱碳。表3的钢材No4-8及4-9均是平 均冷却速度CR1低的例子，其中，钢材No4-8在热轧时生成了脱碳。另外，钢材No4-9在轧制材料中发生了过冷组织，发生了断线。 

表3的钢材No5-1、6-1、7-1、8-1、9-1、10-1、11-1、12-1、13-1、14-1、15-1、16-1及表4的钢材No17-1、18-1、19-1、20-1、21-1、22-1、23-1、25-1、26-1、27-1是分别使用表1的钢种No5～27，在本发明规定的范围内进行制造的例子(制造条件完全相同)。这些在耐脱碳性及拉丝加工性两方面均优良。 

其中，使用钢中成分满足本发明的要件的钢种的表3的钢材No8-1、9-1、10-1、11-1、15-1、16-1、22-1及26-1弹簧特性也良好，适于作为弹簧用钢线材使用。 

与此相对，使用钢中成分不满足本发明的要件的钢种的表3的钢材No5-1、6-1、7-1、13-1、14-1以及表4的钢材No17-1、18-1、19-1、20-1、21-1、23-1、24-1、25-1、27-1，弹簧特性均低。另外，利用Si量多的表1的钢种No6的表3的钢材No6-1在热轧时也生成脱碳。 

Claims (6)

1.一种耐脱碳性及拉丝加工性优良的弹簧用钢线材，其特征在于，以质量％计含有C：0.35～0.65％、Si：1.4～2.2％、Mn：0.10～1.0％、Cr：0.1～2.0％、P：0.025％以下但不含0％以及S：0.025％以下但不含0％，余量由铁及不可避免的杂质构成，

钢线材中心部的平均晶粒直径Dc为超过20μm但在80μm以下，并且，

钢线材表层部的平均晶粒直径Ds为3.0μm以上。

2.如权利要求1所述的弹簧用钢线材，其特征在于，以质量％计还含有Ti：0.01～0.10％、V：0.12～0.30％、Ni：0.2～0.7％以及Cu：1％以下但不含0％。

3.如权利要求1所述的弹簧用钢线材，其特征在于，以质量％计还含有Mo：1％以下但不含0％。

4.如权利要求1所述的弹簧用钢线材，其特征在于，以质量％计还含有从Nb：0.1％以下但不含0％、以及Zr：0.1％以下但不含0％中选出的至少一种。

5.一种弹簧，其使用权利要求1所述的弹簧用钢线材而得到。

6.一种耐脱碳性及拉丝加工性优良的弹簧用钢线材的制造方法，其特征在于，包括：将下述钢材以15℃/分钟以上50℃/分钟以下的平均升温速度HR1加热到1100℃以上1300℃以下的温度T1，在850℃以上1100℃以下的轧制温度T2及900～1150℃的精轧温度T3进行热轧后，在880～1050℃的卷取温度T4进行卷取的工序，该钢材以质量％计含有C：0.35～0.65％、Si：1.4～2.2％、Mn：0.10～1.0％、Cr：0.1～2.0％、P：0.025％以下但不含0％以及S：0.025％以下但不含0％，余量由铁及不可避免的杂质构成；在所述卷取温度T4后的冷却中，在所述卷取温度T4到720℃的范围内，以1.5℃/秒以上70℃/秒以下的平均冷却速度CR1进行冷却，在720℃到600℃的范围内，以2.0℃/秒以下的平均冷却速度CR2进行冷却，并且将从所述卷取温度T4到500℃的平均冷却速度CR3设定在0.3℃/秒以下进行冷却的工序。