CN101528965B

CN101528965B - 疲劳特性和拉丝性优异的弹簧用钢丝

Info

Publication number: CN101528965B
Application number: CN2007800403833A
Authority: CN
Inventors: 吉原直
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: WO2008053884A1; JP2008133539A; EP2096184B1; CN101528965A; EP2096184A4; KR20090078814A; US20100034691A1; US8192562B2; JP4310359B2; EP2096184A1; KR101121341B1

Abstract

本发明的目的在于提供一种作为在拉丝加工后进行淬火、回火处理加工成钢弹簧的冷卷取用弹簧用钢丝使用，并且，即使作为以拉丝状态加工成钢弹簧的冷卷取用弹簧用钢丝，也显示优异的拉丝性并且加工成弹簧状后赋予优异的疲劳特性的弹簧的弹簧用钢丝。本发明的弹簧用钢丝是疲劳特性和拉丝性优异的弹簧用钢丝，其限定C、Si、Mn、Cr、Ti、B等的含量，B、Ti、N含量(质量％)满足下式(1)的关系，并且，固溶B的含量为0.0005～0.0040％，余量为铁和不可避免的杂质，所述固溶B在珠光体团的晶界浓化，0.03≤B/(Ti/3.43-N)≤5.0(1)。

Description

疲劳特性和拉丝性优异的弹簧用钢丝

技术领域

本发明涉及疲劳特性和拉丝性优异的弹簧用钢丝，更详细地说，涉及如下的弹簧用钢丝：可以作为拉丝加工后进行淬火、回火处理加工成钢弹簧的冷卷用弹簧用钢丝使用，并且，作为即使以拉丝状态加工成钢弹簧的冷卷用弹簧用钢丝也显示优异的拉丝性，并且加工成弹簧状后得到具有优异的疲劳特性的弹簧的弹簧用钢丝。

背景技术

随着机动车等的轻量化和高应力化，发动机、离合器、悬架等使用的阀弹簧或离合器弹簧、或悬架弹簧也要求高应力化提高，随之而来的有相对于弹簧增大负载应力的倾向，因此，要求疲劳强度优异的弹簧。

近年来，阀弹簧和悬架弹簧等基本上使用被称为油回火线材的淬火、回火处理过的弹簧用钢丝，在常温卷取加工成弹簧状制造而成。

这种油回火线材金属组织为回火马氏体，因此具有容易得到高强度，而且疲劳特性和松弛抗性优异的优点，但也有淬火、回火等的热处理需要大的设备和处理成本的缺点。因此，也公知有以拉丝状态冷卷加工成弹簧状形式的钢丝，例如，JIS规格的钢琴线(JISG3522)中，特别是作为阀弹簧或以其为标准的弹簧用规定有钢琴线V种。

上述那样不仅行淬火、回火处理通过冷拉拔制造而成的弹簧(以下，将这种弹簧称为“硬拉弹簧”)，由于不需要热处理，因此能够降低制造成本。但是，不进行热处理对铁素体、珠光体组织或珠光体组织的钢线材进行拉丝而成的弹簧用钢丝，有疲劳特性和松弛抗性低的优点，将这种钢线材作为原材使用难以得到高度化的满足最近要求的希望的性能的钢弹簧。

对于以低成本能够制造的硬拉弹簧，为了得到更高水平的弹簧性能而进行了各种研究，本申请人之前也提出了在特开2002-180200号公报(专利文献1)中公开的技术。在该专利文献1中，规定了硬拉弹簧用钢丝的珠光体分率和碳含量的关系，另外，通过含有V作为必须元素从而实现珠光体粒尺寸的微细化，例如，能够得到线径3.5mm时抗拉强度1890MPa水平以上的高强度，并且，确保优异的松弛抗性。

但是，单增加碳量而高强度化不能避免拉丝加工性和韧性的降低，另外，即使提高珠光体分率在工业生产上也有界限。另外，添加V时，增大钢的淬火性，因此，为了得到珠光体组织在拉丝前必要的铅淬火处理工序中不得不降低线速，生产性降低从而制造成本上升。

另一方面，本申请人作为其他的技术，之前在特开2000-355736号公报(专利文献2)中公开了，作为用于制造如钢丝帘线或钢缆的细线材的高碳钢材，主相为珠光体通过抑制表层部的铁素体面积率而改善耐纵裂纹性的钢丝。

该钢丝在如下三点上，与本发明类似：1)主相为珠光体抑制表层部的铁素体面积率；2)为了抑制表层部中铁素体的生成量，用与Ti和N含量的关系限定B含量；3)不仅是总B量(与钢中B量同义)，还控制固溶B的含量。

但是，该专利文献2所公开的技术是如下的钢材，将由相对碳含量多的高碳钢丝构成的钢丝帘线和钢缆、如钢缆的极细线材为适用对象，以改善伴随强拉丝加工的耐纵裂纹性为目的，与以中碳钢构成的阀弹簧和悬架弹簧等的弹簧用钢丝为对象，试图改善弹簧疲劳特性和拉丝性的本发明在用途和要求特性上不同。

而且，该技术仅着眼于拉丝界限并不涉及疲劳特性，详细地说，完全不涉及游离B(固溶B)对珠光体团的偏析导致的杂质元素(磷等)的偏析的抑制和随之而来的拉丝性以及强度和延展性的提高，从这点来看是与本发明不同的发明。

另外，本发明者们确认到，该专利文献2公开的钢丝是细径具有4000MPa水平的高强度，在这一点上是极有用的钢种，但是却未必满足作为弹簧用钢丝。

发明内容

本发明着眼于上述情况而进行，其目的在于，提供能够提高热轧后的拉丝加工性和铅淬火处理后的拉丝加工性，同时增进疲劳特性，以及高强度化和高应力化的弹簧用钢丝，具体地说，提供为了使珠光体分率提高而极力降低铁素体分率，由此提高疲劳特性和弹簧用钢线材自身的强度，并且，通过对固溶B的存在形态进行调整而得到具有优异的拉丝性的钢弹簧的弹簧用钢丝。

能够解决上述课题的本发明的弹簧用钢丝由下述钢材构成，该钢材含有：

C：0.50～0.70％(化学成分的情况表示为质量％，下同)、

Si：1.0～2.5％、

Mn：0.5～1.5％、

Cr：0.5～1.5％、

Ti：0.005～0.10％、

B：0.0010～0.0050％、

N：0.005％以下、

P：0.015％以下、

S：0.015％以下、

Al：0.03％以下、

O：0.0015％以下，

上述B、Ti、N的含量(质量％)满足下式(1)的关系，此外，固溶B的含量为0.0005～0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质，并且，在将钢丝的直径设为D时，距表面在深度方向1/4·D位置中的铁素体分率为1面积％以下，并且，所述固溶B在珠光体团的晶界浓化。

0.03≤B/(Ti/3.43-N)≤5.0 (1)

本发明使用的上述钢材作为其他元素还含有从V：0.07～0.4％、Nb：0.01～0.1％、Mo：0.01～0.5％、Ni：0.05～0.8％、Cu：0.01～0.7％中选出的至少一种元素，从而能够有效地实现进一步的改善。

而且，本发明的使用上述弹簧用钢丝制造的钢弹簧，具有优异的疲劳特性，该弹簧也包含于本发明的技术范畴内。

根据本发明，以C含量为0.50～0.70％，并特定Si、Mn、Cr等的含量的中碳钢为对象，通过含有适量的B和适量固溶的B，从而抑制初析铁素体的生成，并且在将钢丝的直径定为D时，将距表面深度方向1/4·D位置中的铁素体分率抑制为1面积％以下，并且使固溶B在珠光体团的晶界浓化存在，抑制P等向该晶界的偏析，从而能够提供防止脆化，强度和拉丝性优异，并且弹簧加工后发挥优异的疲劳特性的弹簧用钢丝。

附图说明

图1是表示本发明的弹簧用钢丝通过EPMA线的定量分析得到的B向珠光体团晶界的浓化状态的曲线图。

图2是表示铁速体分率对疲劳折损率的影响的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的认识，期待弹簧用钢丝的高强度化而提高C量，但从工业生产性考虑，由于珠光体分率自身有界限，因此作为第二相组织存在的初析铁素体为起点，在拉丝加工中发生断线，或者在弹簧的使用中发生疲劳折损，这被确认为是降低弹簧疲劳寿命或加大疲劳寿命的偏差的原因。作为初析铁素体的生成原因，被推测为大概含有在热轧和拉丝前的热处理(铅淬火)工序中发生的脱炭产生的物质。

基于这些认识，如果抑制被认为是表层部的疲劳寿命偏差的原因的初析铁素体的生成，则确认到能够保持高强度和韧性的平衡，同时提高拉丝加工性，并且能够实现弹簧疲劳特性的稳定性，本发明由此而想到。以下，对本发明的实施方式进行说明。

本发明的特征要素如下所述。

1)通过在中碳钢中添加适量的B，抑制初析铁素体的生成。

2)通过添加Ti，捕捉在钢中不可避免地混入的N，使B作为游离B(固溶B)存在，从而抑制初析铁素体的生成。

3)另外，通过使游离B在珠光体团的晶界浓化析出，抑制P等的杂质元素在珠光体团的晶界偏析，通过防止钢的脆化，提高拉丝性，并且提高强度、疲劳强度、延展性。

4)通过降低初析铁素体分率，提高拉丝材的强度，并且，提高弹簧疲劳寿命，降低偏差。

即，在本发明中，为了具有这些特征，在钢中作为合金元素添加B，并且使适量的Ti含有，使B成为固溶B，从而抑制铁素体的生成，另外，通过使固溶B在适当位置浓化存在，从而抑制P等的偏析，组织脆化，由此，嫩构稳定确保优异的拉丝性以及弹簧疲劳特性。

以下，先对本发明规定的钢材的成分组成，对各元素的含有率及其限定理由进行说明。

C：0.50～0.70％

C是对提高拉丝材的拉伸强度，确保疲劳特性和松弛抗性有用的元素，一般在通常的钢琴线中含有0.8％左右以上。但是，在本发明作为目的的高强度的弹簧用钢丝中，C含量超过0.70％时，由于缺陷敏感性增大，从表面瑕疵和介在物的裂纹容易进展，疲劳寿命显著劣化，因此，将C含量上限定为0.70％。另一方面，C含量过少时，除了不能确保作为高应力弹簧必须的拉伸强度外，初析铁素体量增大不能抑制疲劳寿命的降低，因此，必须含有至少0.50％以上。C含量优选为0.55％以上0.68％以下，更优选为0.60％以上0.65％以下。

Si：1.0～2.5％

Si作为固溶强化元素有助于提高强度，是对改善耐疲劳性和松弛抗性有贡献的元素。另外，在弹簧加工工序中，卷取后为了去除应变，在400℃进行热处理(退火)，Si在此时还有提高软化阻抗的作用，为了有效地发挥这种作用，必须至少含有1.0％以上。但是，过多时，增进表面脱炭使疲劳特性劣化，因此，多也要抑制在2.5％以下。Si含量优选下限为1.6％，优选上限为2.2％。

Mn：0.5～1.5％

Mn是进行使作为主相的珠光体致密调整的元素，是提高疲劳特性不可欠缺的元素。这种效果在含有Mn为0.5％以上时有效地发挥，但过多时，在热轧和铅淬火处理时容易生成贝氏体组织，有损拉丝加工性，因此，上限为1.5％。Mn含量优选下限为0.70％，优选上限为1.0％。

Cr：0.5～1.5％

Cr使珠光体的层状间隔变窄，提高作为热轧后和拉丝前热处理进行的铅淬火后的强度，是提高松弛抗性和疲劳强度不可或缺的元素，为了有效地发挥这种效果，需要含有0.5％以上。但是，过多时，使珠光体相变的结束迟缓，其结果是必须降低铅淬火的线速，不仅有损生产性，而且，渗碳体过于强化使韧性和延展性劣化，因此，上限为1.5％。Cr含量优选下限为0.7％，优选上限为1.2％。

Ti：0.005～0.10％

由于Ti使B作为游离B存在，因此，为了使在钢中不可避免地存在的N与B不结合使N成为TiN进行固定而进行添加。另外，Ti生成微细的碳化物(TiC)使珠光体团微细化，有助于提高拉丝性和韧性。为了有效地发挥这些作用，将下限定为0.005％。但是，过度添加Ti时，剩余的Ti会生成过量的TiC，由于层状铁素体的析出强化使拉丝性劣化，另外，TiN自身也粗大化，成为诱发夹杂物起点的疲劳折损的原因，因此上限为0.10％。还有，Ti量的下限如后所述，应考虑由式(1)规定的B和N的含量而决定。Ti量的优选下限是0.01％。

B(硼)：0.0010～0.0050％，并且，固溶B：0.0005～0.0040％

B是为了抑制钢丝表层部中铁素体的生成而进行添加的重要元素。一般来说，B在亚共析钢中，在旧奥氏体晶界偏析使晶界能下降使铁素体的生成速度降低，因此，对降低初析铁素体有效。一般认为在共析钢和过共析钢中B抑制铁素体的效果消失，但是，如本发明例如即使是共析或过共析的成分系，在推定为由于脱炭表层的C含量降低的钢种中，还是被认为是作为表层部的初析铁素体抑制元素有效作用的元素。

这时的B的存在形态是一般被称为游离B的、在钢中不是夹杂物而是以原子存在的固溶B。固溶B还抑制P等杂质元素向珠光体团的晶界的偏析，提高珠光体团强度，提高弹簧用钢丝的强度，并且，使拉丝加工性提高。B低于0.0010％时，固溶B低于0.0005％，上述B和固溶B的效果不充分。另一方面，B过多时，生成Fe₂₃(CB)₆等的B化合物，能够作为游离B存在的B变少，无助于疲劳强度的偏差的降低。而且，Fe₂₃(CB)₆等的B化合物粗大的情况多，成为疲劳折损的起点使疲劳强度劣化。由此，应将B量抑制为0.0050％以下，将固溶B抑制为0.0040％以下。B的优选范围为0.0020～0.0040％，固溶B的含量优选范围为0.0010～0.0030％。

0.03≤B/(Ti/3.43-N)≤5.0 (1)

上式(1)的(Ti/3.43-N)表示N通过Ti全部固定时的剩余Ti量，B/(Ti/3.43-N)的值低于0.03时，相对于B含量剩余的Ti量过多，因此，由于TiC的析出发生拉丝性的劣化。另一方面，B/(Ti/3.43-N)的值超过5.0时，相对于B含量剩余的Ti量过少，因此，N的固定不充分游离B量变得过少，不能得到满意的铁素体的析出抑制用作。根据这样的理由，B/(Ti/3.43-N)的下限值定为0.03，上限值定为5.0。优选下限值为0.10，更优选为0.20，优选上限值为4.0，更优选为2.5。

另外，在本发明中，除总B量(钢中B量)和游离B量(固溶B的含量)之外，游离B的存在位置在体高作为弹簧用钢丝的拉丝性上也极为重要。即，在包括所述专利文献2的现有的钢种中，从钢的强度和加工性等的观点出发，虽然尝试了限制总B量和游离B量，但是并没有涉及以下的观点：特别是在本发明作为对象的弹簧用钢丝中，在使固溶B存在于珠光体团等的区域时，能够发挥最佳效果。但是，本发明者们进行了反复研究发现，在使固溶B在珠光体团的晶界浓化存在时，能够得到发挥稳定高水平的拉丝性的弹簧用钢丝。

在此，所谓“固溶B仔珠光体团的晶界浓化存在”是指基于后述的实施例栏中记载的测定方法，测定在珠光体团的晶界存在的固溶B的浓度时，存在于上述晶界的固溶B的含量(特别是有时被称为偏析B量的情况)为0.05％以上。珠光体团的晶界大致以1～20μm的间隔存在。如后述的实施例所示，偏析B量为0.05％以上时，拉丝性提高。优选为如上述测定的偏析B量为0.05％以上，并且，钢中的固溶B的平均浓度为1时，满足偏析B浓度为50以上。

如上述，通过使固溶B在珠光体团的晶界浓化存在能够得到高水平的拉丝性的理由，还没有完全明确，但是有如下思考。即，认为使固溶B在珠光体团的晶界浓化存在时，在该晶界偏析显著使拉丝性劣化的杂质元素(特别是P和S等)的偏析由于该固溶B的存在而被阻止，而不能使这些杂质元素在晶内以分散状态存在。其结果是不仅拉丝性而且拉丝后的延展性也提高，加工成弹簧时的成型加工性被显著改善。

由此，在本发明中，将限定钢丝内的固溶B的存在状态，使固溶B在珠光体团的晶界浓化存在作为必要条件。还有，在这样的用于得到固溶B的浓化状态的制造条件中，在后面详述。

N(氮)：0.005％以下

在本发明中，通过含有如上所述的适量的Ti，从而固定不可避免地混入的N，确保固溶B，但为了使Ti添加量少，N优选越少越好。但是，过度进行脱氮成为提高制钢成本的原因，因此，考虑到实际操作性，将N量的容许限定为0.005％。优选抑制为0.0035％以下，更优选为0.002％以下。

P(磷)：0.015％以下

P在旧奥氏体晶界偏析使晶界脆化，降低拉丝性，因此，优选尽可能低，但是在实际操作中，考虑到脱磷效率，将0.015％左右定为容许界限。

S(硫)：0.015％以下

S也在旧奥氏体晶界偏析使晶界脆化，降低拉丝性，因此，优选尽可能少，但是在实际操作中，考虑到脱磷效率，将0.015％定为上限。

Al：0.03％以下

Al作为在炼钢时添加的脱氧剂含有，但是过多时，形成粗大的非金属夹杂物时疲劳强度劣化，因此，应抑制在0.03％以下，优选抑制在0.005％以下。

O(氧)：0.0015％以下

O过多则形成粗大的非金属夹杂物的生成源使疲劳强度劣化，因此，多时也将其抑制在0.0015％以下，优选抑制为0.0010％以下。

本发明中使用的钢材的成分组成如上所述，余量实质上是铁。在此，“实质上”是指在不损害本发明特征的范围内容许在含有废料的钢原料和炼铁、炼钢工序，特别是在炼钢预备处理工序等中不可避免地混入微量元素的混入。

在本发明中，作为其他元素还含有从V：0.07～0.4％、Nb：0.01～0.1％、Mo：0.01～0.5％、Ni：0.05～0.8％、Cu：0.01～0.7％中选出的至少一种元素。他们也可以单独含有，也可以两种以上并用。以下，对这些选择成分进行详细说明。

V：0.07～0.4％

V使珠光体团细微化提高拉丝加工性，另外，是有助于提高弹簧的韧性和松弛抗性的元素。为了有效地发挥这种效果，优选含有0.07％以上。但是，过剩含有时，淬火性增大热轧后生成马氏体组织和贝氏体组织后工序困难，另外，铅淬火处理时的线速也下降形不成弹簧生产性下降，另外，生成V碳化物，使应作为层状渗碳体使用的C减少，反而降低强度，使初析铁素体过度生成，或导致诱发铁素体脱炭等的障碍，因此，优选最多抑制在0.4％以下。V含量更优选下限为0.1％，更优选上限为0.2％。

Nb：0.01～0.1％

Nb使珠光体团微细化，使对提高拉丝加工性和弹簧韧性以及松弛抗性有用的元素，为了有效地发挥这些效果，优选至少含有0.01％以上。但是，过量含有时，碳化物过量生成，使应作为层状渗碳体使用的C量减少，降低强度，或者，成为使初析铁素体生成的原因，因此，优选上限为0.1％。Nb含量更优选的下限为0.02％，更优选上限为0.05％。

Mo：0.01～0.5％

Mo是在提高淬火性并且提高软化阻抗提高松弛抗性上有用的元素，这种效果，优选在0.01％以上含有时能够有效地发挥。但是过多时，铅淬火时间变得过长，此外，还使拉丝性劣化，因此优选上限为0.5％。

Ni：0.05～0.8％

Ni具有提高渗碳体的延展性提高拉丝性的作用，另外，还有助于钢丝自身的拉丝性提高。另外，还具有抑制热轧时或铅淬火处理时的表层部的脱炭的作用，为了有效地发挥这些效果，优选至少含有0.05％以上。但是，过多时，提高淬火性，热轧后生成马氏体组织和贝氏体组织，后加工困难，另外，还不得不降低铅淬火处理时的线速，成为制造成本提高的原因。因此，优选上限为0.8％。Ni含量更优选下限为0.15％，进一步优选下限为0.2％，更优选上限为0.7％。

Cu：0.01～0.7％

Cu在电化学上是比Fe价高的元素，是对提高耐蚀性并且改善机械除鳞时氧化皮的剥离性，防止模具烧粘等的问题有效的元素。另外，还具有抑制热轧时的铁素体脱炭，降低表层部的初析铁素体分率的作用。为了有效地发挥这些作用，优选至少含有Cu为0.01％以上。但是，过多时，有可能生成热轧裂纹，因此优选上限为0.7％。Cu的更优选的下限为0.2％，更优选的上限为0.5％。

以上，对本发明中钢中成分进行了说明。

另外，在本发明中，作为钢线材的表层侧组织，在将钢丝直径作为D时，在截面观察距表面深度方向1/4·D位置时，铁素体分率为1面积％以下是必须的要件。即，如上述说明那样，在本发明的钢线材中，难以完全回避的作为第二相组织生成的初析铁素体使疲劳寿命下降，或成为加大疲劳寿命的偏差的原因。因此，在本发明中，重要的是将初析铁素体的分率极力抑制为很小。因此，在本发明中，作为为了实现目的而要求的铁素体分率的基准，在将钢丝直径作为D时，在截面观察距表面深度方向1/4·D位置时，将铁素体分率定为1面积％以下。

即，该铁速体分率超过1面积％时，如后述的实施例(图2)明确可知，线材的疲劳折损率明显增大，不能确保作为弹簧原材的品质。还有，在本发明中，如上述含有适量的B，并且，为了有效地发挥这种B的铁素体抑制效果，还将Ti和N的含量规定为所述式(1)的关系。

接着，对使用所述成分组成的钢材制造弹簧用钢丝的优选条件进行说明。

首先，通过连续铸造制造钢丝时，优选铸造后的冷却速度为0.1℃/sec以上，更优选提高为0.5℃/sec以上，通过这样提高铸造后的冷却速度，能够极力抑制钢中生成的TiN夹杂物的粗大化。

另外，在对铸片进行热轧时，为了确保本发明中特别重要的固溶B的量，优选最终轧制后从载置温度(优选为如下所示的900℃以上)到850℃的温度区域在30秒内进行冷却。在低于850℃的温度区域，不进行恒温保持等以通常方法防止冷却，从而钢材中的固溶B不会和N化合，在卷取后B也保持为固溶状态。随之，铁素体的生成也被抑制。

另外，考虑到在热轧的状态不进行铅淬火处理进行拉丝加工的工序，优选在轧制后的状态充分降低铁素体分率。由此，轧制后的载置温度优选为900℃以上，从载置温度到700℃的冷却速度优选为3℃/sec以上，更优选为5℃/sec以上。具体地说，优选采用送风机进行的送气或喷雾等的辅助冷却机构。

在接着进行的铅淬火处理中，优选在“比Ae₃相变点(奥氏体和铁素体能够平衡共存的上限温度)高的温度区域”保持(恒温保持)后，从该“比Ae₃相变点高的温度区域”急冷到Ae₁相变点(铁素体和渗碳体能够平衡共存的上限温度)以下的温度区域。在上述恒温保持中，优选使用导热率高的热媒介。具体地说，优选使用以如氧化锆沙的热容量大的粉粒体作为热媒介的流动槽或铅浴，并且，在从用于奥氏体化的加热炉装入恒温保持炉之间设置使用空气或喷雾的强制冷却工序。此时的优选冷却速度为3℃/sec以上，更优选为5℃/sec以上。

在上述铅淬火处理中，加热到“比Ae₃相变点高的温度区域”进行保持是为了使固溶B在珠光体团的晶界极力浓化偏析，阻止作为杂质的P等在晶界偏析，优选尽可能在高温进行加热。上述的“比Ae₃相变点高的温度”具体地说大致优选为950～1050℃。因为，在加热温度低于950℃时，固溶B的含量变少，固溶B向珠光体团的浓化难以发生，另外，超过1050℃温度过高时，随着奥氏体晶粒的粗大化，珠光体团也粗大化。

另外，在上述“比Ae₃相变点高的温度区域”的保持时间过长时，钢丝表层部的脱炭进行，此外，珠光体团也粗大化，并且，固溶B的含量变少，因此，固溶B向珠光体团的浓化难以发生，在该温度区域的保持时间优选为30～180秒的范围。还有，低于30秒时，由于合金元素的溶入不则，从而强度不足。更优选保持时间为50～150秒。

还有，以拉丝加工状态使用本发明的弹簧用钢丝时，弹簧用钢丝的抗拉强度(TS)与弹簧用钢丝的线径(d、mm)的关系由下式(2)限定。拉丝加工时的面积减少率优选为75～93％的范围。低于75％时，珠光体组织的取向性不一致，不能得到均匀的拉丝加工组织，因此，疲劳寿命的偏差容易发生，相反，超过93％时，由于接近拉丝界限，因此内部裂纹发生或诱发表面裂纹，其后的弹簧卷取时或作为弹簧使用时有可能会发生折损。

-13.1d³+160d²-671d+2800≤TS…-13.1d³+160d²-671d+3200…(2)

(式中，d是弹簧用钢丝的直径(mm)，1.0≤d≤10.0)

实施例

用小型真空炉熔炼表1所示化学成分的钢(钢种A～K)进行铸造，其后，以表2所示的冷却速度进行冷却后进行热锻，得到边为155mm的棒材。接着，以表2所示的轧制条件进行热轧，得到直径9.0mm的钢线材，之后，进行去皮切削，将直径调整为8.4mm，其后，以表2所示条件进行铅淬火处理后，进行拉丝加工直至表2所示线径，得到拉丝材(钢丝)。

详细地说，在上述的铅淬火处理工序中，如表2所示，变化奥氏体化加热温度以及加热保持时间，并且，调整冷却速度(线速)对每种钢变动铅淬火时间(铅浴中的线的通过时间)。铅浴温度设定为620℃。另外，在用于铅浴和奥氏体化的加热炉之间吹送高压空气，进行强制冷却，急冷后进入铅浴。

另外，在上述拉丝加工中，使用连续拉丝机，将最终模以外的各模的面积减少率定为15～25％，最终模的面积减少率定为5％。在表2中显示拉丝时的总面积减少率。拉丝速度是以通过最终模时的速度计为200m/min。另外，为了防止随着拉丝线材的温度上升，采用直接冷却铅淬火后的线材，同时进行冷却的冷却拉丝法。

接着，对各拉丝材测定以下的特性。

(抗拉强度的测定)

将如上述得到的拉丝材矫正为直线，供于抗拉试验，求出抗拉强度。

(总B量和固溶B的含量的测定)

总B量(钢中B量)通过JISK0116规定的IPC发光分析法(作为装置，岛津制作所制的商品名“ICPV-1017”)求出。

另外，固溶B的含量作为上述总B量和由以下方法测定的析出B量的差而求出。

对从拉丝材电解萃取的残渣使用姜黄素(クルクミン)吸光光度法(JISG1227-1980)求出B量(析出B量)。电解萃取条件是使用10％乙酰丙酮-1％四甲基氯化铵-甲醇溶液作为电解液，以200A/m²以下的电流萃取，析出B的过滤使用网眼宽度为0.1μm的过滤器。

(偏析B量的测定)

在珠光体团晶界浓化存在的固溶B的含量(偏析B量)通过下述EPMA线定量分析法进行。

EPMA测定装置使用日本电子社制的商品名“JXA-8900RL”，供试材：将拉丝材埋入树脂，用研磨剂对与拉丝方向垂直的截面进行镜面研磨后，为了保持导电性蒸镀了锇。

加速电压：15kV

照射电流：0.3μA

定量分析：在本实施例中，将B量为0.01％以上浓化的作为“峰值”，测定300点“峰值”，将他们的平均值作为“偏析B量”算出。

图1表示本发明的弹簧用钢丝的EPMA线定量分析图标的一例。如图1所示，在本发明例中，以对应于珠光体团直径的1～20μm的间隔B量的峰值反复出现，确认到在珠光体团晶界固溶B浓化。还有，在图1中B量出现负(-)，但这是分析装置在机构上不可回避的偏差，成为负的部分B量判断为零(0)。

在本实施例中，将如上所述测定的偏析B量为0.05％以上的评价为“固溶B在珠光体晶界浓化”。另外，算出如此测定的“偏析B量”和上述的“固溶B的含量”的比(偏析B量/固溶B的含量)，偏析B量为0.05％以上，并且，上述比为50以上的判定为“固溶B在珠光体晶界更为浓化”。

(铁素体分率的测定)

铁素体分率是对拉丝后的钢丝的横截面进行抛光研磨，通过硝酸乙醇腐蚀液蚀刻后，使用日本电子社制的商品名“JXA-8900RL”拍摄表层部的铁素体组织的SEM照片，从该照片图像，根据通过Adobe社制的软件photoshop涂布的铁素体部的面积率求出。

(拉丝性的评价)

在上述拉丝工序中，在拉丝加工中未断线的当然评价为“拉丝性优异”(合格)，在捻挫试验中捻挫次数为25次以上的也评价为“拉丝性优异”(合格)。

接着，如下进行弹簧特性试验，评价疲劳极限特性。

弹簧特性试验：

使用各供试钢丝在常温进行弹簧成形，进行去应变退火(400℃×20分钟)、端面研磨、二段喷丸(直径0.6mm的圆切线(round cut wire)HRc60范围95％以上，透射速度80m/s进行15分钟喷丸后，直径0.1mm的圆切线(round cut wire)HRc60范围100％以上，透射速度200m/s进行20分钟)、低温退火(230℃×20分钟)以及温预设(pre setting)(200℃，τmax＝1200MPa相当)。对得到的各弹簧负载588±441MPa的剪断应力，根据50根弹簧的到1000万次的折损率进行判断，疲劳折损率为0则判断为“○(疲劳特性优异)”，其以外的情况为“×”。

表1

Ae1点＝723-14[Mn]+22[Si]-14.4[Ni]+23.3[Cr]

Ae3点＝854-180[C]-14[Mn]+44[Si]-17.8[Ni]-1.7[Cr]

表2

表3

根据表3可以进行如下考察。

首先，满足本发明要件的A-1、B-1、C-1、D-1、E-1、F-1、G-1偏析B量均为0.05％以上，因此，捻挫次数为25次以上，拉丝性优异，并且，固溶B的含量为0.0005％以上，因此，铁素体分率为1面积％以下，疲劳折损率为0，疲劳特性也优异。

相对于此，不满足本发明规定的要件的某一个的下述例由于下述的理由，拉丝性和疲劳特性双方均差。

A-2和F-2由于铅淬火处理的加热温度低，并且，A-2加热保持时间还长，因此，是固溶B的含量少，铁素体分率高的例。

A-3、B-3、C-2、D-2以及E-2是由于铅淬火处理的冷却速度慢，因此铁素体分率大的例。

B-2由于铅淬火处理的加热温度低，并且，加热保持时间长，因此，是固溶B的含量和偏析B量少，“偏析B量/固溶B的含量”的比小，铁素体分率高的例。

G-2由于轧制后的载置温度低，因此是固溶B的含量和偏析B量少，铁素体分率大的例。

H-1和K-1以及K-2均使用B无添加的钢种H和K，因此，是铁素体分率大的例。

I-1不满足式(1)，并且，轧制时的载置～700℃的冷却速度低，因此，是固溶B的含量和偏析B量少，并且，“偏析B量/固溶B的含量”的比也小，铁素体分率大的例。

J-1不满足式(1)因此，是使用固溶B的含量少的表1的钢种J的例，铁素体分率大。

工业上的利用可能性

本发明的弹簧用钢丝，疲劳特性和拉丝性优异，因此，适用于例如拉丝加工后进行淬火、回火处理加工成钢弹簧的冷卷取用弹簧钢丝、以拉丝状态加工成钢弹簧的冷卷取用弹簧用钢丝等。本发明的弹簧用钢丝，适用于例如发动机、离合器、悬架等使用的阀弹簧或离合器弹簧、或悬架弹簧。

Claims

1.一种疲劳特性和拉丝性优异的弹簧用钢丝，其特征在于，由下述钢材构成，该钢材以质量％计含有C：0.50～0.70％、Si：1.0～2.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：0.5～1.5％、Ti：0.005～0.10％、B：0.0010～0.0050％、N：0.005％以下、P：0.015％以下、S：0.015％以下、Al：0.03％以下、氧：0.0015％以下，并且，所述B、Ti、N的质量百分比含量满足下式(1)的关系，并且，固溶B的含量为0.0005～0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质，

并且，在将钢丝的直径定为D时，在深度方向上距表面的距离为1/4·D处的铁素体分率为1面积％以下，并且，所述固溶B在珠光体团的晶界浓化，

0.03≤B/(Ti/3.43-N)≤5.0(1)。

2.一种疲劳特性和拉丝性优异的弹簧用钢丝，其特征在于，由下述钢材构成，该钢材以质量％计含有C：0.50～0.70％、Si：1.0～2.5％、Mn：0.5～1.5％、Cr：0.5～1.5％、Ti：0.005～0.10％、B：0.0010～0.0050％、N：0.005％以下、P：0.015％以下、S：0.015％以下、Al：0.03％以下、氧：0.0015％以下，并且，所述B、Ti、N的质量百分比含量满足下式(1)的关系，并且，固溶B的含量为0.0005～0.0040％，并且，在所述钢材中作为其他元素以质量％计还含有从V：0.07～0.4％、Nb：0.01～0.1％、Mo：0.01～0.5％、Ni：0.05～0.8％、Cu：0.01～0.7％中选出的至少一种元素，余量为Fe和不可避免的杂质，

0.03≤B/(Ti/3.43-N)≤5.0 (1)。

3.一种疲劳特性优异的弹簧，其特征在于，使用权利要求1或2所述的弹簧用钢丝制造而成。