[发明专利]弹簧用钢和弹簧的制造方法

说明书

通过对于以往的高强度弹簧用钢，除C、Si、Mn和Cr以外，还进行Sb和Sn的添加量的适当化，可提供耐脱碳性优异且氧化皮剥离性优异的高强度弹簧用钢。上述弹簧用钢在规定的条件下含有：C：大于0.45质量％且小于0.65质量％、Si：0.15质量％～0.70质量％、Mn：0.10质量％～1.00质量％、Cr：0.20质量％～1.50质量％、P：0.025质量％以下、S：0.025质量％以下、O：0.0015质量％以下、Sb：0.010质量％以上且小于0.030质量％以及Sn：0.010质量％～0.030质量％。

技术领域

本发明涉及例如作为汽车用的底部部件的悬架弹簧、扭杆以及稳定器等的高强度弹簧、适合作为建设机械用以及铁道车辆用的弹簧的原材料的弹簧用钢，进而涉及使用该弹簧用钢的弹簧的制造方法。

背景技术

近年来，从地球环境的观点出发，期望二氧化碳排出量的削减，汽车、建设机械或铁道车辆的轻量化的期望越来越高。尤其是，它们所使用的弹簧的轻量化的期望强烈，使用了淬火-回火后的强度成为1800MPa左右以上的高强度化的原材料的高应力设计得到应用。

通用的弹簧用钢是JIS G4801等所规定的淬火-回火后的强度为1600～1800MPa左右的弹簧用钢，以热轧制造成规定的线材后，在热成型弹簧的情况下，加热成型为弹簧状后进行淬火-回火处理，在冷成型弹簧的情况下，在拉拔加工后进行淬火-回火处理，成型为弹簧状。

例如，在热成型弹簧的情况下，淬火-回火后，通过喷丸硬化而对弹簧的表面赋予压缩残余应力，实现弹簧的耐疲劳特性的改善。

在上述弹簧方面，作为迄今为止一般使用的原材料，有JIS G4801中记载的SUP9A。SUP9A是以热成型为弹簧状后，以提高耐疲劳特性为目的，通过喷丸硬化而对表面赋予压缩残余应力。然而，对于SUP9A而言，在以热轧制造为规定的线材时，此外，在用于成型为弹簧状的加热时，表层的C减少，产生全脱碳，因此弹簧制造后的表面的硬度容易下降，利用喷丸硬化进行的压缩残余应力的赋予不充分，其结果，产生对作为弹簧的特性(尤其是疲劳特性)给予不良影响的问题。

如上所述，弹簧钢是经过至少1次以上的加热而成型的，因此表层的C减少，产生脱碳。对于该脱碳，JIS G 0558中规定有“全脱碳层深度”、“铁素体脱碳层深度”、“特定残碳率脱碳层深度”，“实用脱碳深度”这4种脱碳层深度。对于弹簧钢的脱碳而言，“铁素体脱碳层深度”和“实用脱碳深度”这2种脱碳层深度成为问题。铁素体脱碳层深度是从C量几乎为零且即使在加热后骤冷也相变为铁素体而成为铁素体组织的层的表面起的深度，实用脱碳深度是至与C量不会为零的母材的C量相比C量下降、可得到在加热后骤冷的情况下与母材相比硬度下降而在实用上没有妨碍的硬度的位置为止的距离(深度)。对于弹簧钢，在钢材的表层生成铁素体脱碳层，在铁素体脱碳层的内层侧产生实用脱碳，或者，利用成分体系，铁素体脱碳层未生成，但产生实用脱碳。本发明中的“脱碳”表示实用脱碳。如上所述，若这种脱碳在钢材表面附近产生，则无法充分进行利用喷丸硬化进行的压缩残余应力的赋予，其结果，产生对作为弹簧的特性、尤其是对疲劳特性造成不良影响的问题。

因此，为了克服上述问题，作出了几个提案。

专利文献1中公开有通过控制C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Cr、Mo、V、Nb、Ti、Al、N以及B的添加量，且控制As、Sn和Sb的合计的添加量以及Cu和Ni的添加量而实现了低脱碳和优异的耐延迟破坏特性的高强度弹簧钢。专利文献1中记载有As、Sn和Sb的合计的添加量与脱碳深度的关系，但即便使As、Sn和Sb的合计的添加量适当化，也未抑制铁素体脱碳，由此，也未必能够抑制在铁素体脱碳的内层侧生成的脱碳。

专利文献2中公开有通过使C、Si、Mn、Sb、As和Sn的添加量最优化而抑制脱碳的弹簧钢。专利文献2中记载有As、Sn和Sb的添加量以及As、Sn和Sb的合计的添加量与脱碳深度的关系，但即便使As、Sn和Sb的合计的添加量适当化，也未抑制铁素体脱碳，由此，也未必能够抑制在铁素体脱碳的内层生成的脱碳。