弹簧用线材和弹簧用钢丝、具有改善的强度和疲劳极限的弹簧及其制造方法专利检索-铁的冶金专利检索查询-专利查询网

弹簧用线材和弹簧用钢丝、具有改善的强度和疲劳极限的弹簧及其制造方法
申请号	CN202280049907.X	申请日	2022-05-26	公开(公告)号	CN117751206A	公开(公告)日	2024-03-22
申请人	浦项股份有限公司;			发明人	李埈模; 崔锡欢; 崔榠洙;
摘要	公开了具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材和弹簧用钢丝、弹簧、及其制造方法。根据一个实施方案的公开的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少Nb、以及剩余的Fe和不可避免的杂质，其中可以满足Mn+Cr≤1.8％以及0.05 原子％≤Mo+W≤0.15原子％。
权利要求	1.一种具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材，所述线材以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、 0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中满足Mn+Cr≤1.8％，满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％， 2 在与纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm 面积内，满足以重量％计C>0.85％、Si> 3.0％、Mn>0.8％和Cr>2.0％中的一者或更多者的面积的比例为10％或更小。 2.根据权利要求1所述的线材，其中所述线材以面积分数计包含80％或更多的珠光体组织以及余量的贝氏体组织或马氏体组织。 3.根据权利要求1所述的线材，其中原奥氏体平均晶粒尺寸为20μm或更小。 4.根据权利要求1所述的线材，其中在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中分 2 布的最大直径为15μm或更大的碳氮化物的数量少于2个/cm。 5.根据权利要求1所述的线材，其中抗拉强度为1,400MPa或更小，以及断面收缩率为 35％或更大。 6.一种用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材的方法，所述方法包括：通过对钢水进行连续铸造来制备初轧方坯，所述钢水以重量百分比(重量％)计包含： 0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、 0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质；将所述初轧方坯在1,200℃以上的温度下加热并对所述初轧方坯进行轧制以制备小方坯；将所述小方坯在1,030℃以上的温度下加热并在1,000℃以下的温度下对所述小方坯进行轧制以制备线材；将经轧制的线材在800℃至900℃的温度下进行卷取；以及将经卷取的线材以0.5℃/秒至2℃/秒的速度冷却。 7.根据权利要求6所述的方法，其中所述连续铸造过程包括以20mm或更大的总压下量进行轻压下。 8.根据权利要求7所述的方法，其中进行所述轻压下以使各辊通过压下4mm或更小来轧制以及在0.6或更大的凝固分数下具有60％或更大的累积压下率。 9.一种具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝，所述钢丝以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、 0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中满足Mn+Cr≤1.8％，满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％，以及所述钢丝以面积分数计包含85％或更多的回火马氏体组织和余量的奥氏体组织。 10.根据权利要求9所述的钢丝，其中原奥氏体平均晶粒尺寸为15μm或更小。 11.根据权利要求9所述的钢丝，其中在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中 2 分布的最大直径为15μm或更大的碳氮化物的数量少于2个/cm。 2 12.根据权利要求9所述的钢丝，其中在100μm的区域中碳化物的数量为10至50个，所述碳化物的最大直径为5nm至50nm，以及V或Nb的含量为10原子％或更大。 13.根据权利要求9所述的钢丝，其中抗拉强度为2,100MPa或更大，以及断面收缩率为 45％或更大。 14.一种用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝的方法，所述方法包括：对根据权利要求1至5中任一项所述的线材进行LP 热处理；对经LP热处理的线材进行拉拔以制备钢丝；以及对所述钢丝进行QT热处理，其中所述LP热处理包括：在3分钟内加热到950℃至1100℃的温度并保持3分钟或更短的初次奥氏体化过程；以及在3分钟内使经初次奥氏体化的线材通过650℃至700℃温度的Pb浴的过程。 15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述LP热处理中，珠光体转变完成时间小于 130秒。
说明书全文	弹簧用线材和弹簧用钢丝、具有改善的强度和疲劳极限的弹簧及其制造方法技术领域 [0001] 本公开内容涉及弹簧用线材和弹簧用钢丝、具有改善的强度和疲劳极限的弹簧，及其制造方法，更具体地，涉及具有2,200MPa水平的超高强度和优异的可加工性，使得在高温下容易渗氮，并且具有改善的渗氮特性和疲劳极限的弹簧用线材和弹簧用钢丝以及弹簧，及其制造方法。背景技术 [0002] 随着轻型车辆的发展，为了满足对轻型汽车部件的持续需求，用于车辆的变速器和发动机气门中的弹簧也需要具有高强度。然而，随着弹簧材料强度增加，丝材直径减小而增加对夹杂物的敏感性，从而降低疲劳极限。即，通过增加强度来增加疲劳极限存在限制。为了克服这一点，弹簧制造商试图通过增加表面硬度来提高弹簧用材料的疲劳极限，同时通过渗氮来保持强度。 [0003] 虽然其他部件的渗氮通常在高于500℃的温度下进行，但弹簧用钢的渗氮在420℃至460℃的温度下进行以防止强度降低，并且持续超过10小时的长时间以获得足够的氮渗透深度。 [0004] 由于普通弹簧用钢的回火热处理温度为450℃以下，在420℃至450℃的温度下长时间热处理可能降低大多数弹簧的强度，因此应该使用包含能够通过形成碳化物来改善抗软化性的元素的高合金材料。然而，在使用大量的形成碳化物的元素如Mo和V的情况下，在渗氮期间可以抑制强度的降低，但是可能通过中心偏析区域形成低温组织，并且可能引起降低断面收缩率的问题。 [0005] 此外，由于在对弹簧材料进行加工时重复高温热处理过程，因此在控制原奥氏体晶粒尺寸(prior austenite grain size，PAGS)时可能出现问题，并且在热处理期间需要控制碳化物的技术。 [0006] 同时，弹簧制造商需要通过在尽可能高的温度下进行渗氮来缩短渗氮的处理时间以缩短渗氮时间，并且还需要不会引起领域中生产率问题的高强度线材。 [0007] 因此，需要开发具有优异品质例如强度和可加工性以及改善的渗氮特性和疲劳极限的线材和钢丝。 [0008] (专利文献0001)韩国专利特许公开第10‑2000‑0043776号(于2000年7月15日公布)发明内容 [0009] 技术问题 [0010] 为了解决如上所述的问题，提供了各自具有优异的强度和可加工性，使得在高温下容易渗氮，并且具有改善的渗氮特性和疲劳极限的线材、钢丝和弹簧，及其制造方法。 [0011] 技术方案 [0012] 根据本公开内容的一个方面，具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、 0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中满足Mn+Cr≤1.8％，满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％，在与 2 纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm 面积内，满足C>0.85％、Si>3.0％、Mn>0.8％和Cr> 2.0％中的一者或更多者的面积的比例(重量％)为10％或更小。 [0013] 在这方面中，线材以面积分数计可以包含80％或更多的珠光体组织以及余量的贝氏体组织或马氏体组织。 [0014] 在这方面中，原奥氏体平均晶粒尺寸可以为20μm或更小。 [0015] 在这方面中，在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中分布的最大直径为2 15μm或更大的碳氮化物的数量可以少于2个/cm。 [0016] 在这方面中，抗拉强度可以为1,400MPa或更小，以及断面收缩率可以为35％或更大。 [0017] 根据本公开内容的另一个方面，用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材的方法包括：通过对钢水进行连续铸造来制备初轧方坯(bloom)，所述钢水以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质；将初轧方坯在1,200℃以上的温度下加热并对初轧方坯进行轧制以制备小方坯(billet)；将小方坯在1,030℃以上的温度下加热并在1,000℃以下的温度下对小方坯进行轧制以制备线材；将经轧制的线材在800℃至900℃的温度下进行卷取；以及将经卷取的线材以0.5℃/秒至2℃/秒的速度冷却。 [0018] 在这方面中，连续铸造过程可以包括以20mm或更大的总压下量进行轻压下。 [0019] 在这方面中，可以进行轻压下以使各辊通过压下4mm或更小来轧制并在0.6或更大的凝固分数下可以具有60％或更大的累积压下率。 [0020] 根据本公开内容的另一个方面，具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中满足Mn+Cr≤1.8％，满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％，以及所述钢丝以面积分数计包含85％或更多的回火马氏体组织和余量的奥氏体组织。 [0021] 在这方面中，原奥氏体平均晶粒尺寸可以为15μm或更小。 [0022] 在这方面中，在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中分布的最大直径为2 15μm或更大的碳氮化物的数量可以少于2个/cm。 [0023] 在这方面中，在100μm2的区域中碳化物的数量可以为10至50个，碳化物的最大直径可以为5nm至50nm，以及V或Nb的含量可以为10原子％或更大。 [0024] 在这方面中，抗拉强度可以为2,100MPa或更大，以及断面收缩率可以为45％或更大。 [0025] 根据本公开内容的另一个方面，用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝的方法包括：对所述线材进行LP热处理；对经LP热处理的线材进行拉拔以制备钢丝；以及对钢丝进行QT热处理，其中LP热处理包括：在3分钟内加热到950℃至1100℃的温度并保持3分钟或更短的初次奥氏体化过程；以及在3分钟内使经初次奥氏体化的线材通过650℃至700℃温度的Pb浴的过程。 [0026] 在这方面中，在LP热处理中，珠光体转变完成时间可以小于130秒。 [0027] 在这方面中，该方法还可以包括在LP热处理之前对线材进行LA热处理，其中LA热处理还可以包括在650℃至750℃的温度下进行热处理；以及进行酸洗。 [0028] 在这方面中，QT热处理可以包括在3分钟内加热到900℃至1000℃的温度并保持3分钟或更短的二次奥氏体化过程；以及在70℃以下进行的初次油淬火过程；在3分钟内加热到450℃至550℃的温度并保持3分钟或更短的回火过程；以及在70℃以下进行的二次油淬火过程。 [0029] 根据本公开内容的另一个方面，具有改善的强度和疲劳极限的弹簧可以以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、 0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中满足Mn+Cr≤1.8％和0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％，以及承受反复应力大于1000万次的疲劳极限为700MPa或更大。 [0030] 根据本公开内容的另一个方面，用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧的方法包括：将根据本公开内容的一个实施方案的钢丝以弹簧形式冷成形；对成形的弹簧进行应力消除热处理；以及在420℃至450℃的温度下进行渗氮10小时或更长。 [0031] 此外，根据用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧的方法，在渗氮之后疲劳极限可以增加10％或更大。 [0032] 有益效果 [0033] 根据本公开内容的一个方面，提供了能够通过减少中心偏析而抑制在中心区域形成低温组织并且获得优异的断面收缩率和2,200MPa或更大的抗拉强度的线材、钢丝和弹簧，及其制造方法。 [0034] 根据本公开内容的另一个方面，提供了通过控制晶粒尺寸和析出物的数量而具有改善的渗氮特性和疲劳极限的线材、钢丝和弹簧，及其制造方法。具体实施方式 [0035] 根据本公开内容的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中满足Mn+Cr≤1.8％和0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％，以及在与纵向方2 向垂直的截面的中心区域的1mm面积内，满足C>0.85％、Si>3.0％、Mn>0.8％和Cr>2.0％中的一者或更多者的面积的比例(重量％)为10％或更小。 [0036] 发明实施方式 [0037] 在下文中，现在将描述本公开内容的优选实施方案。然而，本公开内容可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文阐述的实施方案。而是，提供这些实施方案使得本公开内容将是详尽且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开内容的范围。 [0038] 本文使用的术语仅用于描述特定实施方案。因此，除非以单数使用的表达在上下文中具有明显不同的含义，否则其涵盖复数的表达。此外，应理解，诸如“包含”或“具有”的术语旨在表示存在说明书中公开的特征、过程、功能、组分、或其组合，并且不旨在排除可以存在或者可以添加一个或更多个其他特征、过程、功能、组分、或其组合的可能性。 [0039] 同时，除非另外限定，否则本文使用的所有术语均具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。因此，除非本文明确地如此限定，否则这些术语不应以理想化或过于形式的意义来解释。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式旨在也包括复数形式。 [0040] 此外，在整个说明书中使用的术语“约”、“基本上”等意指当提出自然制造和物质的可允许误差时，这样的可允许误差对应值或类似于该值，并且这样的值旨在为了清楚地理解本发明或者防止无意识的侵权者非法使用本发明的公开内容。 [0041] 根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质。 [0042] 在下文中，将描述关于合金元素的含量的数值限制的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。 [0043] C的含量为0.6％至0.7％。 [0044] C为增加材料的强度的元素并且可以以0.6％或更大的量添加以获得足够的材料强度。然而，过量的C可能引起在淬火和回火(quenching&tempering，QT)热处理之后冲击特性显著劣化、以及在线材的制造过程期间形成低温组织的可能性增加，从而使线材的品质劣化。此外，如果C含量过量，则LP热处理(钢丝制造工艺之一)的热处理时间显著增加，从而降低生产率。考虑到这一点，可以将C含量的上限控制为0.7％。 [0045] Si的含量为2.0％至2.5％。 [0046] 用于钢的脱氧的Si对于通过固溶强化获得强度也是有效的，并且可以以2.0％或更大的量添加以抑制渗氮期间强度的降低并改善弹簧的抗变形性。然而，过量的Si可能引起材料的表面脱碳以及可加工性劣化。考虑到这一点，可以将Si含量的上限控制为2.5％。 [0047] Mn的含量为0.2％至0.7％。 [0048] 作为淬透性增强元素的Mn可以以0.2％或更大的量添加以获得材料的淬透性，形成高强度回火马氏体组织，以及通过固定S使得S无害。然而，过量的Mn可能由于偏析而引起品质的劣化。考虑到这一点，可以将Mn含量的上限控制为0.7％。 [0049] Cr的含量为0.9％至1.5％。 [0050] Cr与Mn一起为淬透性增强元素，并且可以以0.9％或更大的量添加以增强钢的抗软化性。然而，过量的Cr可能引起钢丝韧性的显著降低以及在将线材冷却时促进低温组织的形成。考虑到这一点，可以将Cr含量的上限控制为1.5％。 [0051] P的含量为0.015％或更少。 [0052] P为在晶界中偏析从而导致材料的韧性劣化和抗氢致延迟断裂性劣化的元素，因此期望的是从钢材料中除去P。考虑到这一点，可以将P含量的上限控制为0.015％。 [0053] S的含量为0.01％或更少。 [0054] 像P一样，S可以在晶界中偏析从而通过形成MnS而导致材料的韧性劣化和抗氢致延迟断裂性劣化。考虑到这一点，可以将S含量的上限控制为0.01％。 [0055] Al的含量为0.01％或更少。 [0056] 虽然Al作为强力脱氧元素通过从钢中除去氧而增加纯度，但是可能由此形成Al2O3夹杂物，从而导致抗疲劳性的降低。考虑到这一点，可以将Al含量的上限控制为0.01％。 [0057] N的含量为0.01％或更少。 [0058] 虽然N是杂质，但是N与Al或V结合以形成在热处理期间不熔化的粗大AlN或VN析出物。考虑到这一点，可以将N含量的上限控制为0.01％。 [0059] Mo的含量为0.25％或更少。 [0060] 在渗氮用材料中，Mo为改善抗软化性并与V形成碳化物以改善回火期间的强度的元素。此外，Mo形成MC碳化物并且即使在长时间热处理之后也保持材料的强度。然而，过量的Mo抑制珠光体组织的形成，并因此线材的品质可能由于在对线材进行轧制之后形成低温组织而劣化。此外，过量的Mo在拉拔之前的LP热处理期间抑制珠光体转变而增加珠光体转变时间，从而导致生产率的显著降低。考虑到这一点，可以将Mo含量的上限控制为0.25％。 [0061] W的含量为0.25％或更少。 [0062] 与Mo一样，W，作为渗氮用材料中与Mo一起改善抗软化性的元素，形成MC碳化物从而即使在长时间热处理之后也保持材料的强度。然而，过量的W可能在线材中抑制珠光体的形成并促进低温组织的形成。考虑到这一点，可以将W含量的上限控制为0.25％。 [0063] V的含量为0.05％至0.2％。 [0064] V，作为渗氮用材料中与Mo一起改善抗软化性的元素，形成碳化物而在回火期间增加强度，并且即使在长时间进行渗氮之后也可以保持强度。此外，与Mo和W不同，V具有用于保持原奥氏体晶粒尺寸的碳化物的高固溶温度。此外，由于V加速珠光体转变，因此在生产线材时可以抑制低温组织的形成，在LP热处理期间可以减少恒温转变时间，并且在钢丝制造过程期间可以改善生产率，因此V可以以0.05％或更大的量添加。然而，如果V含量过量，则在线材生产过程期间可能形成粗大碳氮化物，并且应该在对线材进行轧制时通过加热来升高温度。考虑到这一点，可以将V含量的上限控制为0.2％。 [0065] Nb的含量为0.05％或更少。 [0066] Nb，作为碳氮化物形成元素，具有比V更高的固溶温度从而对控制原奥氏体晶粒尺寸具有优于V的效果。然而，如果Nb含量过量，则可能出现增大原奥氏体晶粒尺寸的问题。考虑到这一点，可以将Nb含量的上限控制为0.05％，并且在制造过程期间原奥氏体晶粒尺寸受到控制的情况下可以省略Nb的添加。 [0067] 本公开内容的组成的剩余组分为铁(Fe)。然而，组成可能包含从原材料或周围环境中不可避免地并入的非预期杂质，并因此不排除其他合金组分的添加。在本公开内容中没有具体提及杂质，因为它们是制造领域的任何技术人员已知的。 [0068] 同时，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材以重量百分比(重量％)计可以满足Mn+Cr≤1.8％。 [0069] 如果Mn和Cr的总和超过1.8％，则在将线材冷却的过程期间可能形成低温组织例如贝氏体或马氏体，并且在LP热处理期间珠光体转变完成时间可能增加。此外，如果Mn和Cr的总和超过1.8％，则碳当量(Ceq)显著增加从而限制W和Mo的添加量，并因此在渗氮期间无法防止材料强度的降低。此外，如果碳当量(Ceq)增加，则珠光体转变时间增加，从而无法在将线材冷却的过程期间获得完整的珠光体组织，以及LP热处理时间增加，从而引起生产率的降低。 [0070] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材可以满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％。在这方面中，原子％是指原子重量百分比。 [0071] 如果Mo和W的原子％的总和小于0.05原子％，则在渗氮期间无法抑制强度的降低，并因此钢材料无法用作渗氮钢。相反，如果Mo和W的原子％的总和超过0.15原子％，则碳当量增加而增加珠光体转变时间，从而引起降低生产率的问题。 [0072] 同时，通过原子％进行控制的原因是为了将Mo和W与碳化物的比率控制为1:1，因为Mo和W通过以MC(其中M＝Mo或W以及C＝碳)的形式形成碳化物而有助于增加强度。 [0073] 此外，在根据本公开内容的一个实施方案的线材中，在铅淬火(lead patenting，LP)热处理期间珠光体转变完成时间可以小于130秒。在这方面中，LP热处理过程可以包括在950℃至1100℃的温度下加热并快速冷却到650℃至750℃的温度的过程。如果在LP热处理期间珠光体转变完成时间超过130秒，则可能出现降低生产率的问题。 [0074] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材可以以80％或更大的面积分数包含珠光体组织。 [0075] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材的原奥氏体平均晶粒尺寸可以为20μm或更小。当原奥氏体平均晶粒尺寸超过20μm时，LP热处理过程的时间增加并且可能出现使线材的可加工性劣化的问题。 [0076] 此外，在根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材2 中，在与纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm 面积内，满足C>0.85％、Si>3.0％、Mn> 0.8％和Cr>2.0％中的一者或更多者的面积的比例(重量％)可以为10％或更小。 [0077] 当上述面积的比例超过10％时，可能引起材料品质的劣化，例如由于中心偏析而形成低温组织，以及在制造钢丝之后断面收缩率(reduction of area，RA)降低而引起可加工性的劣化，从而增加在对弹簧进行加工时断裂的频率。此外，当上述面积超过10％时，由于中心处碳化物形成元素的集中，碳化物作用可能降低。 [0078] 此外，在根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材中，在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中分布的最大直径为15μm或更大的碳氮2 化物的数量可以少于2个/cm。 [0079] 在线材的表面上存在直径为15μm或更大的碳氮化物的情况下，在材料中可能发生疲劳断裂。因此，可以优选的是在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中存在的最大2 直径为15μm或更大的碳氮化物的数量可以少于2个/cm。 [0080] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的线材可以具有1,400MPa或更小的抗拉强度和35％或更大的断面收缩率(RA)。 [0081] 在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材的方法。 [0082] 根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材的方法包括：通过对钢水进行连续铸造来制备初轧方坯，所述钢水以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质；将初轧方坯在1,200℃以上的温度下加热并对初轧方坯进行轧制以制备小方坯；将小方坯在1,030℃以上的温度下加热并在1,000℃以下的温度下对小方坯进行轧制以制备线材；将经轧制的线材在800℃至900℃的温度下进行卷取；以及将经卷取的线材以0.5℃/秒至2℃/秒的速度冷却。 [0083] 关于合金元素的含量的数值限制的原因如上所述，并且在下文中，将更详细地描述其制造方法的过程。 [0084] 根据本公开内容的一个实施方案，连续铸造过程可以包括以20mm或更大的总压下量进行轻压下。 [0085] 在连续铸造机中在最终凝固阶段中对具有未凝固层的板坯进行铸造同时通过使板坯通过一组轧辊来以总压下量并以大致对应于凝固收缩量和热收缩量的总和的压缩率对板坯进行逐渐压缩的方法称为轻压下(soft reduction)。在这方面中，总压下量是指从压缩开始至结束的压下量。当总压下量小于20mm时，难以通过轻压下获得偏析除去效果，并因此可以将轻压下的总压下量控制为20mm或更大以使线材的偏析最小化。 [0086] 此外，根据本公开内容的一个实施方案，可以进行轻压下使得各辊压下4mm或更小，以及在0.6或更大的凝固分数下累计压下率为60％或更大。凝固分数是指固相钢水的重量与整个钢水的总重量的比率。 [0087] 同时，如果铸造速度太低，则在轻压下之前凝固完成，使得液相与固相的比率太低而不能通过轻压下获得偏析除去效果。相反，如果铸造速度太高，则液相与固相的比率变得太高，从而导致由凝固收缩引起的偏析。因此，需要控制铸造速度，使得在0.6或更大的凝固分数下，压下率为60％或更大。 [0088] 适当地调节冷却剂的量，使得凝固可以直到轻压下完成时完成。可以根据用于常规弹簧的条件设置或者根据设备任意设置模具电磁搅拌器(Mold Electro Magnetic Stirrer，模具‑EMS)和绞线‑EMS。 [0089] 同时，与普通的弹簧用线材不同，渗氮用弹簧钢包含大量高合金元素，并且需要控制其中的碳氮化物。因此，根据本公开内容的一个实施方案，通过将制备的初轧方坯在1,200℃以上的温度下加热并将经加热的初轧方坯轧制成小方坯，可以使内部碳氮化物最少化。 [0090] 随后，可以将小方坯在1,030℃以上的温度下热处理并在1,000℃以下的温度下轧制以制备线材。 [0091] 如果小方坯的热处理温度低于1030℃，则材料中的组分V无法充分熔化，从而无法形成碳化物的固溶体，从而引起最终产品中抗软化性劣化的问题。可以在1000℃以下的温度下进行将小方坯轧制成线材，以在900℃以下的温度下进行卷取。 [0092] 随后，可以将经轧制的线材在800℃至900℃的温度下卷取。 [0093] 随着制备线材的轧制温度与卷取温度之差增大，可能由局部过冷引起严重的F脱碳。考虑到这一点，将经轧制的线材卷取的过程可以在800℃至900℃的温度下进行。 [0094] 然后，可以将经卷取的线材以0.5℃/秒至2℃/秒的速率冷却。 [0095] 与普通的弹簧用线材不同，用于渗氮的弹簧用钢包含大量高合金元素，并因此需要抑制低温组织的形成。如果将经卷取的线材以小于0.5℃/秒的速率冷却，则可能发生脱碳。相反，如果冷却速度超过2℃/秒，则材料可能由于低温组织而断裂。 [0096] 在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝。 [0097] 根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝以重量百分比(重量％)计可以包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质。 [0098] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝可以满足Mn+Cr≤1.8％。 [0099] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝可以满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％。 [0100] 关于合金元素的含量的数值限制的原因如上所述。 [0101] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝以面积分数计可以包含85％或更多的回火马氏体组织和余量的奥氏体组织。 [0102] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝的原奥氏体平均晶粒尺寸可以为15μm或更小。 [0103] 此外，在根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用2 钢丝中，在与纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm面积内，满足C>0.85％、Si>3.0％、Mn> 0.8％和Cr>2.0％中的一者或更多者的面积的比例(重量％)可以为10％或更小。 [0104] 如果上述面积的比例(重量％)超过10％，则可能引起材料品质的劣化，例如由于中心偏析而形成低温组织，并且可能引起可加工性的劣化，从而增加在对弹簧进行加工时断裂的频率。此外，如果上述面积的比例(重量％)超过10％，则由于中心处碳化物形成元素的集中，碳化物作用可能降低。 [0105] 此外，在根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝中，在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中分布的最大直径为15μm或更大的碳氮化物的数量可以少于2个/100mm长度。 [0106] 在钢丝的表面上存在直径为15μm或更大的碳氮化物的情况下，在材料中可能发生疲劳断裂。因此，可以优选的是在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面中将最大直径为15μm或更大的碳氮化物的数量控制为少于2个/100mm长度。 [0107] 此外，在根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用2 钢丝中，在100μm的区域内碳化物的数量可以为10至50个，碳化物的最大直径可以为5nm至 50nm，以及V或Nb的含量可以为10原子％或更大。 [0108] 一旦包含V或Nb的碳化物生长超过10nm，除了V之外，其中还包含其他碳化物形成元素例如Cr和Mo，因此需要使用于抑制原奥氏体晶粒生长的碳化物形成元素和用于沉淀硬化的碳化物形成元素适当地分布。 [0109] 如果最大直径为5nm至50nm的碳化物的数量少于10个，则难以控制原奥氏体晶粒尺寸。相反，如果最大直径为5nm至50nm的碳化物的数量多于50个，则用于沉淀硬化的5nm或更小的碳化物减少，从而降低钢丝的抗拉强度。 [0110] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝可以具有2,100MPa或更大的抗拉强度和45％或更大的断面收缩率(RA)。 [0111] 在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用钢丝的方法。 [0112] 根据本公开内容的一个实施方案的用于制造弹簧用钢丝的方法包括：对根据本公开内容的一个实施方案的线材进行LA热处理；进行LP热处理；以及对线材进行拉拔以制备钢丝；以及对钢丝进行QT热处理。 [0113] 首先，可以使根据本公开内容的一个实施方案的线材在650℃至750℃的温度下经受低温退火(LA)。 [0114] 虽然不限于此，但是随着LA热处理的处理时间增加，碳化物粗大化，从而使得难以在随后的过程期间控制碳化物，因此LA热处理可以在2小时内进行。通过LA热处理，线材的强度可以降低至1,200MPa或更小。如果需要，可以省略LA热处理过程。 [0115] 然后，将经LA热处理的线材酸洗以及可以进行铅淬火(LP)热处理。 [0116] LP热处理可以包括在3分钟内加热到950℃至1100℃的温度并保持3分钟或更短的初次奥氏体化过程；以及在3分钟内使经初次奥氏体化的线材通过650℃至700℃温度的Pb浴的过程。 [0117] 通过进行在3分钟内加热到950℃至1100℃的温度并保持3分钟或更短的奥氏体化过程，可以获得奥氏体组织并且在LA过程中粗大化的碳化物可以再形成固溶体。 [0118] 随后，经初次奥氏体化的线材可以通过在3分钟内通过650℃至750℃温度的Pb浴来经由快速冷却进行等温转变，并且可以获得珠光体组织。如果Pb浴温度低于650℃，则可能形成低温组织。相反，如果Pb浴温度高于750℃，则碳化物粗大化并且强度可能降低。 [0119] 随后，可以将经LP热处理的线材拉拔以制备钢丝。在这方面中，制备的钢丝的线径可以为5mm。可以再进行LP热处理以将钢丝的线径控制为2mm或更小。 [0120] 随后，可以使制备的钢丝经受QT热处理过程以获得回火马氏体组织。 [0121] 根据本公开内容的一个实施方案，QT热处理可以包括在3分钟内加热到900℃至1000℃的温度并保持3分钟或更短的二次奥氏体化过程；以及在70℃以下进行的初次油淬火过程；在3分钟内加热到450℃至550℃的温度并保持3分钟或更短的回火过程；以及在70℃以下进行的二次油淬火过程。 [0122] 在QT热处理中，奥氏体化温度可以为900℃至1000℃，使得保持LP热处理期间析出的细碳化物。虽然不限于此，但是在QT热处理中，奥氏体化过程可以进行6分钟或更短。 [0123] 如果在QT热处理中回火温度低于450℃，则渗氮温度降低，无法诱导形成另外的碳化物，并且韧性可能劣化。相反，如果在QT热处理中回火温度超过550℃，则无法获得足够的强度。 [0124] 在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧。 [0125] 根据本公开内容的一个实施方案的具有改善的强度和疲劳极限的弹簧以重量百分比(重量％)计包含：0.6％至0.7％的C、2.0％至2.5％的Si、0.2％至0.7％的Mn、0.9％至1.5％的Cr、0.015％或更少的P、0.01％或更少的S、0.01％或更少的Al、0.01％或更少的N、 0.25％或更少的Mo、0.25％或更少的W、0.05％至0.2％的V、0.05％或更少的Nb、以及余量的Fe和不可避免的杂质，满足Mn+Cr≤1.8％，以及满足0.05原子％≤Mo+W≤0.15原子％。 [0126] 关于合金元素的含量的数值限制的原因如上所述。 [0127] 此外，在本公开内容的一个实施方案的弹簧中，在渗氮之后疲劳极限增加10％或更大。在这方面中，疲劳极限是指在设计弹簧之后在疲劳测试期间承受反复载荷大于1000万次的极限。 [0128] 此外，根据本公开内容的一个实施方案的弹簧的承受反复应力大于1000万次的疲劳极限可以为700MPa或更大。 [0129] 此外，在本公开内容的一个实施方案的弹簧中，渗氮之前和之后的强度变化为15％或更小，并且渗氮温度可以为430℃以上。 [0130] 在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧的方法。 [0131] 根据本公开内容的一个实施方案的用于制造具有改善的强度和疲劳极限的弹簧的方法包括：将根据本公开内容的一个实施方案的钢丝以弹簧形式冷成形；对成形的弹簧进行应力消除热处理；以及对所得物进行渗氮。 [0132] 根据本公开内容的一个实施方案的钢丝的疲劳极限可以通过在弹簧制造过程中的喷丸硬化处理之前进行渗氮来改善。在这方面中，如果渗氮温度太低，则氮无法适当地渗入表面中。如果渗氮温度太高，则材料的中心区域的硬度降低并且无法获得期望的材料强度。考虑到这一点，渗氮过程可以在420℃至450℃的温度下进行10小时或更长。 [0133] 在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开内容。然而，需要注意，以下实施例仅旨在更详细地举例说明本公开内容，并且不旨在限制本公开内容的范围。这是因为本公开内容的范围由权利要求中描述的和能够由其合理推断的事项确定。 [0134] 实施例 [0135] 将包含下表1中示出的各种合金元素组成的钢材料在10mm至25mm的总轻压下量下连续铸造以制备初轧方坯。使制备的初轧方坯经受用于均匀化的在1,200℃温度热处理和1050℃温度热处理，然后在冷却至850℃的同时热轧至6.5mm的最终线径以制备最终线径为 6.5mm的线材。然后，将经热轧的线材在800℃至900℃的温度下卷取并以1℃/秒的速率冷却。 [0136] 表1 [0137] [0138] 下表2示出了实施例和比较例的W+Mo的原子％含量和总轻压下量。下表2的偏析面2 积通过分析制备的线材的与纵向方向垂直的截面的1mm 中心区域来得到。表2的‘C偏析面 2 积’是指在与纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm 面积内满足C>0.85重量％的面积的比 2 例。‘Si偏析面积’是指在与纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm面积内满足Si>3.0重 2 量％的面积的比例。‘Mn偏析面积’是指在与纵向方向垂直的截面的中心区域的1mm面积内满足Mn>0.8重量％的面积的比例。‘Cr偏析面积’是指在与纵向方向垂直的截面的中心区域 2 的1mm 面积内满足Cr>2.0重量％的面积的比例。偏析面积通过使用电子探针X射线显微分析仪EPMA(型号EMPA‑1600)测量。 [0139] 表2 [0140] [0141] 参照表2，由于实施例1和2满足本公开内容提出的合金元素组成和总轻压下量，因此C、Si、Mn和Cr偏析面积的总和不大于10％。相反，由于比较例1的总轻压下量为10mm，其小于20mm，因此C、Si、Mn、Cr偏析面积的总和为30％。 [0142] 下表3示出了制备的线材的抗拉强度、断面收缩率(RA)、中心低温组织、原奥氏体平均晶粒尺寸、珠光体组织和碳氮化物的数量。通过使用扫描电子显微镜(SEM)(型号JEOL,JSM‑6610LV)测量原奥氏体平均晶粒尺寸、珠光体组织和碳氮化物的数量。 [0143] 表3的‘O’表示低温组织的面积分数超过20％的情况，以及‘X’表示低温组织的面积分数不大于20％的情况。 [0144] 通过将3m长的线材切割成8段来制备8个样品。下表3的珠光体组织是指在各样品的与纵向方向垂直的截面的显微组织中珠光体组织的面积分数为80％或更大的样品的数量。 [0145] 通过将10cm长的线材切割成长度各自为1cm的10段来制备10个样品。下表3的碳氮化物的数量是指样品的在1mm的表面深度内的与纵向方向平行的截面的显微组织中测量的最大直径为15μm或更大的碳氮化物的数量。 [0146] 表3 [0147] [0148] 参照表3，在实施例1和2中，在中心区域中不形成低温组织，以及原奥氏体平均晶粒尺寸不大于20μm。此外，根据实施例1和2，在8个样品中，6个或更多个样品表现出80％或更多的珠光体组织，以及抗拉强度不大于1400MPa，从而表明优异的可加工性。此外，在实施例1和2中，在表面上不形成碳氮化物。 [0149] 相反，根据比较例1，抗拉强度超过1400MPa，小于35％的断面收缩率表现出较差的可加工性，以及在中心区域中形成低温组织。另外，根据比较例1，在8个样品中仅5个样品包含80％或更多的珠光体组织，并且80％或更多的珠光体组织不均匀地形成。 [0150] 在比较例2中，参照表1的合金元素，由于V含量小于0.15％，因此原奥氏体平均晶粒尺寸为24μm，超过20μm，从而表明晶粒的粗大化。 [0151] 在比较例3中，由于抗拉强度为1510MPa并且断面收缩率仅为10％，因此可加工性较差并且在中心区域中形成低温组织。此外，在比较例3中，在8个样品中仅2个样品包含80％或更多的珠光体组织，从而表明珠光体组织未足够地形成。 [0152] 随后，使实施例和比较例的样品经受720℃下LA热处理2小时和酸洗，然后进行LP热处理。LP热处理通过在3分钟内加热到初次奥氏体化温度，然后在下表4中示出的条件下进行来进行。此外，表4示出了根据实施例和比较例的LP热处理的珠光体转变时间。珠光体转变时间通过经由膨胀测定法实验得到时间‑温度‑转变(time‑temperature‑transformation，TTT)曲线来测量。 [0153] [表4] [0154] [0155] 实施例1和2的珠光体转变时间分别为110秒和105秒，小于130秒，从而表明优异的生产率。相反，比较例3的珠光体转变时间为130秒，从而表明生产率差至难以现场生产的程度。 [0156] 随后，将实施例和比较例的经LP热处理的材料拉拔以制备线径为3mm的钢丝。使制备的钢丝经受二次奥氏体化过程和初次淬火过程，然后回火并经受二次淬火过程以获得QT钢丝。钢丝在3分钟内被加热到二次奥氏体化温度，以及初次淬火过程和二次淬火过程在60℃油中进行。剩余过程在下表5的条件下进行。 [0157] [表5] [0158] [0159] 下表6示出了制备的QT钢丝的抗拉强度、断面收缩率(RA)和碳化物的数量。在这方2 面中，碳化物的数量是指在100μm的区域中具有5nm至50nm的最大直径并且包含含量为10原子％或更大的V或Nb的碳化物的数量。碳化物的数量是指通过使用FEI Tecnai OSIRIS的 2 透射电子显微镜(TEM)从线材表面100μm的区域中的8个位置测量的8个值的平均值。 [0160] [表6] [0161] [0162] 参照表6，实施例1和2表现出2200MPa或更大的优异抗拉强度和45％或更大的断面收缩率。此外，实施例1和2的碳化物的数量为10至50个。 [0163] 相反，比较例1的断面收缩率仅为32％以及碳化物的数量超过50个。根据比较例2，获得不大于2200MPa的较差抗拉强度，以及碳化物的数量小于10个，从而引起难以控制原奥氏体平均晶粒尺寸的问题。比较例4表现出2200MPa或更小的较差抗拉强度以及碳化物的数量超过50个。 [0164] 随后，将QT钢丝以弹簧形状冷成形并将成形的弹簧热处理并在420℃至450℃的温度下渗氮。 [0165] 下表7示出了在形成弹簧时弹簧是否断裂、疲劳极限值和渗氮之后的疲劳极限。 [0166] 渗氮之前和之后的疲劳极限在‑1的应力比R(拉伸能力/压缩能力)和30Hz至60Hz的测试速度的条件下测量。 [0167] 在下表7中，‘X’表示在形成弹簧时未发生断裂，以及‘O’表示在形成弹簧时发生断裂。 [0168] [表7] [0169] [0170] 实施例1和2的样品由于优异的可加工性而未断裂，并且在渗氮之前具有高于650MPa的优异疲劳极限。此外，实施例1和2的样品在渗氮之后具有高于750MPa的疲劳极限。由于渗氮之后的疲劳极限比渗氮之前的疲劳极限高10％或更大，因此获得了优异的渗氮特性。 [0171] 相反，比较例1和2由于较差的可加工性而表现出断裂，以及渗氮之后的疲劳极限与渗氮之前的疲劳极限相比增加小于10％。 [0172] 虽然比较例4的弹簧在加工期间未断裂，但是渗氮之后的疲劳极限与渗氮之前的疲劳极限相比不能增加10％或更大，从而表明较差的渗氮特性。 [0173] 根据公开的实施方案，通过优化合金元素的组成和制造过程的条件，可以获得优异的抗拉强度和断面收缩率，并且也可以改善渗氮特性和疲劳极限，并因此所述弹簧可以适用作车辆的变速器和发动机气门的材料。 [0174] [工业适用性] [0175] 根据本公开内容的一个实施方案，可以提供具有改善的强度和疲劳极限的弹簧用线材和弹簧用钢丝以及弹簧，及其制造方法。

意见反馈