[发明专利]抗脆断性能优异的高强度弹簧钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及强度是1900MPa以上的高强度，特别是改善了耐破坏特性的弹簧钢。 

背景技术

近年来，从减轻环境负荷的观点出发，对于汽车的高燃油效率化的技术开发盛行。在作为汽车元件的阀弹簧和悬架弹簧中，设计应力的上升、尺寸的小型化得到研究，要求使用弹簧钢的高强度化。但是，一般若使金属材料高强度化，则疲劳和延迟破坏所代表的耐破坏特性劣化。因此，在实现高强度化时，若与耐破坏特性的并立成为课题。 

对于这一课题，例如在特开平6-306542号公报中，提出一种通过控制非金属夹杂物组成而提高疲劳强度的弹簧用钢，另外在特开平10-121201号公报中，提出有一种通过控制具有马氏体组织的钢材的旧奥氏体晶界的P偏析量，从而使耐延迟破坏特性提高的高强度弹簧钢。另外，在特开2003-306747号公报中，提出有通过一种控制残留γ以使耐疲劳特性提高的弹簧钢，另外在特开2003-213372号公报中，提出有一种通过控制旧奥氏体结晶粒度而使耐疲劳特性提高的弹簧钢。此外，在特开2003-105485号公报中，记载有一种使钢组织为马氏体和铁素体的层状组织，从而使耐氢疲劳破坏特性提高的高强度弹簧钢。 

阀弹簧、悬架弹簧等，作为关系到折损这种重大事故的重要保安零件的原材而被使用的弹簧钢，即使在实现了高强度化的情况下，还要求有充分且稳定的耐破坏脆性。 

然而，现有的弹簧钢，在抗拉强度实现1900MPa以上的高强度化时，无法实现充分的耐破坏特性。 

发明内容

本发明鉴于上述这种情况而做，其目的在于，提供一种具有1900MPa以上的高强度，而且抗脆断性能优异的弹簧钢及其制造方法。 

作为高强度钢的金属组织多应用马氏体组织，但是利用马氏体组织进行强化时，根据使用条件会导致破坏特性发生很大变化。特别是涉及到氢时和有缺口时，容易产生沿着旧奥氏体晶界的脆性破坏，有破坏特性急剧劣化的情况。本发明为了既活用马氏体组织而实现高强度化，又保持稳定的耐破坏特性而不使之受使用条件左右，从抑制旧奥氏体晶界破坏所代表的脆性破坏这一重要的见解出发，特定弹簧钢的成分、组织，从而完成本发明。 

即，本发明的弹簧钢，化学成分以mass％计含有C：0.4～0.6％、Si：1.4～3.0％、Mn：0.1～1.0％、Cr：0.2～2.5％、P：0.025％以下、S：0.025％以下、N：0.006％以下、Al：0.1％以下和O：0.0030％以下，还含有V：0.3％以下、Ti：0.1％以下、Nb：0.1％以下、Zr：0.1％以下中的1种或2种以上，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且固溶C量为0.138％以下，作为含Cr的析出物所包含的Cr量为0.10％以下，由下式所表示的TS值为24.8％以上(这里，TS值意思不是抗拉强度。关于这一点以下同。)，旧奥氏体粒径为10μm以下。 

TS＝28.5*[C]+4.9*[Si]+0.5*[Mn]+2.5*[Cr]+1.7*[V]+3.7*[Mo] 

其中，[X]表示元素X的mass％。 

在本发明的弹簧钢中，作为化学成分，还能够从A群(Mg：100ppm以下、Ca：100ppm以下、REM：1.5ppm以下)、B群(B：100ppm以下、Mo：1.0％以下)、C群：(Ni：1.0％以下、Cu：1.0％以下)、D群(V：0.3％以下、Ti：0.1％以下、Nb：0.1％以下、Zr：0.1％以下)的元素中添加1种或2种以上的元素。 

另外，本发明的弹簧钢的制造方法为，对于具有上述化学成分(不包括固溶C量和作为含Cr的析出物所含的Cr量)的钢，实施真应变为0.10以上的塑性加工后，在200℃以上的温度区域，以20K/s以上的平均升温速度加热到T1：850～1100℃后，实施淬火处理，以30K/s以上的平均冷却速度冷却至200℃以下，其后，在300℃以上的温度区域，以20K/s以上 的平均升温速度加热至由下式确定的温度T2℃以上，使钢中的固溶C量为0.138％以下后，实施回火处理，将300℃以上的温度区域的停留时间t1定为240sec以下，使钢中作为含Cr的析出物所含的Cr量为0.10％以下，接着冷却至300℃以下。 

[0013] T2＝8*[Si]+47*[Mn]+21[Cr]+140*[V]+169*[Mo]+385 

其中，[X]表示元素X的mass％。