高疲劳强度板弹簧用钢以及板弹簧零件制造技术

一种高疲劳强度板弹簧用钢以及使用其成形的高疲劳强度板弹簧零件，所述高疲劳强度板弹簧用钢，以质量％计，含有C：0.40～0.54％、Si：0.40～0.90％、Mn：0.40～1.20％、Cr：0.70～1.50％、Ti：0.070～0.150％、B：0.0005～0.0050％、N：0.0100％以下，剩余部分由Fe以及杂质元素组成。板弹簧用钢中，Ti与N的含有率满足Ti/N≧10。优选在负荷弯曲应力650～1900MPa的状态下，且在室温～400℃的温度范围内，对板弹簧零件实施喷丸处理(shot peening)。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于以下中国专利申请的分案申请：原案申请日：2010年12月15日原案申请号：CN201080059378.9(PCT/JP2010/072541)原案申请名称：高疲劳强度板弹簧用钢以及板弹簧零件
本专利技术涉及，施行了高强度喷丸处理的板弹簧能显示稳定的优异的疲劳强度，且高强度下的韧性以及氢脆化特性优异的高疲劳强度板弹簧用钢以及其制成的板弹簧零件。
技术介绍
作为汽车用悬架弹簧，使用板弹簧、用圆钢材作为材料的弹簧负荷扭转应力的弹簧(扭杆弹簧(Torsion－Bar)、稳定器(Stabilizer)、(大直径)螺旋弹簧(Coilspring)等。以下，酌情称为圆钢弹簧。)。螺旋弹簧一般多使用在轿车中，板弹簧多使用在卡车中。此板弹簧、圆钢弹簧，是汽车悬挂零件中大重量零件中的一个，是为了使其轻量化，而从以前开始就持续研究其高强度化的零件。此高强度化中，疲劳强度的改善是特别重要的，材料的高硬度化作为对此的一个对策。然而，据知圆钢弹簧也好、板弹簧也好，若通过高硬度化来增强拉伸强度，在通常环境下，有改善疲劳强度的效果，但在腐蚀性环境下，相反地疲劳强度大幅下降。因此，单纯的使高硬度化来增强拉伸强度的对策不能解决问题，是以前研发中最大的课题。此外，通常，板弹簧、圆钢弹簧经涂饰以后使用，由于安装在靠近地面的部分中使用，行驶中被石头等碰上，表面的涂饰就损伤了，于是就发生腐蚀，有引起断裂的可能。此外，在冬季为了防止路面冻结，有时候撒引起腐蚀的原因的融雪剂。由于这样的理由，强烈希望即使是高硬度化其腐蚀疲劳强度也很难降低的钢材的开发。对腐蚀环境下的强度，特别是疲劳特性的降低，从以前开始就进行了种种的研究，许多文献中明确，腐蚀反应发生的同时，发生了氢侵入钢中，此氢是材料脆化的原因。于是，作为这种情况的对策，例如专利文献1～3中所报告的技术。已知技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平11-29839号公报专利文献2：日本专利特开平9-324219号公报专利文献3：日本专利特开平10-1746号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，如上述的专利文献等所述，作为氢脆性对策被提出的以往的弹簧钢，大部分是以适用于气门弹簧(Valvespring)、悬架弹簧等的螺旋弹簧，稳定器、扭杆弹簧等以圆钢材作为材料的圆钢弹簧作为前提的物质，对以适用于板弹簧作为前提的弹簧钢的开发几乎没有。因此，能解决圆钢弹簧明显不产生，但板弹簧明显产生的特有的问题的最合适的成分系还没有形成。特别是最近，为了使板弹簧的疲劳强度改善，例如150～350℃的温度范围内，且在负荷赋予板弹簧弯曲应变的弯曲应力的状态下，尝试进行喷丸处理(以下，此处理适当地记为“高强度喷丸处理”)。虽然此高强度喷丸处理，有提高板弹簧的疲劳强度改善的效果，但在对进行过这个处理的板弹簧进行疲劳试验的时候，可知有这样的情况：一部分的板弹簧没有得到寿命充分改善的效果。此外，需要考虑的是，板弹簧与圆钢弹簧的材料相比较，因为最终产品的截面积相当大，与棒钢、线材等制成的圆钢弹簧相比较轧制后的冷却速度变小的同时，由于轧制而引起的截面积的减少率也变小，所以脱碳层容易残留在最终产品中。进一步地，板弹簧中，需要解决的也包括与圆钢弹簧共同的课题，即改善耐氢脆性、改善高硬度范围内的韧性，需要在考虑这一点的基础上，提供最适合的板弹簧用钢。本专利技术是为了解决这样的问题点所做的事情，要提供：即使在为了高强度化而增强硬度，氢脆化成为问题的硬度范围内也能确保优异的韧性，通过高强度的喷丸处理，能达到可靠地提高寿命的目的的高疲劳强度板弹簧用钢以及板弹簧零件。解决课题的手段本申请的专利技术人，对在进行高强度喷丸处理的时候，一部分的板弹簧发生早期断裂的原因进行专心研究，结果发现在产生早期断裂的板弹簧中，破坏的起点不在疲劳试验中应力最高的表面，而在内部，确认内部起点中粗大的贝氏体(Bainite)组织的存在，认为此贝氏体组织是寿命下降的原因。于是，如后所述，通过在0.07～0.15％的范围内积极地添加Ti，以满足Ti/N≧10的条件，能抑制贝氏体组织的产生，其结果为即使进行高强度的喷丸处理也能得到稳定优异的疲劳寿命。此外，本申请的专利技术人如同后述的，发现在制造板弹簧的时候铁素体脱碳层难以形成，且能确保高硬度范围内有优异的特性的成分系。发现通过与上述添加Ti结合实施对策，能制造能稳定地确保高硬度范围内的优异的疲劳寿命的板弹簧零件，从而完成本申请的专利技术。即，本专利技术的第1个方面是一种高疲劳强度板弹簧用钢，其特征在于，以质量％计，含有C：0.40～0.54％、Si：0.40～0.90％、Mn：0.40～1.20％、Cr：0.70～1.50％、Ti：0.070～0.150％、B：0.0005～0.0050％、N：0.0100％以下，其余部分由Fe以及杂质元素组成，Ti与N的含有率满足Ti/N≧10。第2个方面是一种高疲劳强度板弹簧用钢，其特征在于，以质量％计，还含有C：0.40～0.54％、Si：0.40～0.90％、Mn：0.40～1.20％、Cr：0.70～1.50％、Ti：0.070～0.150％、B：0.0005～0.0050％、N：0.0100％以下，进一步地，以质量％计，含有选自Cu：0.20～0.50％、Ni：0.20～1.00％、V：0.05～0.30％以及Nb：0.01～0.30％中的一种以上，剩余部分由Fe以及杂质元素组成的，Ti与N的含有率满足Ti/N≧10。第3个方面是一种板弹簧零件，其特征在于，使用第1个方面或第2个方面的高疲劳强度板弹簧用钢成形。专利技术的效果第1以及第2方面的高疲劳强度板弹簧用钢含有上述的特定组成。特别是，由于Ti以及Ti/N的范围如上述规定的，所以能够析出微细的TiC，淬火加热时能获得微细的奥氏体(Austenite)晶粒。因此，上述板弹簧用钢，能抑制淬火回火时可能发生的粗大的贝氏体的生成。所以，即使使用上述板弹簧用钢制造施行高强度喷丸处理的板弹簧零件，也能防止粗大的贝氏体作为起点的早期断裂，能发挥优异的疲劳强度。此外，微细的TiC可形成氢陷阱点。因此，即使氢侵入钢中也难以引起氢脆化，上述的板弹簧用钢能显示优异的耐氢脆化特性。此外在上述板弹簧用钢中，如上述，通过在使C的含有率比较低的同时，不产生脱炭量增加的问题的上述特定范围内含有Si，能使回火软化阻力增高，而在更高的温度下回火。进一步地，通过添加Ti以及B作为必须成分，提高耐氢脆性的同时达到改善晶界强度的目的。结果，能在高硬度范围内，显示优异的韧性。特别的，在HV510以上的高硬度范围内，其效果变得显著。像这样，根据上述第1以及第2方面，能提供高疲劳强度板弹簧用钢，其即使在为了高强度化而硬度增强、氢脆化成为问题的硬度范围内也能确保优异的韧性，通过高强度的喷丸处理，能达到可靠地提高寿命的目的。此外，第3个方面的板弹簧零件是，使用第1方面或第2方面的高疲劳强度板弹簧用钢成形的。具体的为，上述板弹簧零件可以这样制造，将上述板弹簧用钢成形为弹簧形状，进行淬火以及回火制造成的。上述板弹簧零件，由于使用上述第1或者第2方面的高疲劳强度板弹簧用钢，所以即使在为了高强度化而增强硬度、氢脆化成为问题的硬度范围内也能确保优异的韧性，通过高强度的喷丸处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高疲劳强度板弹簧零件，其使用板弹簧用钢制作，所述板弹簧用钢，以质量％计，含有C：0.40～0.54％、Si：0.40～0.90％、Mn：0.40～1.20％、Cr：0.70～1.50％、Ti：0.070～0.150％、B：0.0005～0.0050％、N：0.0100％以下，剩余部分由Fe以及杂质元素组成，Ti与N的含有率满足Ti/N≧10，其特征在于，以760±600MPa的应力进行耐久试验时的直至产生破裂的寿命超过40万次。

【技术特征摘要】
2009.12.18 JP 2009-2871751.一种高疲劳强度板弹簧零件，其使用板弹簧用钢制作，所述板弹簧用钢，以质量％计，含有C：0.40～0.54％、Si：0.40～0.90％、Mn：0.40～1.20％、Cr：0.70～1.50％、Ti：0.070～0.150％、B：0.0005～0.0050％、N：0.0100％以下，剩余部分由Fe以及杂质元素组成，Ti与N的含有率满足Ti/N≧10，其特征在于，以760±600MPa的应力进行耐久试验时的直至产生破裂的寿命超过40万次。2.一种高疲劳强度板弹簧零件，其使用板弹簧用钢制作，所述板弹簧用钢，以质量％计，含有C：0.40～0.54％、Si：0.40～0.90％、Mn：0.40～1.20％、Cr：0.70～1.50％、Ti：0.070～0.150％、B：0.0005～0.0050...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉本淳，栗本清，丹下彰，后藤由利香，明田守，
申请(专利权)人：爱知制钢株式会社，日本发条株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP