本發(fā)明涉及高強(qiáng)度中空彈簧用鋼的制造方法。在本說明書中所謂“中空彈簧用鋼”，意思是對于作為中空彈簧的原材所用的無縫管進(jìn)行淬火、回火而得到的鋼。

背景技術(shù)：

隨著汽車等的輕量化和高輸出功率化的要求提高，發(fā)動機(jī)、離合器、懸掛系統(tǒng)等所使用的閥彈簧、離合器彈簧、懸架彈簧等的彈簧類，都處于高強(qiáng)度化·細(xì)直徑化的方向。隨之而來的是，抗氫脆性能、耐疲勞性和抗永久變形性等的彈簧所要求的特性日益提高，強(qiáng)烈希望提供可以制造這些特性更優(yōu)異的彈簧的彈簧用鋼。

為了得到抗氫脆性能、耐疲勞性等的彈簧特性優(yōu)異且輕量的彈簧，作為彈簧用鋼的原材，不是至今所使用的棒狀鋼材等的實(shí)心的鋼材，而是中空的管狀的鋼材，且是沒有焊接部分的鋼材，即，使用的是無縫管。無縫管也稱為無縫鋼管。

但是，作為中空彈簧的原材而使用無縫管時(shí)，特別是從無縫管的制造上的觀點(diǎn)出發(fā)，則存在各種問題。即，在非中空的作為彈簧的原材所使用的實(shí)心的鋼材中，為了確保疲勞強(qiáng)度，一般進(jìn)行的是通過噴丸硬化等使表層部硬化，給外表面賦予殘余應(yīng)力。相對于此，在無縫管中，外周面雖然能夠同樣進(jìn)行噴丸硬化，但內(nèi)周面去無法實(shí)施噴丸硬化，因此，若內(nèi)周面?zhèn)鹊墓鼙韺硬堪l(fā)生脫碳，則彈簧制造階段的淬火時(shí)的內(nèi)周面?zhèn)鹊挠不怀浞?，將不能確保彈簧所需要的疲勞強(qiáng)度。另外，若內(nèi)周面的表層部存在瑕疵，則這里成為應(yīng)力集中部，構(gòu)成初期破損的原因。

另外，造成裂紋的原因的鋼中氫，在鋼材制造時(shí)不可避免地侵入并微量存在。在實(shí)心彈簧中，微量氫不構(gòu)成問題，但在中空彈簧中卻對耐久性造成嚴(yán)重影響。特別在中空彈簧中，如前述因?yàn)闊o法對內(nèi)表面實(shí)施噴丸硬化，所以相比實(shí)心彈簧，對于氫脆化要求有更高的品質(zhì)。

針對這一問題，從作為原材的無縫管制造的觀點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行過幾個(gè)技術(shù)研究。在專利文獻(xiàn)1中公開有一種無縫鋼管，其通過進(jìn)行熱等靜壓擠壓，成為中空無縫管的形狀后，進(jìn)行球狀化退火，接著在冷態(tài)下通過皮爾格軋機(jī)軋制和拉拔加工等進(jìn)行伸展(拉伸)。其結(jié)果是，能夠?qū)⑿纬捎阡摴艿膬?nèi)周面和外周面的連續(xù)缺損的深度，降低至距各面50μm以下。

在專利文獻(xiàn)2中公開有一種高強(qiáng)度彈簧用中空無縫管，其通過對棒材進(jìn)行熱軋后，以槍孔鉆穿孔，進(jìn)行冷加工(拉伸、軋制)。其結(jié)果是，能夠?qū)?nèi)周面和外周面的c含量控制在0.10％以上，并且上述內(nèi)周面和外周面各自的全脫碳層的厚度降低至200μm以下。

在專利文獻(xiàn)3中，公開有一種針對無縫管的金屬組織與耐久性的關(guān)系進(jìn)行研究，碳化物以當(dāng)量圓直徑計(jì)為1.00μm以下的高強(qiáng)度中空彈簧用無縫鋼管。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)1】日本特開2007－125588號公報(bào)

【專利文獻(xiàn)2】日本特開2010－265523號公報(bào)

【專利文獻(xiàn)3】日本特開2011－184704號公報(bào)

另外，若彈簧的強(qiáng)度變高，則抗氫脆性能也會處于降低的傾向，因此盼望提供一種即使是高強(qiáng)度，抗氫脆性能也優(yōu)異的彈簧。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其主要目的在于，提供一種抗氫脆性能優(yōu)異的高強(qiáng)度中空彈簧用鋼的制造方法。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種耐疲勞特性優(yōu)異的高強(qiáng)度中空彈簧用鋼的制造方法。

能夠解決上述課題的本發(fā)明的中空彈簧用鋼的制造方法，是對于作為中空彈簧的原材使用的無縫管進(jìn)行淬火、回火而得到的中空彈簧用鋼的制造方法，其中，具有如下要旨，上述無縫管的鋼中成分，以質(zhì)量％計(jì)，含有c：0.35～0.5％、si：1.5～2.2％、mn：0.1～1％、cr：0.1～1.2％、al：高于0％并在0.1％以下、p：高于0％并在0.02％以下、s：高于0％并在0.02％以下、n：高于0％并在0.02％以下，并且含有從v：高于0％并在0.2％以下、ti：高于0％并在0.2％以下、和nb：高于0％并在0.2％以下所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，以及從ni：高于0％并在1％以下和cu：高于0％并在1％以下所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素，并且上述淬火以滿足下述(1)的淬火條件的方式進(jìn)行，上述回火以滿足下述(2)的回火條件的方式進(jìn)行。

(1)淬火條件

26000≤(t1+273)×(log(t1)+20)≤29000…式(1)

900℃≤t1≤1050℃

10秒≤t1≤1800秒

在此，t1意思是淬火溫度(℃)，t1意思是900℃以上的溫度域的停留時(shí)間(秒)。

(2)回火條件

13000≤(t2+273)×(log(t2)+20)≤15500…式(2)

t2≤550℃

t2≤3600秒。

在此，t2意思是回火溫度(℃)，t2意思是從加熱開始至冷卻完畢的合計(jì)時(shí)間(秒)。

也可以將上述鋼中的氫量控制在0質(zhì)量ppm以上且0.16質(zhì)量ppm以下。

在本申請中公開的發(fā)明之中，如果代表性地簡單說明所取得的效果，則如下。即，本發(fā)明因?yàn)橐陨鲜龇绞綐?gòu)成，所以能夠制造出即使是高強(qiáng)度，抗氫脆性能也優(yōu)異的高強(qiáng)度中空彈簧用鋼。

附圖說明

圖1是表示制造本發(fā)明的中空彈簧用鋼時(shí)的加熱曲線的一例的概略圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明者們，使用無縫管進(jìn)行了種種研究。具體來說，不是像上述專利文獻(xiàn)1～3那樣從提高作為原材的無縫管的品質(zhì)這一觀點(diǎn)出發(fā)，而是從對于所得到的無縫管實(shí)施的淬火、回火的各熱處理?xiàng)l件最佳化的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于恰當(dāng)控制了鋼中成分的無縫管進(jìn)行淬火、回火而制造中空彈簧用鋼時(shí)，設(shè)淬火溫度(℃)為t1，900℃以上的溫度域的停留時(shí)間(秒)為t1，回火溫度(℃)為t2，從加熱開始至冷卻完畢的合計(jì)時(shí)間(秒)為t2時(shí)，如果以滿足下述(1)的淬火條件進(jìn)行淬火后，再以滿足下述(2)的回火條件進(jìn)行回火，則可達(dá)成預(yù)期的目的，從而完成本發(fā)明。

(1)淬火條件

26000≤(t1+273)×(log(t1)+20)≤29000…式(1)

900℃≤t1≤1050℃

10秒≤t1≤1800秒

(2)回火條件

13000≤(t2+273)×(log(t2)+20)≤15500…式(2)

t2≤550℃

t2≤3600秒

在本說明書中“淬火溫度t1”和“回火溫度t2”的各溫度，意思是表面溫度。“900℃以上的溫度域”，以及“加熱開始溫度”和“冷卻完畢溫度”的各溫度，也是表面溫度的意思。表面溫度例如由放射溫度計(jì)測量，或能夠通過將熱電偶設(shè)置在表面來測量。

在本說明書中，所謂“淬火溫度”意思是使無縫管淬火硬化時(shí)的加熱溫度(表面溫度)。

首先，使用圖1對于賦予本發(fā)明以特征在的淬火條件和回火條件詳細(xì)地加以說明。但是，圖1表示基于后述的實(shí)施例的加熱開始溫度為200℃，冷卻完畢溫度為200℃時(shí)的t2，但本發(fā)明不受此限定。

(1)淬火條件

在本發(fā)明中，淬火條件在用于高強(qiáng)度下仍確保優(yōu)異的抗氫脆性能特別重要。通過實(shí)施本發(fā)明所規(guī)定的淬火條件，在中空彈簧中會使舊奧氏體粒徑的微細(xì)化、舊奧氏體晶界面積的增加、殘留奧氏體量的增加推進(jìn)，可推測包括瑕疵和氫的脆化敏感性在內(nèi)的耐久性提高。

在本發(fā)明中如上式(1)規(guī)定，由圖1所示的淬火溫度t1，與圖1所示的900℃以上的溫度域的停留時(shí)間t1(秒)的平衡表示的淬火參數(shù)：“(t1+273)×(log(t1)+20)”需要滿足26000以上且29000以下。上式(1)是在以下的思想之下，根據(jù)各種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的。

首先，從抗氫脆性能的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選淬火后的舊奧氏體粒徑的微細(xì)化、舊奧氏體晶界面積的增加、殘留奧氏體量的增加處在增進(jìn)的傾向。另一方面，淬火時(shí)的加熱中，從抗氫脆性能的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選碳化物的固溶促進(jìn)、鐵素體脫碳的抑制處于增進(jìn)的傾向。因?yàn)檫@些受到上述t1和t1雙方的影響，所以需要恰當(dāng)?shù)乜刂苩1與t1的平衡。如果前者的要件(舊奧氏體粒徑的微細(xì)化、舊奧氏體晶界面積的增加、殘留奧氏體量的增加)，則認(rèn)為優(yōu)選低溫且短時(shí)間的淬火。另一方面，后者的要件(碳化物的固溶促進(jìn)、鐵素體脫碳抑制)之中碳化物的固溶促進(jìn)，認(rèn)為優(yōu)選高溫且長時(shí)間的淬火。另外，認(rèn)為鐵素體脫碳抑制優(yōu)選高溫且短時(shí)間。對這些綜合性地加以考慮，規(guī)定了上式(1)。

在上式(1)中，上述淬火參數(shù)的上限優(yōu)選為28700以下，更優(yōu)選為28500以下，進(jìn)一步優(yōu)選為28300以下。另一方面，上述淬火參數(shù)的下限優(yōu)選為26300以上，更優(yōu)選為26500以上。

在本發(fā)明中，需要以滿足上式(1)，并且滿足900℃≤t1≤1050℃，并且，滿足10秒≤t1≤1800秒的方式進(jìn)行淬火。即，在能夠滿足上式(1)的范圍的t1和t1之中，進(jìn)行t1的范圍和t1的上限被進(jìn)一步限定的淬火之后，才能得到希望的高強(qiáng)度中空彈簧鋼。

淬火溫度t1的下限為900℃以上。該數(shù)值根據(jù)以下的觀點(diǎn)被設(shè)定。首先，淬火溫度至少需要設(shè)定在作為α(鐵素體)→γ(奧氏體)相變溫度的a3點(diǎn)以上。在本發(fā)明的成分系中，a3點(diǎn)大致處于850℃附近。但是，從上述的碳化物的固溶促進(jìn)的觀點(diǎn)出發(fā)，淬火溫度高的方法為宜，多是處于a3點(diǎn)+50℃左右的情況。在這樣的考慮之下，本發(fā)明中也將淬火溫度t1的下限作為850℃(a3)+50℃＝900℃。從碳化物的固溶促進(jìn)，再有鐵素體脫碳抑制的觀點(diǎn)出發(fā)，上述t1優(yōu)選為920℃以上，更優(yōu)選為925℃以上，進(jìn)一步優(yōu)選為930℃以上。另一方面，關(guān)于上述t1的上限，即使t1高，如果是短時(shí)間的處理，則也沒有什么特別的問題，但若考慮舊奧氏體粒徑的微細(xì)化、舊奧氏體晶界面積的增加、殘留奧氏體量的增加，則以不太高的方法為宜。因此，在本發(fā)明中，使t1的上限為1050℃以下。優(yōu)選為1020℃以下，更優(yōu)選為1000℃以下，進(jìn)一步優(yōu)選為970℃以下。

另外，900℃以上的溫度域的停留時(shí)間t1的上限為1800秒以下。上述停留時(shí)間t1，換一種說法也能夠稱為通過900℃以上的溫度域的時(shí)間。如果將上述t1控制在900℃以上進(jìn)行淬火，則即使在較短時(shí)間內(nèi)，碳化物的固溶也可進(jìn)行，但若考慮舊奧氏體粒徑的微細(xì)化、舊奧氏體晶界面積的增加、殘留奧氏體量的增加，則以t1不太長的方法為宜。因此，上述t1優(yōu)選為600秒以下，更優(yōu)選為300秒以下，進(jìn)一步優(yōu)選為100秒以下。還有，上述t1的下限，能夠在滿足上式(1)和上述t1的范圍的這一范圍內(nèi)設(shè)定，但若考慮到實(shí)際操作水平，則t1的下限為10秒以上。

在此，上述“900℃以上的溫度域”的加熱曲線，只要滿足上述(1)的淬火條件，便沒有特別限定。例如，如圖1所示，如果設(shè)想為從900℃向t1加熱后，從t1向900℃冷卻的加熱曲線時(shí)，則也可以使900℃以上的溫度域的停留時(shí)間t1滿足上述(1)，如此在上述加熱工序中以一定的平均升溫速度(例如，0.1～300℃/秒)加熱。另外，上述冷卻工序中也可以由一定的平均冷卻速度(例如，0.1～300℃/秒)進(jìn)行冷卻。或者，如圖1所示，也可以包括在900℃以上的溫度域的一部分，以恒溫保持一定時(shí)間的等溫保持工序。例如，也可以包括在900～1000℃的溫度下，以恒溫保持10～500秒鐘的等溫保持工序。這些是本發(fā)明可以適用的模式的一例，總之只要滿足上述(1)的淬火條件，便能夠采用各種加熱曲線。

另外，到達(dá)上述900℃的溫度的加熱曲線也沒有特別限定。例如，如圖1所示，從室溫至900℃(再至t1)，也可以由等同于上述的平均升溫速度加熱?；蛘撸谏鲜銎骄郎厮俣鹊姆秶鷥?nèi)，也可以設(shè)定為室溫至900℃的溫度域，與900℃至t1的溫度域的各平均升溫速度不同。

以上述方式加熱后，進(jìn)行急冷。例如，優(yōu)選使900～300℃的平均冷卻速度大致為20～1000℃/秒的平均冷卻速度而進(jìn)行冷卻。

(2)回火條件

如上述(1)這樣進(jìn)行淬火后，再進(jìn)行回火。本發(fā)明中規(guī)定的回火條件，在用于確保優(yōu)異的耐疲勞特性上特別重要。通過實(shí)施本發(fā)明所規(guī)定的回火條件，在中空彈簧中將使強(qiáng)度、殘留奧氏體量增加，并且回火碳化物的尺寸和回火碳化物的存在形態(tài)得到恰當(dāng)控制，可推測疲勞強(qiáng)度等的耐久性提高。

在本發(fā)明中如上式(2)所規(guī)定的，由圖1所示的回火溫度t2(℃)，和圖1所示的從加熱開始至冷卻完畢的合計(jì)時(shí)間t2(秒)的平衡表示的回火參數(shù)：“(t2+273)×(log(t2)+20)”，需要滿足13000以上且15500以下。上式(2)就是在以下的思想之下，根據(jù)種種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的。

在此，上述所謂“從加熱開始至冷卻完畢的合計(jì)時(shí)間t2”，總之是回火處理所耗費(fèi)的總體時(shí)間的意思。具體來說，意思就是從“加熱開始”溫度(例如室溫～200℃)加熱至回火溫度t2后，再冷卻至“冷卻完畢”溫度(例如200℃～室溫)時(shí)的合計(jì)時(shí)間。在本發(fā)明中，沒有規(guī)定以回火溫度t2的回火時(shí)間，而如上述這樣規(guī)定回火處理的合計(jì)時(shí)間t2的理由在于，通過加熱，回火舉動就會進(jìn)行。還有，只要滿足上述要件，上述回火溫度t2下的回火保持時(shí)間便沒有特別限定。還有，在本發(fā)明中，“冷卻完畢溫度”是200℃。即，加熱至回火溫度t2后進(jìn)行冷卻，表面溫度達(dá)到200℃之時(shí)為“冷卻完畢”。

首先，從高強(qiáng)度、耐疲勞特性提高的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選進(jìn)行低溫且短時(shí)間的回火。但是，若強(qiáng)度變高，則抗氫脆性能有降低的傾向。因此，綜合考慮這些，特別是為了發(fā)揮良好的耐疲勞特性，而規(guī)定上式(2)的下限、上限。

在上式(2)中，上述回火參數(shù)的上限優(yōu)選為15200以下，更優(yōu)選為15000以下，進(jìn)一步優(yōu)選為14700以下。另一方面，上述回火參數(shù)的下限優(yōu)選為13200以上，更優(yōu)選為13500以上，進(jìn)一步優(yōu)選為13700以上。

上述t2的上限，考慮到實(shí)際操作水平而作為3600秒以下。t2的優(yōu)選的上限為2400秒以下。還有，t2的下限只要在滿足上式(2)的回火條件的范圍，便沒有特別限定，但若考慮實(shí)際操作水平，則優(yōu)選大致10秒以上。

上述t2的上限為550℃以下。這是由于若t2變高，則耐疲勞特性等降低。t2的上限優(yōu)選為500℃以下，更優(yōu)選為450℃以下。t2的下限，能夠以滿足上式(2)的范圍的方式設(shè)定，但若考慮強(qiáng)度降低等，則優(yōu)選為300℃以上，更優(yōu)選為325℃以上，進(jìn)一步優(yōu)選為350℃以上。

只要滿足上述要件，則本發(fā)明的回火條件的加熱曲線沒有特別限定。例如，設(shè)想為從室溫向t2加熱后，從t2向室溫冷卻的加熱曲線時(shí)，上述加熱工序中的平均升溫速度，例如，優(yōu)選控制在1～300℃/秒。另外，上述冷卻工序的平均冷卻速度，例如，優(yōu)選控制在1～1000℃/秒?；蛘撸鐖D1所示，也可以包括在上述加熱曲線的一部分，以恒溫保持一定時(shí)間的等溫保持工序。例如，也可以包括使t2為恒溫保持0～2000秒的等溫保持工序。另外，t2為200～450℃時(shí)，優(yōu)選以恒溫保持10～2000秒。這些是本發(fā)明可以適用的模式的一例，總之只要滿足上述(2)的回火條件，便能夠采種各種加熱曲線。

以上，對于賦予本發(fā)明以特征的淬火和回火的各條件進(jìn)行了詳述。

接下來，對于作為原材使用的無縫管的鋼中成分進(jìn)行說明。本發(fā)明的無縫管的鋼中成分，在中空彈簧通常采用的范圍內(nèi)。以下，說明化學(xué)成分的限定理由。

[c：0.35～0.5％]

c是確保高強(qiáng)度所需要的元素，為此使c量的下限為0.35％以上。c量的下限優(yōu)選為0.37％以上，更優(yōu)選為0.40％以上。但是，若c量變得過剩，則使延展性降低，因此使c量的上限0.5％以下。c量的上限優(yōu)選為0.48％以下，更優(yōu)選為0.47％以下。

[si：1.5～2.2％]

si對于彈簧所需要的耐疲勞特性是有效的元素，為了確保高強(qiáng)度彈簧所需要的抗永久變形性，使si量的下限為1.5％以上。si量的下限優(yōu)選為1.6％以上，更優(yōu)選為1.7％以上。但是，si也是促進(jìn)脫碳的元素，若使si過剩地含有，則有鋼表面的脫碳層形成被促進(jìn)這樣的問題。因此，使si量的上限為2.2％以下。si量的上限優(yōu)選為2.1％以下，更優(yōu)選為2.0％以下。

[mn：0.1～1％]

mn作為脫氧元素使用，并且與鋼中作為有害元素的s形成mns，對于使之無害化是有用的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，使mn量的下限為0.1％以上。mn量的下限優(yōu)選為0.15％以上，更優(yōu)選為0.2％以上。但是，若mn量變得過剩，則偏析帶形成，材質(zhì)的偏差發(fā)生。因此，使mn量的上限為1％以下。mn量的上限優(yōu)選為0.9％以下，更優(yōu)選為0.8％以下。

[cr：0.1～1.2％]

cr對于回火后的強(qiáng)度確保和耐腐蝕性提高是有效的元素，特別是對于要求有高水平的耐腐蝕性的懸架彈簧來說是重要的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，使cr量的下限為0.1％以上。cr量的下限優(yōu)選為0.15％以上，更優(yōu)選為0.2％以上。但是，若cr量變得過剩，則過冷組織容易發(fā)生，并且在滲碳體中稠化而使塑性變形能力降低，招致冷加工性的劣化。另外，若cr量變得過剩，則與滲碳體不同的cr碳化物容易被形成，強(qiáng)度與延展性的平衡變差。因此，使cr量的上限為1.2％以下。cr量的上限優(yōu)選為1.1％以下，更優(yōu)選為1.0％以下。

[al：高于0％并在0.1％以下]

al主要作為脫氧元素添加。另外，al與n結(jié)合而形成aln，使固溶n無害化，并且也有助于組織的微細(xì)化。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，al量的下限優(yōu)選為0.005％以上，更優(yōu)選為0.01％以上。但是，al與si同樣，也是脫碳促進(jìn)元素，因此大量含有si時(shí)，需要抑制al的大量添加。因此，使al量的上限為0.1％以下。al量的上限優(yōu)選為0.07％以下，更優(yōu)選為0.05％以下。

[p：高于0％并在0.02％以下]

p是使韌性和延展性劣化的有害元素，因此極力減少很重要，使其上限為0.02％以下。p量的上限優(yōu)選為0.017％以下，更優(yōu)選為0.015％以下。還有，p是鋼中不可避免被包含的雜質(zhì)，使其量達(dá)到0％在工業(yè)生產(chǎn)上有困難。

[s：高于0％并在0.02％以下]

s與上述p同樣，是使韌性和延展性劣化的有害元素，因此極力減少很重要，使其上限為0.02％以下。s量的上限優(yōu)選為0.017％以下，更優(yōu)選為0.015％以下。還有，s是鋼中不可避免被包含的雜質(zhì)，使其量達(dá)到0％在工業(yè)生產(chǎn)上困難。

[n：高于0％并在0.02％以下]

若al和ti等存在，則與n形成氮化物，具有使組織微細(xì)化的效果。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，n量的下限優(yōu)選為0.001％以上，更優(yōu)選為0.002％以上。但是，若n以固溶狀態(tài)存在，則使韌性、延展性、抗氫脆性能劣化。因此，使n量的上限為0.02％。n量的上限優(yōu)選為0.01％以下，更優(yōu)選為0.007％以下。

[從v：高于0％并在0.2％以下、ti：高于0％并在0.2％以下和nb：高于0％并在0.2％以下所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素]

v、ti和nb與c、n、s等元素形成碳化物、氮化物、碳氮化物、硫化物等的析出物，具有使這些元素?zé)o害化的作用。另外，由于上述析出物的形成，在無縫管制造時(shí)的退火工序、彈簧制造時(shí)的淬火工序中的加熱時(shí)，也發(fā)揮著使奧氏體組織微細(xì)化的效果。此外這些元素也有改善耐延遲斷裂特性這樣的效果。這些元素可以單獨(dú)含有，也可以并用兩種以上。為了有效地發(fā)揮這樣的效果，ti、v和nb中的至少一種的量(單獨(dú)含有時(shí)為單獨(dú)的量，含有兩種以上時(shí)為合計(jì)量。以下相同。)的下限優(yōu)選為0.01％以上。但是，若上述元素的量變得過剩，則粗大的碳化物、氮化物等形成，存在韌性和延展性劣化的情況，因此使其上限為0.2％以下。上述元素量的上限優(yōu)選為0.18％以下，更優(yōu)選為0.15％以下。

[從ni：高于0％并在1％以下和cu：高于0％并在1％以下所構(gòu)成的群中選擇的至少一種元素]

ni和cu對于表層脫碳的抑制，和耐腐蝕性的提高是有效的元素。這些元素可以單獨(dú)含有，也可以兩種以上并用。

其中考慮削減成本時(shí)，也可以不添加ni，因此ni量的下限沒有特別限定。但是，為了使添加ni帶來的上述作用有效地發(fā)揮，優(yōu)選使ni量的下限為0.2％以上。但是，若ni量變得過剩，則軋制材中發(fā)生過冷組織，或在淬火后存在殘留奧氏體，有耐疲勞特性等劣化的情況。因此，使ni量的上限為1％以下。此外若考慮成本削減等，則ni量的上限優(yōu)選為0.8％以下，更優(yōu)選為0.6％以下。

另外，為了使添加cu帶來的上述作用有效地發(fā)揮，優(yōu)選使cu量的下限為0.2％以上。但是，若cu量變得過剩，則與ni同樣，過冷組織發(fā)生，或在熱加工時(shí)有發(fā)生裂紋的情況。因此，使cu量的上限為1％以下。若進(jìn)一步考慮成本削減等，則cu量的上限優(yōu)選為0.8％以下，更優(yōu)選為0.6％以下。

本發(fā)明所用的無縫管的基本成分如上述，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。作為上述不可避免的元素雜質(zhì)，例如，可列舉sn、as等。還有，例如，像p和s這樣，通常含量越少越好，因此是不可避免的雜質(zhì)，不過其含量的上限是以上述方式另行規(guī)定的元素。因此，在本說明書中，構(gòu)成余量的“不可避免的雜質(zhì)”的這種情況，是將另行規(guī)定了其含量的上限的元素排除之后的概念。

本發(fā)明的中空彈簧用鋼的制造方法，如上述，其特征在于，對于規(guī)定組成的無縫管，進(jìn)行上述(1)的淬火和(2)的回火，其以外的工序沒有特別限定，能夠采用通常所用的方法。以下，對于中空彈簧用鋼的優(yōu)選的制造方法進(jìn)行說明。

首先，通過通常的熔煉法熔煉規(guī)定的組成的鋼材，冷卻(即，鑄造)所得到的鋼液。

其后，進(jìn)行開坯軋制。開坯軋制的加熱溫度，例如，優(yōu)選以1100～1300℃進(jìn)行。

接著，對于經(jīng)上述開坯軋制而得到的板坯進(jìn)行熱鍛而成形為圓棒。熱鍛的加熱溫度，例如優(yōu)選以1000～1200℃進(jìn)行。

其后，也可以通過公知的方法制造無縫管。例如，能夠在上述熱鍛后使用公知的中空化手法，成形為規(guī)定的形狀后，進(jìn)行熱擠壓、冷卻、冷加工、退火、酸洗，并根據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)表層研磨、冷加工而制造無縫管。

上述工序之中，冷加工后的退火，優(yōu)選加熱至a3點(diǎn)以上且1000℃以下的溫度域而進(jìn)行。另外，a3點(diǎn)以上的溫度域的停留時(shí)間，即，從加熱至a3點(diǎn)以上的溫度之后進(jìn)行冷卻，至變成a3點(diǎn)的溫度的合計(jì)時(shí)間優(yōu)選控制在5分鐘以下。通過控制在上述范圍，可抑制退火時(shí)的脫碳發(fā)生，碳化物得到微細(xì)化，因此能夠提高疲勞特性。

在此，a3點(diǎn)能夠由以下方式求得。還有，下述的式中，[]表示質(zhì)量％。例如，[c]意思是含有的c的質(zhì)量％。

a3＝894.5－269.4×[c]+37.4×[si]－31.6×[mn]－19.0×[cu]－29.2×[ni]－11.9×[cr]+19.5×[mo]+22.2×[nb]

上述冷加工后的退火，優(yōu)選在惰性或還原性的氣體氣氛中進(jìn)行。借助這樣的退火氣氛的控制，能夠抑制退火時(shí)的脫碳發(fā)生。另外，也能夠抑制退火時(shí)的氧化皮生成，因此可以省略酸洗工序。

無縫管制造時(shí)的酸洗時(shí)間優(yōu)選控制在30分鐘以下，或省略酸洗本身。由此，能夠減少無縫管中所含的氫量，并降低淬火回火后的氫量。

如上述這樣制造好無縫管之后，在經(jīng)熱成形或冷成形的彈簧成形過程中進(jìn)行用于得到中空彈簧用鋼的淬火處理和回火處理。熱成形的情況下，無縫管的制造后，進(jìn)行上述(1)的淬火，但在這時(shí)的淬火加熱時(shí)也進(jìn)行彈簧成形，其后，進(jìn)行上述(2)的回火。另一方面，冷成形的情況下，在無縫管的制造后，進(jìn)行上述(1)的淬火和上述(2)的回火，其后不加熱而進(jìn)行彈簧成形。

此外，通過本發(fā)明的制造方法得到的中空彈簧用鋼的氫量，優(yōu)選控制在0質(zhì)量ppm以上且0.16質(zhì)量ppm以下。

如前述，在中空彈簧中，因?yàn)閷?nèi)周面不實(shí)施噴丸硬化，所以對于因瑕疵和氫的脆化敏感性相關(guān)的耐久性的要求嚴(yán)格。中空彈簧用鋼中的氫，即使是微量，對耐久性也會造成重大影響，因此優(yōu)選使其上限為0.16質(zhì)量ppm以下。其結(jié)果如后述的實(shí)施例所示，能夠得到非常高的耐疲勞特性。上述氫量越低越好。上述氫量的上限優(yōu)選為0.15質(zhì)量ppm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.14質(zhì)量ppm以下。

降低中空彈簧用鋼中的氫量的方法公知，本發(fā)明中，也能夠適宜選擇采用歷來使用的方法。作為鋼中氫的降低方法的具體例，例如，可列舉將無縫管制造工序中的酸洗時(shí)間，縮短至大約30分鐘以下的方法?；蛘?，也可以省略酸洗本身?；蛘?，可列舉在中空彈簧用鋼制造的淬火回火后進(jìn)行脫氫處理的方法。作為脫氫處理，例如，可列舉在300℃以下進(jìn)行熱處理等的方法。

以上，對于本發(fā)明的中空彈簧用鋼的制造方法進(jìn)行了說明。

使用如此得到的中空彈簧用鋼，通過最終實(shí)施整定處理、噴丸硬化等的處理，可得到中空彈簧。還有，進(jìn)行上述的冷成形時(shí)，對彈簧用鋼實(shí)施彈簧成形之后，再實(shí)施整定處理、噴丸硬化即可。

上述中空彈簧，例如，作為閥彈簧、離合器彈簧、懸架彈簧等，優(yōu)選用于汽車的發(fā)動機(jī)、離合器、懸掛系統(tǒng)等。

【實(shí)施例】

以下，列舉實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受下述實(shí)施例限制，在能夠符合前·后述的宗旨的范圍內(nèi)也可以加以變更實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。

如前述本發(fā)明的特征部分，其最大的特征在于，對于無縫管實(shí)施規(guī)定的熱處理，但在無縫管中實(shí)施上述熱處理之后得到的內(nèi)周面或外周面，與實(shí)心的鋼材中實(shí)施上述熱處理之后所得到的外周面具有大致同性質(zhì)的表面性狀，因此本發(fā)明的效果有無與原材的形狀無關(guān)。因此，以下的實(shí)施例1和實(shí)施例2中，不使用無縫管，而使用實(shí)心的鋼材，在進(jìn)行本發(fā)明所規(guī)定的淬火、回火的各熱處理后，實(shí)施其評價(jià)。

·實(shí)施例1

在本實(shí)施例中，特別為了明確淬火回火條件對氫脆化敏感性造成的影響，而以如下方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此，使用滿足本發(fā)明的要件的作為中碳鋼的表1的鋼種no.a1。

首先，通過通常的熔煉法熔煉上述鋼之后，冷卻(即，鑄造)所得到的鋼液，加熱至1100～1300℃進(jìn)行開坯軋制，得到截面形狀155mm×155mm的板坯。其次，以1000～1200℃的加熱的條件進(jìn)行熱鍛，成形為直徑：150mm的圓棒。再以1000～1200℃的加熱的條件進(jìn)行熱鍛，制作直徑：15mm的圓棒。

(表1)

*余量：鐵和p、s以外的不可避免的雜質(zhì)

對于如此得到的圓棒，進(jìn)行表2所述的各種淬火、回火，切下寬10mm×厚1.5mm×長65mm的平板試驗(yàn)片。使用該平板試驗(yàn)片，按以下方式評價(jià)抗氫脆性能和維氏硬度。

詳細(xì)的淬火和回火的各條件如下。首先，對于從室溫至t1的溫度域以10℃/秒的平均升溫速度進(jìn)行加熱后，以t1保持規(guī)定時(shí)間。其次，對于從t1至300℃的溫度域以50℃/秒的平均冷卻速度進(jìn)行冷卻。這時(shí)，使900℃以上的停留時(shí)間t1為600秒，如此使t1下的保持時(shí)間進(jìn)行變化。

接著冷卻至200℃后，進(jìn)行回火。具體來說，對于200℃至t2的溫度域以10℃/秒的平均升溫速度加熱后，以t2保持規(guī)定時(shí)間。其次，對于t2至200℃的溫度域以300℃/秒的平均冷卻速度進(jìn)行冷卻。這時(shí)，使t2(從加熱到200℃以上至冷卻到200℃以下的時(shí)間)為2400秒，如此使t2下的保持時(shí)間變化。

(抗氫脆性能的評價(jià))

對于上述的試驗(yàn)片通過4點(diǎn)彎曲，在使1400mpa的應(yīng)力作用的狀態(tài)下，將試驗(yàn)片浸漬在1l中有硫酸0.5mol、硫氰酸鉀0.01mol的混合溶液中。使用恒電位儀外加比sce(saturatedcalomelelectrode)電極(飽和甘汞電極)低的－700mv的電壓，測量截止到裂紋發(fā)生的時(shí)間(斷裂時(shí)間)。在本實(shí)施例中，斷裂壽命在1000秒以上為合格。

(維氏硬度)

使上述平板試驗(yàn)片的寬度、厚度截面露出而埋入樹脂，進(jìn)行研磨·鏡面加工后，在距表層深至板厚中心部的位置，以500g的載荷測量維氏硬度(hv)。在本實(shí)施例中，維氏硬度在550hv以上的評價(jià)為高強(qiáng)度。這些評價(jià)結(jié)果一并記述在表2中。

(表2)

表2的試驗(yàn)no.1～4、8～11，使用的是滿足本發(fā)明的要件的鋼，進(jìn)行了本發(fā)明中規(guī)定的(1)的淬火和(2)的回火的例子。其雖然均為高強(qiáng)度，但斷裂壽命長達(dá)1000秒以上，抗氫脆性能優(yōu)異。

相對于此，試驗(yàn)no.5～7均是淬火條件相同，而超出式(2)所規(guī)定的回火參數(shù)的上限的例子，按試驗(yàn)no.5、6、7的順序，上述回火參數(shù)的數(shù)值變大。在稍微超過回火參數(shù)的上限的試驗(yàn)no.5，雖然硬度良好，但斷裂壽命短。另一方面，試驗(yàn)no.6、7隨著回火參數(shù)的數(shù)值變大，硬度降低，但斷裂壽命達(dá)到本發(fā)明所規(guī)定的1000秒以上。

與上述試驗(yàn)no.5～7同樣的傾向，在no.12～14中也可見。即，試驗(yàn)no.12～14均是淬火條件相同，超出式(2)所規(guī)定的回火參數(shù)的上限的另一例，按no.12、13、14的順序，上述回火參數(shù)的數(shù)值變大。稍微超出回火參數(shù)的上限的no.12，其硬度良好，但斷裂壽命短。另一方面，no.12、13隨著回火參數(shù)的數(shù)值變大，硬度降低，但斷裂壽命達(dá)到本發(fā)明所規(guī)定的1000秒以上。

由這些結(jié)果可確認(rèn)，回火參數(shù)的上限，在確保希望的高強(qiáng)度，且抗氫脆性能的特性上是重要的要件，通過控制在本發(fā)明所規(guī)定的范圍之后，可發(fā)揮希望的上述特性。

另外，試驗(yàn)no.15～21均是淬火條件相同，稍微超出式(1)所規(guī)定的淬火參數(shù)的上限的例子。

上述之中，試驗(yàn)no.15～18是以本發(fā)明規(guī)定的(2)的回火條件制造的例子。因?yàn)槌^淬火參數(shù)的上限，所以斷裂壽命短。

另一方面，試驗(yàn)no.19～21是超出式(2)所規(guī)定的回火參數(shù)的上限的例子，按no.19、20、21的順序，上述回火參數(shù)的數(shù)值變大。稍微超出回火參數(shù)的上限的no.19，其硬度雖然良好，但斷裂壽命短。另一方面，no.20、21隨著回火參數(shù)的數(shù)值變大，硬度降低，但斷裂壽命增加，no.21達(dá)到本發(fā)明所規(guī)定的1000秒以上，抗氫脆性能得到改善。

由這些結(jié)果可確認(rèn)，淬火參數(shù)的上限，在確保希望的抗氫脆性能的特性上是重要的要件，若滿足本發(fā)明的范圍，則能夠得到希望的特性。

·實(shí)施例2

在本實(shí)施例中，特別為了明確淬火回火條件對耐疲勞特性造成的影響，使用由實(shí)施例1制作的圓棒，進(jìn)行以下的實(shí)驗(yàn)。

(耐疲勞特性的評價(jià))

對于上述圓棒，進(jìn)行表3所述的各種淬火、回火后，加工成jis試驗(yàn)片(jisz2274疲勞試驗(yàn)片)，以應(yīng)力：900mpa，轉(zhuǎn)速：3000rpm進(jìn)行旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。淬火條件、回火條件的詳情與前述實(shí)施例1相同。在本實(shí)施例中，到斷裂的反復(fù)數(shù)在10萬次以上的為合格。

這些結(jié)果一并記述在表3中。表3中，試驗(yàn)no.10和17與前述表2的試驗(yàn)no.10和17對應(yīng)，實(shí)施相同的熱處理?xiàng)l件。

(表3)

首先，對比試驗(yàn)no.10與17。其是回火條件相同，以本發(fā)明所規(guī)定的回火條件進(jìn)行回火的例子，但淬火條件不同，試驗(yàn)no.10是滿足本發(fā)明所規(guī)定的淬火條件的例子，試驗(yàn)no.17是稍微超出本發(fā)明所規(guī)定的淬火參數(shù)的上限的例子。

如表3所示，如果說只涉及耐疲勞特性，則看不出因淬火條件造成的差異，如試驗(yàn)no.17，即使超出淬火參數(shù)的上限而進(jìn)行淬火，也會像試驗(yàn)no.10這樣實(shí)施了本發(fā)明所規(guī)定的淬火條件的情況同樣，能夠得到良好的耐疲勞特性。但是，如前述的表2所示，上述試驗(yàn)no.17，因?yàn)槌龌鼗饏?shù)的上限，所以斷裂壽命降低，因此可確認(rèn)，為了滿足希望的抗氫脆性能和高強(qiáng)度，具備本發(fā)明所規(guī)定的淬火條件和回火條件這兩方不可欠缺。

接著，對比試驗(yàn)no.22和23。其是回火條件相同，而超出本發(fā)明所規(guī)定的回火參數(shù)的例子，但淬火條件不同，試驗(yàn)no.22是滿足本發(fā)明所規(guī)定的淬火條件的例子，試驗(yàn)no.23是稍微超出本發(fā)明所規(guī)定的淬火參數(shù)的上限的例子。

如表3所示，因?yàn)樯鲜鲈囼?yàn)no.22和23均脫離本發(fā)明所規(guī)定的回火條件，所以耐疲勞特性降低。因此，如果說僅涉及耐疲勞特性，則未見來自淬火條件造成的差異，如試驗(yàn)no.23這樣，即使超出淬火參數(shù)的上限進(jìn)行淬火，也與試驗(yàn)no.22這樣實(shí)施本發(fā)明所規(guī)定的淬火條件的情況同樣，耐疲勞特性降低。

·實(shí)施例3

在本實(shí)施例中，為了使用中空彈簧用鋼，特別明確回火條件對耐疲勞特性造成的影響，而以如下方式制作無縫管，測量鋼中氫量，并且評價(jià)耐疲勞特性。

(鋼中氫量的測量)

使用前述實(shí)施例1中制作的直徑150mm的圓棒，通過機(jī)械加工制作擠壓用鋼坯后，以加熱至1100℃的條件進(jìn)行熱擠壓而制作外徑：54mm，內(nèi)徑：37mm的擠壓管。其次，進(jìn)行冷加工(詳細(xì)地說，就是拉伸加工：非連續(xù)型拉床，軋制加工：皮爾格軋機(jī))后，以920～1000℃的溫度進(jìn)行退火，其中900℃以上的加熱總時(shí)間為20分鐘以內(nèi)的時(shí)間。接著，為了使鋼中氫量變化，改變酸洗時(shí)間而進(jìn)行酸洗。具體來說，就是實(shí)施在5～10％鹽酸的酸洗液中酸洗10～30分鐘和酸洗處理。多次進(jìn)行冷加工、退火、酸洗的工序，制作外徑：16mm、內(nèi)徑：8.0mm的無縫管。

對于如此得到的無縫管，進(jìn)行淬火處理和回火處理。詳細(xì)的淬火和回火的各條件如下。首先，在從室溫至t1的溫度域，以100℃/秒的平均升溫速度加熱后，以t1保持規(guī)定時(shí)間。接著，從t1至300℃的溫度域以50℃/秒的平均冷卻速度進(jìn)行冷卻。這時(shí)，使900℃以上的停留時(shí)間t1為60秒，如此使t1下的保持時(shí)間變化。

接下來，冷卻至200℃之后，進(jìn)行回火。具體來說，從200℃至t2的溫度域以10℃/秒的平均升溫速度加熱后，以t2保持規(guī)定時(shí)間。接著，從t2至200℃的溫度域以300℃/秒的平均冷卻速度冷卻。這時(shí)，使t2(加熱到200℃以上至冷卻到200℃以下的時(shí)間)為2400秒，如此使t2下的保持時(shí)間變化。

從如此得到的中空彈簧用鋼上切下寬度1mm的環(huán)狀試驗(yàn)片，測量放氫量。放氫量以apims(atmosphericpressureionizationmassspectrometry：大氣壓電離質(zhì)譜)通過升溫分析進(jìn)行測量。升溫速度作為720℃/時(shí)測量，將截至720℃的放氫量作為鋼中氫量。

(耐疲勞特性的測量)

使用上述中空彈簧用鋼，評價(jià)耐疲勞特性。在本實(shí)施例中，以負(fù)載應(yīng)力735±600mpa進(jìn)行扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)。至斷裂的反復(fù)數(shù)在5萬次以上的，評價(jià)為耐疲勞特性優(yōu)異的。

將這些結(jié)果一并記述在表4中。

(表4)

表4的試驗(yàn)no.1～4中，均淬火條件相同，以本發(fā)明的條件進(jìn)行了淬火，但回火條件不同，試驗(yàn)no.1、2是實(shí)施了本發(fā)明所規(guī)定的回火條件的例子，試驗(yàn)no.3、4是有一點(diǎn)超過本發(fā)明所規(guī)定的回火參數(shù)的上限的例子。

若對比試驗(yàn)no.1與no.2，則使鋼中氫量為0.16質(zhì)量ppm，和控制在本發(fā)明所規(guī)定的優(yōu)選的上限的no.1，與沒有控制在上述上限的no.2相比，耐久次數(shù)顯著增加，能夠得到非常高的耐疲勞特性。

相對于此，如試驗(yàn)no.3、4這樣，回火參數(shù)的上限超過本發(fā)明所規(guī)定的上限(15500)僅只有1而進(jìn)行回火時(shí)，耐久次數(shù)減少，即使如試驗(yàn)no.3這樣將鋼中氫量控制在優(yōu)選的上限，也不能達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)的5萬次。

由此結(jié)果可確認(rèn)，為了確保中空彈簧的耐疲勞特性，恰當(dāng)控制回火條特別重要。另外還可知，進(jìn)行了本發(fā)明所規(guī)定的回火條件之后，若再將鋼中氫量的上限控制在優(yōu)選的范圍，則耐疲勞特性顯著增加。

還有，在實(shí)施例3中，沒有測量作為抗氫脆性能的指標(biāo)的斷裂壽命，但因?yàn)樵囼?yàn)no.1、2滿足上述(1)的淬火條件，所以判斷為能夠得到良好的抗氫脆性能。

本申請伴隨以申請日為2014年10月31日的日本國專利申請，專利申請第2014－222840號為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)主張，專利申請第2014－222840號因參照而編入本說明書。