專利名稱：：耐疲勞特性優(yōu)異的硅鎮(zhèn)靜鋼線材和彈簧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及耐疲勞特性優(yōu)異的硅鎮(zhèn)靜鋼線材和由此鋼線材得到的彈簧，例如作為高強(qiáng)度彈簧(特別是閥彈簧)等時(shí)能夠發(fā)揮出高的耐疲勞特性，作為要求有如此特性的汽車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的閥彈簧和離合器彈簧、制動(dòng)器彈簧、此外還有懸架彈簧和鋼絲簾線等的原材有用。
背景技術(shù)：
：最近，隨著汽車(chē)的輕量化和高輸出功率化的要求提高，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)和懸架等所使用的閥彈簧和懸架彈簧等中也定向?yàn)楦邞?yīng)力設(shè)計(jì)。因此在這些彈簧中，為了對(duì)應(yīng)負(fù)荷應(yīng)力的增大，而強(qiáng)烈期望其耐疲勞性和抗彈減性優(yōu)異。特別是對(duì)于閥彈簧的疲勞強(qiáng)度增大的要求非常強(qiáng)烈，即使在現(xiàn)有的鋼中被認(rèn)為是疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的SWOSC-V(JISG3566)也難以對(duì)應(yīng)。要求有高的疲勞強(qiáng)度的彈簧用線材，需要極力降低存在于線材中的成為折損起點(diǎn)的非金屬夾雜物。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，作為被用于如上述用途的鋼材，一般釆用將上述非金屬夾雜物的存在極力降低的高純凈鋼。另外，隨著原材的高強(qiáng)度化被實(shí)現(xiàn)，非金屬夾雜物引起的斷線、疲勞折損的危險(xiǎn)性提高，因此成為其主要原因的非金屬夾雜物的降低、小型化的要求更加嚴(yán)格。從實(shí)現(xiàn)鋼材中的硬質(zhì)的非金屬夾雜物的降低、小型化這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，至今為止也提出有各種各樣的技術(shù)。例如非專利文獻(xiàn)1中記載，將夾雜物保持為玻璃質(zhì)，軋制時(shí)使夾雜物微細(xì)化，和作為CaO-Al203-Si02系的成分在玻璃穩(wěn)定的組成中存在夾雜物。另外還提出，為了促進(jìn)玻璃部分的變形，降低夾雜物的熔點(diǎn)有效(例如專利文獻(xiàn)l)。另外在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)，通過(guò)將Ca、Mg、(La+Ce)的量控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整鋼材的化學(xué)成分組成，且使鋼中的非金屬夾雜物的平均的組成的構(gòu)成比(Si02、MnO、A1203、MgO和CaO的構(gòu)成比)3為適當(dāng)?shù)姆秶纱四軌虻玫侥推谔匦詢?yōu)異的彈簧鋼。另一方面，在專利文獻(xiàn)3中提出一種發(fā)揮著優(yōu)異的"回彈特性(0特性)"的高強(qiáng)度彈簧用線材，其是控制C、Si、Mn、Cr等基本成分，并且在0.00050.005X的范圍含有Ca、Mg、Ba、Sr之中1種以上，且使非金屬夾雜物的大小在20pm以下等。至今為止提出的各種現(xiàn)有技術(shù)，均是以著眼于將夾雜物組成控制在低熔點(diǎn)區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)微細(xì)化為中心。例如CaO-Al203-Si02三成分系夾雜物，在一般已知的三元系相圖中，雖然可知三成分在某一組成范圍存在低熔點(diǎn)區(qū)域，但在任何一種成分變高的組成中，熔點(diǎn)變高將使鋼材的疲勞強(qiáng)度降低。這一傾向在MgO-Al20rSi02三成分系夾雜物的情況下也一樣。上述各種技術(shù)顯示的是用于提高疲勞強(qiáng)度等特性的方向性。然而，在熱加工時(shí)的加熱時(shí)間和溫度下，僅僅控制為例如非專利文獻(xiàn)1所示的這種組成，并不一定能夠維持完全的玻璃狀態(tài)，而是會(huì)生成結(jié)晶。另外，為了應(yīng)對(duì)近年來(lái)更進(jìn)一步的鋼疲勞強(qiáng)度化的需求，需要更為促進(jìn)玻璃部的變形。此外，隨著鋼的高強(qiáng)度化，鋼的成分高Si化，所處的傾向是對(duì)現(xiàn)有己知的CaO-Al2(VSi02系的目標(biāo)組成的精確控制的難度變高，例如如專利文獻(xiàn)4所示，不僅需要控制總量，而且需要進(jìn)行控制溶存成分等這種高度的控制。另外，作為用于使夾雜物無(wú)害化(針對(duì)疲勞)的技術(shù)，公開(kāi)有控制夾雜物組成的技術(shù)。例如在非專利文獻(xiàn)l中公開(kāi)，閥彈簧用鋼，若將夾雜物控制為熔點(diǎn)比14001500。C左右更低的CaO-Al20rSi02三成分系夾雜物，則其不會(huì)成為所謂疲勞破壞的起點(diǎn)，耐疲勞特性提高。另外在專利文獻(xiàn)5中公開(kāi)，在軋制鋼材的L截面中，長(zhǎng)(1)與寬(d)的比l/d《5的非金屬夾雜物的平均組成含有Si02:2060%、MnO:1080%,以及CaO:50。/。以下和MgO:15%以下的一種或兩種，由此能夠得到冷加工性和耐疲勞特性優(yōu)異的純凈鋼。在專利文獻(xiàn)6中公開(kāi)，在軋制鋼材的L截面中，長(zhǎng)(1)與寬(d)的比l/d《5的非金屬夾雜物的平均組成由Si02:3575%、A1203:30%以下、CaO:50%以下、MgO:25%以下構(gòu)成，由此能夠得到冷加工性和耐疲勞特性優(yōu)異的純凈鋼。在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有含有夾雜物中的Si02:2575°/。、A1203:35%以下、CaO:50%以下、MgO:40%以下的一種或兩種，MnO控制在60%以下，則疲勞強(qiáng)度提高。在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有將夾雜物之中熔點(diǎn)最高的夾雜物的熔點(diǎn)控制在150(TC以下，疲勞強(qiáng)度提高。另外使用了特殊成分的技術(shù)有專利文獻(xiàn)7對(duì)Li20組成的夾雜物控制和使專利文獻(xiàn)3的鋼材中含有Ba、Sr、Ca、Mg。在這些現(xiàn)有技術(shù)中記載的是，為了促進(jìn)熱軋時(shí)的夾雜物的變形，而對(duì)容易玻璃化的組成進(jìn)行控制，和此外為了促進(jìn)變形而將夾雜物控制為低熔點(diǎn)組成。另外，作為具體的夾雜物組成，公開(kāi)有玻璃的穩(wěn)定的Si02系復(fù)合氧化物系。但是，只借助現(xiàn)有的方法還不能順應(yīng)今后更高耐疲勞特性化的需求。另外，為了進(jìn)一步促進(jìn)變形，還要使夾雜物更加低熔點(diǎn)化，而現(xiàn)有大量通告的Si02-Al203-CaO-MgO-MnO等系，即使追求顯著的低熔點(diǎn)化，達(dá)到在此之上的水平也很困難。另外在上述專利文獻(xiàn)3中，雖然提及Ba、Sr、Ca、Mg等的利用，但只是著眼于其低熔點(diǎn)化效果，另外不能活用各種成分的差異和復(fù)合化的效果，其結(jié)果是，只能成為不能實(shí)現(xiàn)經(jīng)受得起現(xiàn)在的高要求的疲勞強(qiáng)度的技術(shù)。還有，非金屬夾雜物之中，大量含有Al203時(shí)，難以得到低熔點(diǎn)夾雜物，因此用于得到如此線材的鋼材，不會(huì)采用鋁鎮(zhèn)靜鋼，而是一般采用以Si進(jìn)行脫氧的所謂"硅鎮(zhèn)靜鋼"作為原材的線材。非專利文獻(xiàn)l:"第1S2、183回西山紀(jì)念技術(shù)講座"，(社)日本鐵鋼協(xié)會(huì)編，第131134頁(yè)專利文獻(xiàn)l:特幵平5-320827號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開(kāi)昭63-140068號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開(kāi)昭63-227748號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:特開(kāi)平9-310145號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5:特開(kāi)昭62-99436號(hào)公報(bào)5專利文獻(xiàn)6:特開(kāi)昭62-99437號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7:特開(kāi)2005-29888號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明在這樣的狀況下而做，其目的在于，提供一種使夾雜物整體處于低熔點(diǎn)并容易變形，或者使夾雜物在低熔點(diǎn)下容易變形，用于得到耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧等的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，和由此鋼線材得到的耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧。在這樣的狀況下，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)平衡良好地控制Sr、Si、Al、Mg、Ca的濃度，能夠?qū)撘褐械膴A雜物控制在適當(dāng)?shù)慕M成，而且在鑄造時(shí)還能夠防止有害的夾雜物的生成?；\統(tǒng)地說(shuō)，可以認(rèn)為是由于氧化物的復(fù)合化帶來(lái)的低熔點(diǎn)化。然而，借助作為鋼中夾雜物而盡可能控制的成分來(lái)使熔點(diǎn)降低，而且保持玻璃穩(wěn)定并不容易，具體的方法至今為止尚未能實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，這能夠通過(guò)以最優(yōu)化的平衡控制Sr、Si、Al、Mg、Ca而實(shí)現(xiàn)。特別是在被認(rèn)為與現(xiàn)有類似的Sr、Ca、Mg之中，分別控制Sr、(Mg+Ca)和均使之含有很重要。而且，通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂茖?duì)于Si02系的玻璃的穩(wěn)定性顯現(xiàn)出復(fù)雜的影響的A1，可以使疲勞強(qiáng)度顯著地提高。艮P，能夠達(dá)成上述目的的本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材的第一方式具有如下幾點(diǎn)要旨分別含有Sr:0.0220ppm("質(zhì)量ppm"的意思，下同)、Al:130ppm和Si:0.24%("質(zhì)量°/。"的意思，下同)，除此以外，還在合計(jì)0.530ppm的范圍內(nèi)含有Mg和/或Ca。在上述的各種硅鎮(zhèn)靜鋼線材中，在0.0320ppm的范圍含有Li是優(yōu)選的實(shí)施方式。關(guān)于本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材的化學(xué)成分組成，如果作為"彈簧"使用則沒(méi)有特別限定，但作為優(yōu)選，則可列舉分別含有例如C:1.2%以下(不含0%)、Mn:0.12，0%的鋼材。另夕卜，在這樣的鋼材中，也可以含有Cr、Ni、V、Nb、Mo、W、Cu、Ti、Co和稀土類元素中的1種以上。含有這些元素時(shí)的優(yōu)選含量，根據(jù)各個(gè)元素會(huì)有所不同，但可為Cr:0.53%、Ni:0.5%以下、V:0.5°/。以下、Nb:0.1%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、CU:0.1%以下、Ti:0.1%以下、CO:0.5%以下。另外作為降低夾雜物粘性，進(jìn)一步發(fā)揮效果的元素，也可以在0.05%以下的程度添加REM。另外，作為本發(fā)明的第二方式，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)平衡良好地控制夾雜物中的Si02、A1203、MgO、CaO、MnO、SrO，會(huì)使夾雜物的熔點(diǎn)顯著降低?；\統(tǒng)地說(shuō)，可以認(rèn)為是由于氧化物的復(fù)合化帶來(lái)的低熔點(diǎn)化。然而，借助作為鋼中夾雜物被盡可能控制的成分來(lái)使玻璃的穩(wěn)定的Si02系夾雜物的熔點(diǎn)降低并不容易，具體的方法至今為止尚未能實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，這能夠通過(guò)以最優(yōu)化的平衡控制Si02、A1203、MgO、CaO、MnO、SrO而實(shí)現(xiàn)。特別是在被認(rèn)為與現(xiàn)有類似的Ba、Ca、Mg之中，分別控制Sr、(Mg+Ca)和均使之含有很重要。而且，通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂茖?duì)于Si02系的玻璃的穩(wěn)定性顯現(xiàn)出復(fù)雜的影響的Al(A1203)，可以使疲勞強(qiáng)度顯著地提高。艮P，能夠達(dá)成上述目的的本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材的第二方式，具有如下幾點(diǎn)要旨存在于線材中的氧化物系夾雜物分別含有Si02:30卯％("質(zhì)量％"的意思，下同)、A1203:235°/。、MgO:35%以下(不含0%)、CaO:50%以下(不含0%)、MnO:20%以下(不含0%)禾口SrO:0.215%，且(CaO+MgO)的合計(jì)含量為3%以上。在上述的各種硅鎮(zhèn)靜鋼線材中，存在于鋼線材中的氧化物系夾雜物還在0.120%的范圍含有Li20是優(yōu)選的實(shí)施方式。關(guān)于本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材的化學(xué)成分組成，如果是彈簧用鋼則沒(méi)有特別限定，但作為優(yōu)選，則可列舉分別含有例如C:1.2質(zhì)量％以下(不含0%)、Si:0.14.0%、Mn:0.12.0%、Al:0.01%以下(不含0°/。)的鋼材。另外，在這樣的鋼材中，也可以含有Cr、Ni、V、Nb、Mo、W、Cu、Ti、Co和稀土類元素中的1種以上的元素。上述成分以外(余量)基本上是Fe和不可避免的雜質(zhì)。還有，對(duì)夾雜物不會(huì)產(chǎn)生很大影響的成分(例如B、Pb、Bi等)為了鋼特性提高而添加，仍可發(fā)揮本發(fā)明的效果。通過(guò)使用上述這樣的硅鎮(zhèn)靜鋼線材而成形為彈簧，能夠?qū)崿F(xiàn)疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的彈簧。7根據(jù)本發(fā)明的第一方式，通過(guò)含有Sr同時(shí)適當(dāng)調(diào)整化學(xué)成分組成，能夠使夾雜物的整體低熔點(diǎn)化而容易變形，并且即使在熱軋前和熱軋中的加熱時(shí)相分離仍難以生成Si02，能夠?qū)崿F(xiàn)用于得到耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧的Si鎮(zhèn)靜鋼線材。另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方式，通過(guò)適當(dāng)控制氧化物系夾雜物的組成(以最優(yōu)化的平衡進(jìn)行復(fù)合)，從而在低熔點(diǎn)且熱軋時(shí)保持玻璃狀態(tài)，由此能夠促進(jìn)熱軋時(shí)的夾雜物微細(xì)化，實(shí)現(xiàn)耐疲勞特性優(yōu)異的硅鎮(zhèn)靜鋼線材。具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施方式)熱軋時(shí)的變形比大的線材，已知有用的是夾雜物在熱軋時(shí)伸展分裂而微細(xì)化。本發(fā)明者們?cè)谶@樣的情況之下，還考慮到凝固后的加熱、熱軋帶來(lái)的夾雜物形態(tài)的變化，就用于使彈簧耐疲勞特性提高的各個(gè)夾雜物的組成和形態(tài)從各種角度進(jìn)行研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)適當(dāng)控制Sr、Al、Si、Mg、Ca的濃度，氧化物系夾雜物在熱軋時(shí)的變形得到顯著促進(jìn)而容易被微細(xì)化。歷來(lái)也已知Sr、Mg、Ca等堿土類金屬元素的微量添加對(duì)彈簧的特性提高有效(例如前述專利文獻(xiàn)3)，但判明并不是無(wú)論哪個(gè)成分只要微量添加即可，而是只有通過(guò)使它們平衡地含有，硅鎮(zhèn)靜鋼線材的耐疲勞特性才能夠顯著提高。例如CaO-Al20rSi02三成分系夾雜物，在一般已知的三元系相圖中，雖然可知三成分在某一組成范圍存在低熔點(diǎn)區(qū)域，但在任何一種成分變高的組成中，夾雜物的熔點(diǎn)反而變高，線材的耐疲勞特性降低。對(duì)此，認(rèn)為通過(guò)適當(dāng)控制Sr、Al、Si、Mg、Ca的濃度，上述三成分系夾雜物中的無(wú)論哪個(gè)成分都不會(huì)變得過(guò)高，另外與缺失某一成分的情況相比，會(huì)成為更容易變形的夾雜物。本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，如上述平衡良好地含有Sr、Al、Si、Mg和Ca等的成分，這些成分的范圍限定理由下述。Sr是用于使夾雜物復(fù)合化而低熔點(diǎn)化必須的成分。若使夾雜物中含有SrO，則具有不會(huì)使玻璃的穩(wěn)定化過(guò)度降低，而使之低熔點(diǎn)化的效果。另外，使Si濃度高的鋼中含有與氧的結(jié)合力強(qiáng)的Sr，具有的效果是，在凝固時(shí)即使Si02濃度顯著高的夾雜物生成，也會(huì)保持在一定程度的熔點(diǎn)下。為了體現(xiàn)這些效果，最低需要0.03ppm的Sr。優(yōu)選含有0.2ppm以上。另一方面，若Sr濃度過(guò)高，則會(huì)降低夾雜物其他的成分(Mg、Ca、Al、Si、Mn等)的濃度，從而不能控制為熔點(diǎn)最低的組成。因此需要Sr濃度在20ppm以下，優(yōu)選為8ppm以下。[Al:130ppm]Al具有使硅鎮(zhèn)靜鋼的夾雜物組成低熔點(diǎn)化的效果。另外，還有在夾雜物中的CaO等的濃度變高時(shí)抑制玻璃化的效果。此外，Al與Ca、Sr等相比是更容易在鋼中溶存的成分，其抑制在凝固時(shí)Si02濃度顯著高的夾雜物生成的效果高。為了體現(xiàn)這些效果，需要使之含有l(wèi)ppm以上。然而，若Al含量變高，則凝固時(shí)存在純粹的八1203生成的危險(xiǎn)，因此需要在30ppm以下。還有，為了控制為使夾雜物的熔點(diǎn)降到最低的最優(yōu)化的組成，優(yōu)選為20ppm以下。Si是硅鎮(zhèn)靜鋼在煉鋼時(shí)主要的脫氧劑，是用于獲得本實(shí)施方式的線材必須的元素。另外其也有助于高強(qiáng)度化，從本實(shí)施方式的耐疲勞特性提高效果顯著呈現(xiàn)的點(diǎn)出發(fā)也是重要的元素。此外，其在提高軟化阻抗使耐彈減性提高上也是有用的元素。為了發(fā)揮這樣的效果，Si含量為0.2%以上(優(yōu)選為2°/。以上)。然而，若Si含量過(guò)剩，則在凝固時(shí)有純粹的Si02生成的可能性，表面脫碳和表面瑕疵增加，因此耐疲勞特性反而降低。由此，Si為4c/。以下，優(yōu)選為3%以下。Mg和Ca使夾雜物成為最優(yōu)化的復(fù)合組成，是用于低熔點(diǎn)化所必須的元素。如果使Ba、Mg、Ca、Al單獨(dú)含有，則成為高熔點(diǎn)的夾雜物。因此每一個(gè)均必須含有。另外，Mg和Ca與氧的親和力強(qiáng)，其還具有的效果是，如果純粹的Si02少量地生成時(shí)，容易將它們改質(zhì)成復(fù)合組成。為了發(fā)揮這些效果，需要Mg和Ca(Mg、Ca單獨(dú)或并用)的含量(并用時(shí)為合計(jì)含量)為0.5ppm以上。還有，優(yōu)選各元素至少含有0.1ppm以上(其中，合計(jì)含量為0.5ppm以上)而并用。然而，若這些元素過(guò)剩，則夾雜物中的其他成分的濃度變低，無(wú)法保證最優(yōu)化的低熔點(diǎn)組成。因此，其上限為30ppm(優(yōu)選為20ppm以下)。在本實(shí)施方式的硅鎮(zhèn)靜鋼線材中，通過(guò)平衡良好地含有上述各成分，耐疲勞特性便提高，但根據(jù)需要含有Li也有用。Li具有使夾雜物中的結(jié)晶微細(xì)的效果，在使玻璃穩(wěn)定且控制在低熔點(diǎn)的本實(shí)施方式的鋼中，其具有的效果是，即使萬(wàn)一有結(jié)晶生成時(shí)，結(jié)晶也不會(huì)粗大。因此，含有Li也有用。為了發(fā)揮這樣的作用，優(yōu)選含有Li為0.220ppm，但認(rèn)為通過(guò)0.03ppm左右的添加也會(huì)發(fā)揮一些效果，推定低濃度的添加至少不會(huì)帶來(lái)不良影響。本實(shí)施方式是設(shè)想作為彈簧的原材有用的硅鎮(zhèn)靜鋼線材而做的，對(duì)于其鋼種沒(méi)有特別限定，但Mn是有助于鋼的脫氧元素，另外其提高淬火性而有助于強(qiáng)度提高。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選Mn含有O.P/。以上的鋼種。但是，若Mn含量過(guò)剩，則韌性、延性變差，因此應(yīng)該在2%以下。關(guān)于作為彈簧用鋼的基本成分的C含量，優(yōu)選為1.2%以下。若C含量超過(guò)1.2%，則鋼材脆化，缺乏實(shí)用性。上述基本成分以外是Fe和不可避免的雜質(zhì)(例如0.02%以下的S、0.02。/。以下的P等)，但根據(jù)需要也可以含有Cr、Ni、V、Nb、Mo、W、Cu、Ti、Co和稀土類元素(REM)中的1種以上。含有這些元素時(shí)的優(yōu)選含量根據(jù)各個(gè)元素而有所不同，為Cr:0.53%、Ni:0.5%以下、V:0.5%以下、Nb:0,1%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:0.1%以下、Ti:0.1%以下、Co:0.5%以下、REM:0.05%以下。(第二實(shí)施方式)基于本發(fā)明者們的研究的結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，如果適當(dāng)控制SrO、A1203、Si02、MgO、CaO和MnO的濃度，使氧化物系夾雜物中的各氧化物成分的比例適當(dāng)化，則氧化物系夾雜物在熱軋時(shí)的變形得到顯著促進(jìn)而容易微細(xì)化。歷來(lái)，還已知使氧化物系夾雜物系中的各氧化物的比例適當(dāng)，對(duì)于鋼材的特性提高有效(例如前述專利文獻(xiàn)13、57)，但疲勞強(qiáng)度卻未必良好，而通過(guò)平衡地含有這些元素，則判明硅鎮(zhèn)靜鋼線材的耐疲勞特性顯著提高。例如，CaO-Al203-Si02三成分系夾雜物，在一般己知的三元系相圖中，雖然可知在三成分某一組成范圍內(nèi)存在低熔點(diǎn)區(qū)域，但在任何一種成分變高的組成上，夾雜物的熔點(diǎn)反而變高，線材的耐疲勞特性降低。本實(shí)施方式的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，具有的一點(diǎn)是適當(dāng)調(diào)整存在于線材中的氧化物系夾雜物的組成，而規(guī)定構(gòu)成氧化物系夾雜物的各氧化物的含有率的理由如下。SrO是用于使夾雜物復(fù)合化而低烙點(diǎn)化必須的成分。若使夾雜物中含有SrO，則具有不會(huì)使玻璃的穩(wěn)定化過(guò)度降低，而使之低熔點(diǎn)化的效果。為了體現(xiàn)該效果，最低需要0.2%的SrO，優(yōu)選為1%以上。另一方面，若SrO的濃度變得過(guò)高，則夾雜物的熔點(diǎn)而反變高。因此需要SrO在15。/。以下。Si02是使玻璃成為穩(wěn)定的夾雜物所需的不可欠缺的成分，最低需要30%。另一方面，若Si02含量變得過(guò)剩，則硬質(zhì)的Si02結(jié)晶相生成，熱軋時(shí)的延伸分裂受到阻礙，因此需要在90°/。以下。[A1203:235%]八1203具有使硅鎮(zhèn)靜鋼的夾雜物組成低熔點(diǎn)化的效果。另外，還有在夾雜物中的CaO等的濃度變高時(shí)抑制結(jié)晶化的效果。為了體現(xiàn)這些效果，需要使之含有2%以上。然而，若八1203的含量過(guò)高，則在夾雜物中八1203結(jié)晶生成，熱軋時(shí)的延伸分裂受到阻礙，因此需要在35%以下。MgO和CaO使夾雜物成為最優(yōu)化的復(fù)合組成，是用于低熔點(diǎn)化所必須的成分。雖然MgO和CaO在單獨(dú)時(shí)均為高熔點(diǎn)，但卻具有使Si02系氧化物的熔點(diǎn)降低的效果。為了體現(xiàn)該效果，需要含有任意一種或合計(jì)達(dá)3%以上。但是，若它們的濃度過(guò)高，則夾雜物的熔點(diǎn)變高，MgO和CaO的結(jié)晶生成，阻礙熱軋時(shí)的延伸分裂。因此有上限。MgO和CaO因?yàn)樵诮Y(jié)晶生成能上有差異，所以上限不同，MgO為35。/。以下，CaO為50。/。以下。Li20具有使夾雜物中的結(jié)晶微細(xì)的效果，在使玻璃穩(wěn)定且控制在低熔點(diǎn)的本實(shí)施方式的鋼中，其具有的效果是，即使萬(wàn)一有結(jié)晶生成時(shí)，結(jié)晶也不會(huì)粗大。因此，使Li20含有也有用。為了發(fā)揮這樣的作用，優(yōu)選含有Li20為2%程度以上，但認(rèn)為通過(guò)0.1%左右的添加也會(huì)發(fā)揮一些效果，推定低濃度的添加至少不會(huì)引起不良后果。然而，Li20的含量超過(guò)20%而過(guò)剩被含有，其效果飽和。通過(guò)采用上述這樣適當(dāng)調(diào)整了夾雜物中的各成分比例的硅鎮(zhèn)靜鋼進(jìn)行彈簧成形，則能夠?qū)崿F(xiàn)耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧。本實(shí)施方式是設(shè)想作為彈簧的原材有用的硅鎮(zhèn)靜鋼線材而做的，對(duì)于其鋼種沒(méi)有特別限定，但為了控制夾雜物組成，優(yōu)選作為脫氧成分的Si和Mn含有0.1質(zhì)量。/。以上。更優(yōu)選為Si:1.4%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1.9%以上。但是，這些成分若過(guò)剩地被含有，則鋼材容易脆化，因此Si應(yīng)該在4.0°/。以下，Mn應(yīng)該在2.0。/。以下。為了進(jìn)行氧化物系夾雜物的組成控制，也可以積極地含有A1，但若過(guò)多則夾雜物中的A203濃度變高，存在成為斷線的原因的粗大Al203生成的可能性，因此優(yōu)選在0.0P/。以下。關(guān)于作為彈簧用鋼的基本成分的C含量，優(yōu)選為1.2%以下。若C含量超過(guò)1.2%，則鋼材脆化，缺乏實(shí)用性。上述基本成分以外是Fe和不可避免的雜質(zhì)(例如0.02°/。以下的S、0.02。/。以下的P等)，但根據(jù)需要也可以含有Cr、Ni、V、Nb、Mo、W、Cu、Ti、Co和稀土類元素(REM)中的l種以上。含有這些元素時(shí)的優(yōu)選含量根據(jù)各個(gè)元素而有所不同，為Cr:0.53%、Ni:0.5%以下、V:0.5%以下、Nb:0.1%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:0.1%以下、Ti:0.1%以下、CO:0.5%以下。另外，作為降低夾雜物粘性，進(jìn)一步發(fā)揮效果的元素，也可以按0.05Q/。以下的程度添加REM。通過(guò)采用如上述第一和第二實(shí)施方式這樣適當(dāng)調(diào)整了化學(xué)成分的硅鎮(zhèn)靜鋼線材進(jìn)行彈簧成形，則能夠?qū)崿F(xiàn)耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧。以下，列舉實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明當(dāng)然不受下述實(shí)施例限制，在能夠符合前述后的宗旨的范圍內(nèi)當(dāng)然也可以適當(dāng)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)。實(shí)施例(實(shí)施例1)實(shí)驗(yàn)以實(shí)機(jī)(或?qū)嶒?yàn)室級(jí))實(shí)施。即，實(shí)機(jī)是將以轉(zhuǎn)爐熔煉的鋼液出鋼到鑄桶中(實(shí)驗(yàn)室是熔煉500kg的鋼液，其模擬從轉(zhuǎn)爐出鋼的鋼液)，添加各種助劑而進(jìn)行成分調(diào)整，實(shí)施電極加熱和吹氬(argonbubbling),實(shí)施鋼液處理(烙渣精煉)。另外，調(diào)整了其他的成分后，根據(jù)需要在鋼液處理中添加Ca、Mg、Ce、Ba、Li等，保持5分鐘以上。對(duì)得到的鋼錠進(jìn)行鍛造和熱軋而成為直徑8.0mm的線材。對(duì)于得到的各鋼線材，以下述的方法測(cè)定鋼中的Sr和Li的含量，并且進(jìn)行模擬閥彈簧的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。(鋼中的Sr和Li的含量)1)含量為0.2ppm(mg/kg)以上時(shí)(定量下限值為0.2ppm)從作為對(duì)象的線材上提取試料0.5g放進(jìn)燒杯，加入純水、鹽酸和硝酸進(jìn)行加熱分解。放冷后，移入100mL(毫升)的量瓶中，作為測(cè)定溶液。用純水稀釋該測(cè)定溶液，使用ICP質(zhì)譜分析裝置(型號(hào)SPQ8000:精工電子公司制)，定量分析Sr和Li。2)含量低于0.2ppm(mg/kg)時(shí)(定量下限值為0.03ppm)從作為對(duì)象的線材上提取試料0.5g放進(jìn)燒杯，加入純水、鹽酸和硝酸進(jìn)行加水分解。其后添加鹽酸調(diào)整酸濃度，添加甲基異丁基酮(MIBK)并振蕩，將鐵分提取到MIBK相中。靜置后，只取出水相，移入100mL的量瓶中，作為測(cè)定溶液。用純水稀釋該測(cè)定溶液，使用ICP質(zhì)譜分析裝置(型號(hào)SPQ8000:精工電子公司制)，以上述的條件定量分析Sr和Li。[疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)(斷裂率)]對(duì)于各熱軋線材(直徑8.0mm)，經(jīng)削皮(直徑7.4mm)—拉絲后退火(patenting)—冷拉絲加工(直徑4mm)—油回火[油淬火和鉛浴(約45(TC)連續(xù)回火工序]制作直徑4.0mmx650mm的鋼絲。對(duì)于得到的鋼絲，進(jìn)行相當(dāng)于去應(yīng)力退火的處理(400°C)—噴丸處理—低溫退火200。C后，釆用中村式旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)，以常規(guī)應(yīng)力908MPa、轉(zhuǎn)速40005000rpm、停止次數(shù)2X107次進(jìn)行試驗(yàn)。然后，對(duì)于斷裂的之中夾雜物折損的鋼絲，根據(jù)下式求得斷裂率。斷裂率(％)=[夾雜物折損個(gè)數(shù)/(夾雜物折損個(gè)數(shù)+達(dá)到規(guī)定次數(shù)停止的個(gè)數(shù))]X100這些結(jié)罘與各線材的化學(xué)成分組成一起顯示在下述表1中。還有，關(guān)于Sr和Li以外的元素，由下述的方法測(cè)定。C:燃燒紅外線吸收法Si、Mn、Ni、Cr、V和Ti:ICP發(fā)射光譜分析法AI、Mg、Zr和REM:ICP質(zhì)譜分析法Ca:無(wú)火焰原子吸收法0:惰性氣體熔融法試玲N。.化學(xué)成分相成〖瑰鳳5i,Al.Sr.Co.Ha和Ug瑰B'P,)斷《串(％)cSiMnPsAISrCaM￥u其他i0.62.20.50.010.018260.3——620.81.50.70.010.0110130一—630.80.20.50.010.0151.30.53—一640.71.60.70.010,01321.560.2一—3750.62.40.30.010.0124"716一—960.61.90.90.010.012370.3一—100.71.50.70,010.010.44100.1一一3380.51.60.70.010.011，236一一5190.71.50.70.010.01181860.3——11101.02.01.60.010.01100.040.36——10110.52.00.90.010.016050-—25120.52.00.90.010.0，14060.3一—23130.62.40.40.010.0220151510—一B140.62.40.50.010.0161300—一33，50,91.60.70.010.018101619--35160.61.60.70.010.0150-30——38"0.61.60.70.010.0135350.3-一34180.62.00.90.010.012470.525一5190.72,00.90.010,01135117—5200.62.40.50,010.0194420.5—6210.52.00,70.010.CM30.1050,03—7220.62.00.90.010.018260.4—Cr:O.9,Ni:O.25、V:0.15230.61.50.70,010.021030一Cr:O.65、V:O.15240.61.90.90.010.0，230.47一V:O.5、M。0.38250.62.40.40.020.0120131510一V:O.5、Ti:0.01,W:O.0039260.62.40.50.0010.0194420.5Cr:3,Nb:0.LCo:0.014270.81.50.70,010.0110，30一Ni:O.5、Ce:0.00055由這些結(jié)果能夠進(jìn)行如下考察。試驗(yàn)No.13、5、6、9、10、13、181427，可知化學(xué)成分組成適當(dāng)，夾雜物組成也被控制在適當(dāng)?shù)姆秶?，能夠得到良好的疲勞?qiáng)度。相對(duì)于此，表l的試驗(yàn)No.4、7、8、11、12、1417，化學(xué)成分脫離適當(dāng)?shù)姆秶?，夾雜物的組成沒(méi)有控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，因此疲勞試驗(yàn)結(jié)果不良。試驗(yàn)No.4、7,雖然Sr、Ca和Mg得到了適當(dāng)?shù)目刂?，但Al濃度或高或低，斷裂率高。試驗(yàn)No.8、11、12，Sr濃度或高或低，斷裂率高。No.14、16，雖然Ba和Al濃度適當(dāng)，但Ca和Mg的濃度低，斷裂率高。試驗(yàn)No.15、17，雖然Ba和Al濃度適當(dāng)，但Ca和Mg的濃度過(guò)高，折損率高。還有，試驗(yàn)No.18，Li濃度脫離了優(yōu)選的上限，與No.l9相比，效果飽和。如此可知，需要對(duì)Sr、Ca、Mg和Al的全部進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?實(shí)施例2)實(shí)驗(yàn)以實(shí)機(jī)或?qū)嶒?yàn)室級(jí)實(shí)施。即，實(shí)機(jī)是將以轉(zhuǎn)爐熔煉的鋼液出鋼到鑄桶中(實(shí)驗(yàn)室是熔煉500kg的鋼液，其模擬從轉(zhuǎn)爐出鋼的鋼液)，添加各種助劑而實(shí)施成分調(diào)整、適宜電極加熱和(吹氬)，實(shí)施鋼液處理(熔渣精煉)。另外，根據(jù)需要在鋼液處理中添加Ca、Mg、Ce、Sr、Li等合金元素。接著，鑄造該鋼液成為鋼錠(實(shí)驗(yàn)室級(jí)以能夠得到與實(shí)機(jī)同等的冷卻速度的鑄模進(jìn)行鑄造)。對(duì)得到的鋼錠進(jìn)行鍛造和熱軋而成為直徑8.0mm的鋼線材。對(duì)于得到的各鋼線材，測(cè)定線材中的氧化物夾雜物的組成，并且進(jìn)行模擬閥彈簧的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。其測(cè)定方法如下述。[夾雜物組成(但除去Li02)]研磨熱軋的各鋼線材的L截面(含軸心的截面)，對(duì)于該研磨截面存在的氧化物系夾雜物300個(gè)，以EPMA(ElectronProbeMicroanalyzer)進(jìn)行組成分析，換算成氧化物，求得其平均值。還有，S濃度為5%以下的為氧化物系夾雜物。這時(shí)的EPMA的測(cè)定條件如下。EPMA裝置JXA-8621MX(日本電子株式會(huì)社制)分析裝置(EDS):TN-5500(TracorNorthern公司制)加速電壓20kv掃描電流5nA測(cè)定方法以能量色散分析進(jìn)行定量分析(測(cè)定粒子全域)[Li20的測(cè)定]夾雜物中的Li20濃度不能用EPMA測(cè)定，因此獨(dú)自開(kāi)發(fā)基于SIMS(SecondaryIonMassSpectroscopy:二次離子質(zhì)譜法)的分析法，按下述的順序進(jìn)行測(cè)定。(1)一次標(biāo)準(zhǔn)試料1)首先，通過(guò)EDX、EPMA等分析鋼中夾雜物的CaO、MgO、A1203、MnO、Si02、SrO等的各濃度。2)大量制作與除去了Li20的夾雜物為同組成的合成氧化物，和在其中添加了各種Li20的合成氧化物，通過(guò)化學(xué)分析定量分析其Li20濃度，制作標(biāo)準(zhǔn)試料。3)測(cè)定制作的各合成氧化物的Li對(duì)Si的相對(duì)二次離子強(qiáng)度。4)畫(huà)出Li對(duì)Si的相對(duì)二次離子強(qiáng)度，和上述l)中進(jìn)行了化學(xué)分析的Li20的濃度的檢量線。(2)二次標(biāo)準(zhǔn)試料(測(cè)定環(huán)境修正用)5)作為測(cè)定時(shí)的環(huán)境修正用，另行制作在Si晶片上離子注入有Li離子的標(biāo)準(zhǔn)試料，測(cè)定Li對(duì)Si的相對(duì)二次離子強(qiáng)度，在實(shí)施上述2)時(shí)修正。(3)實(shí)際的測(cè)定6)測(cè)定鋼中夾雜物的Li對(duì)Si的相對(duì)二次離子強(qiáng)度，通過(guò)上述4)求得的檢量線求得LbO濃度。對(duì)于各熱軋線材(直徑8.0mm)，經(jīng)削皮(直徑7.4mm)—拉絲后退火(patenting)~>冷拉絲加工(直徑4mm)—油回火[油淬火和鉛浴(約450°C)連續(xù)回火工序]制作直徑4.0mmx650mm的鋼絲。對(duì)于得到的鋼絲，進(jìn)行相當(dāng)于去應(yīng)力退火的處理(400°C)—噴丸處理—低溫退火后，采用中村式旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)，以常規(guī)應(yīng)力908MPa、轉(zhuǎn)速40005000rpm、停16止次數(shù)2X107次進(jìn)行試驗(yàn)。然后，對(duì)于斷裂的之中夾雜物折損的鋼絲，根據(jù)下式求得斷裂率。斷裂率(％)=[夾雜物折損個(gè)數(shù)/(夾雜物折損個(gè)數(shù)+達(dá)到規(guī)定次數(shù)停止的個(gè)數(shù))]xlOO鋼線材的化學(xué)成分組成與熔煉時(shí)的熔渣組成一起顯示在下述表1中，各鋼線材的夾雜物組成和耐疲勞特性(斷裂率)分別顯示在下述表2中。試粗N。.化學(xué)成分坦成*(質(zhì)鑿％>煤渣組成(質(zhì)黃％>CSiMnPs其他CaOSiO，MnOMkOSrO310.62.20.50.010.01—3635335tr320.81.50.70.010.01一211550633tr330.62.20.70.010.01—5183235什340.62.20.50.010.01-106452305350,71,60.70.010.01—1038302105tr360.71.60.70.010.01一203035234tr370.61.90.90.010.01一4533523"7tr380.61.90.90.010.01一46138236tr390.62.20.60.010.01一2912341318tr400.62.20.50.010.01一3010342315tr410.52.00.50.010.01—301745231tr420.82,00.70.010.01—301545430.5tr430.82.00.30.010.01—26472401tr440.62.20.60.010.01一53530134tr450.82.20.50.010.01—120582312tr460.62.10.50.010.01-351235235470.62.00.40.010,01一351135231480.62,20.70.010.01—2180214"7490.62.20.50,010.01一1944523321500.62.00.9?！?10.01351038235tr510.61.50.70.010.01Cr:O.65,V:O.1201551632tr520.63.00.50.010.01V:O.5.Mo:0.358023tr531.02.22.00.010,01Nb:O.1,Ce:O.0005,Ti:O.01107472265tr余承，鐵和不可通免的雜質(zhì).[表3]<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>由這些結(jié)果能夠進(jìn)行如下考察。試驗(yàn)No.3134、36、37、40、41、4653夾雜物組成得到了適當(dāng)?shù)乜刂?，可知能夠得到良好的疲勞?qiáng)度。相對(duì)于此，No.35、38、39、4245，夾雜物中的組成脫離本發(fā)明規(guī)定的范圍，因此疲勞試驗(yàn)結(jié)果不良。詳細(xì)地說(shuō)，試驗(yàn)No.35、38，雖然Si02、CaO和MgO的濃度得到了適當(dāng)?shù)目刂?，但?203濃度或高或低，斷裂率高。試驗(yàn)No.39、42，SrO濃度或高或低，斷裂率高。試驗(yàn)No.43，雖然Si02、CaO和八1203的濃度得到了適當(dāng)?shù)目刂?，但MgO濃度過(guò)高，斷裂率高。試驗(yàn)No.44，雖然Si02、MgO和Al203的濃度得到了適當(dāng)?shù)目刂?，但CaO濃度過(guò)高，斷裂率高。試驗(yàn)No.45，雖然MgO、Al203和SrO的濃度得到了適當(dāng)?shù)目刂疲獵aO+MgO的合計(jì)低，斷裂率高。權(quán)利要求1.一種耐疲勞特性優(yōu)異的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，以質(zhì)量ppm計(jì)含有Sr0.03～20ppm、Al1～30ppm，并且，以質(zhì)量％計(jì)含有Si0.2～4％，并且，還在以質(zhì)量ppm計(jì)合計(jì)為0.5～30ppm的范圍內(nèi)含有Mg和/或Ca。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，以質(zhì)量ppm計(jì)在0.0320ppm的范圍內(nèi)含有Li。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，由以質(zhì)量。/。計(jì)含有C:1.2°/。以下但不含0%、Mn:0.12.0%的鋼材構(gòu)成。4.一種耐疲勞特性優(yōu)異的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，存在于線材中的氧化物系夾雜物以質(zhì)量％計(jì)含有Si02:3090%、A1203:235%、MgO:35%以下但不含0%、CaO:50%以下但不含0%、MnO:20%以下但不含0%和SrO:0.215%，并且(CaO+MgO)的合計(jì)含量以質(zhì)量％計(jì)為3%以上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，存在于線材中的氧化物系夾雜物還以質(zhì)量％計(jì)在0.120%的范圍內(nèi)含有Li20。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，由以質(zhì)量％計(jì)含有C:1.2%以下但不含0%、Sh0.14.0%、Mm0.12.00/o、Al:0.01%以下但不含0%的鋼材構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，還含有Cr、Ni、V、Nb、Mo、W、Cu、Ti、Co和稀土類元素中的1種以上的元素。8.根據(jù)權(quán)利要求3、6或7所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，其特征在于，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。9.一種彈簧，其特征在于，由權(quán)利要求18中任一項(xiàng)所述的硅鎮(zhèn)靜鋼線材得到。全文摘要提供一種用于得到耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，和由此鋼線材得到的耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧。本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，除了分別含有Sr0.03～20ppm(“質(zhì)量ppm”的意思，下同)、Al1～30ppm和Si0.2～4％(“質(zhì)量％”的意思，下同)以外，還在合計(jì)0.5～30ppm的范圍內(nèi)含有Mg和/或Ca。另外，本發(fā)明的硅鎮(zhèn)靜鋼線材，存在于線材中的氧化物系夾雜物分別含有SiO₂30～90％、Al₂O₃2～50％、MgO35％以下(不含0％)、CaO50％以下(不含0％)、MnO20％以下(不含0％)和SrO0.2～15％，且(MgO+CaO)的合計(jì)含量為3％以上。通過(guò)由這種鋼線材成形彈簧，能夠得到耐疲勞特性優(yōu)異的彈簧。文檔編號(hào)C22C38/06GK101553587SQ200780045339公開(kāi)日2009年10月7日申請(qǐng)日期2007年12月3日優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日發(fā)明者坂本浩一,杉村朋子申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所