CN110036131A

CN110036131A - 具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法

Info

Publication number: CN110036131A
Application number: CN201780075012.2A
Authority: CN
Inventors: 金宽镐; 金汉辉; 郑会荣; 李炳甲; 全英洙
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: WO2018106016A1; CN110036131B; EP3553198C0; US20200063228A1; EP3553198A1; KR101867709B1; JP7018444B2; EP3553198B1; EP3553198A4; JP2020509158A

Abstract

本发明的一个方面涉及一种具有高强度和优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材，其中，Cr、Cu和Ni的含量的组合被控制为合适的水平，腐蚀坑的最大深度被设定为一定水平以下，并且含有Mo的细碳化物被设定为一定水平以上。

Description

具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法

技术领域

本公开涉及一种具有高强度和优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法，其可以优选地应用于用于车辆的悬架弹簧、扭力杆和稳定器等。

背景技术

近来，已经需要降低用于车辆的材料的重量以提高车辆的燃料效率，并且已经设计了使用在淬火和回火工艺之后具有1800MPa或更高的高强度材料来制造悬架弹簧以响应对轻质材料的需求。

弹簧用钢通过以下工艺形成为弹簧。在通过热轧工艺制造线材之后，在热成型弹簧的情况下，借助于依次进行的加热工艺、成型工艺、以及淬火和回火工艺将线材制造成弹簧，并且在冷成型弹簧的情况下，借助于依次进行的拉拔工艺以及淬火和回火工艺将线材制造成弹簧。

通常，当材料被设计成具有高强度时，韧性可能由于晶界脆性耐性或者由于其他原因而劣化，并且还可能增加裂纹敏感性。因此，尽管可以实现高强度，但是如果材料的耐腐蚀性降低，则如车辆的悬架弹簧的外部暴露的部件可能具有在去除涂料的区域中产生的腐蚀坑，并且该部件可能由于疲劳裂纹从腐蚀坑扩散而在早期阶段受损。

悬架弹簧的腐蚀环境可能由于用于防止道路表面在冬季结冰的融雪剂而增加。因此，对具有高强度及改善的耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢的需求增加。

悬架弹簧的腐蚀疲劳指的是弹簧的断裂。当弹簧表面上的涂料由于道路表面上的砾石或异物而被去除时，没有涂料的部分的材料暴露于外部，这可能引起点蚀反应，并且可能产生腐蚀坑并且腐蚀坑长大，使得可能从该坑产生裂纹并且扩展。然后，来自外部源的氢可能聚集在裂纹上并可能致使氢脆，这可能导致弹簧断裂。

为了改善弹簧的耐腐蚀疲劳性能，在现有技术中已经采用了增加合金元素的类型及含量的方法。在参考文献1中，Ni的含量增加至0.55重量％以提高耐腐蚀性，从而增加腐蚀疲劳寿命，并且在参考文献2中，增加Si的含量以产生在回火期间析出的微粒化碳化物，从而提高耐腐蚀疲劳强度。在参考文献3中，使Ti析出物(强氢捕获位点)与V、Nb、Zr和Hf析出物(弱氢捕获位点)平衡以改善氢延迟断裂抗性，从而改善弹簧的腐蚀疲劳寿命。

然而，由于Ni是昂贵的元素，当添加大量的Ni时，材料成本可能增加。对于Si来说，Si是引起脱碳的代表性元素，因此，如果Si的含量增加，则可能导致相当大的风险。产生析出物的元素Ti、V、Nb等可能降低腐蚀疲劳寿命，因为当材料固化时，所述元素可能从液体材料中结晶出粗大的碳氮化物。

为了实现弹簧的高强度，在现有技术中已经采用了添加合金元素的方法和降低回火温度的方法。作为通过添加合金元素来实现高强度的方法，已经采用了使用C、Si、Mn和Cr来提高淬火硬度的方法，并且使用Mo、Ni、V、Ti和Nb等相对昂贵的合金元素通过快速冷却和回火热处理可以增加钢材的强度。然而，这些技术可能会增加材料成本。

还通过改变普通部件系统中的热处理条件而不改变合金组成来增加钢材的强度。当回火温度降低时，材料的强度可能增加。然而，当回火温度降低时，断面收缩率(areareduction rate)可能降低，这可能导致韧性劣化，并且还可能在形成和使用弹簧时导致弹簧的早期破裂以及其他问题。

因此，有必要开发一种具有高强度和优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法。

(现有技术)

(参考文献1)日本公开专利公报No.2008-190042

(参考文献2)日本公开专利公报No.2011-074431

(参考文献3)日本公开专利公报No.2005-023404

发明内容

技术问题

本公开的一方面是提供一种具有高强度和优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法，所述方法通过将Cr、Cu和Ni的含量的组合控制为一定水平，将腐蚀坑的最大深度控制为一定水平以下，并且将含有Mo的细碳化物的含量控制在一定水平以上而进行。

同时，本公开的目的不限于上述特征。可以基于说明书中的描述来理解本公开的目的，并且对于本领域技术人员而言，在包含本公开的领域中理解本公开的其他目的可能并不困难。

技术方案

本公开的一方面涉及一种具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材，该线材以重量％计包含：C：0.40％至0.70％，Si：1.30％至2.30％，Mn：0.20％至0.80％，Cr：0.20％至0.80％，Cu：0.01％至0.40％，Ni：0.10％至0.60％，Mo：0.01％至0.40％，P：0.02％或更少，S：0.015％或更少，N：0.01％或更少，以及余量的Fe和不可避免的杂质，该线材满足下面的式1，

显微组织包含50面积％或更少的铁素体和余量的珠光体，

并且线材包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。

本公开的另一方面涉及一种制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法，该方法包括：将小方坯加热至900℃至1100℃，该小方坯以重量％计包含：C：0.40％至0.70％，Si：1.30％至2.30％，Mn：0.20％至0.80％，Cr：0.20％至0.80％，Cu：0.01％至0.40％，Ni：0.10％至0.60％，Mo：0.01％至0.40％，P：0.02％或更少，S：0.015％或更少，N：0.01％或更少，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并且该小方坯满足下面的式1；

通过在800℃至1000℃下对经加热的小方坯进行精热轧而获得线材；以及

卷取线材并冷却线材以使得将线材保持在600℃至700℃范围内的温度的时间为31秒或更长。

式1：-0.14≤0.70[Cr]-0.76[Cu]-0.24[Ni]≤0.47

(其中，每个元素符号是以重量％表示的每种元素的含量的值。)

本公开的另一方面涉及一种具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝及其制造方法。

上述解决方案不一定列出了本公开的所有特征。参照下面描述的示例性实施方案，将进一步理解本公开的各种特征及其优势和效果。

有益效果

根据本公开，可以提供具有高强度和优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法。

附图说明

图1是示出了根据一个示例性实施方案的根据腐蚀坑的最大深度的相对腐蚀疲劳寿命的曲线图；以及

图2是示出了根据一个示例性实施方案的根据Mo基碳化物的数量的相对腐蚀疲劳寿命的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本公开的实施方案。然而，本公开可以修改为各种其他实施方案，并且本公开的范围可以不限于下面所描述的示例性实施方案。提供这些实施方案是为了帮助本领域技术人员理解本公开。

为了解决上述问题，在本公开中，已经研究了影响弹簧用钢的耐腐蚀性的各种有效因素。另外，腐蚀疲劳是对弹簧的破坏。当弹簧表面上的涂料被去除而产生腐蚀坑时，裂纹产生并从腐蚀坑扩展，并且来自外部的氢集中在裂纹上，使得弹簧可能断裂。考虑到上述问题，基于如下理由提出了本公开。

Cr——合金元素之一——通常已知作为可以提高耐腐蚀性的元素，但作为盐水喷雾试验的结果，当Cr含量增加时，耐腐蚀疲劳性能降低。另外，Cu和Ni在腐蚀反应期间在非晶材料的表面上形成腐蚀锈，使得腐蚀速度降低。因此，为了提高弹簧用钢的耐腐蚀疲劳性能，将Cr、Cu和Ni的含量的组合控制在适当的水平可能是重要的。

另外，在腐蚀反应中在材料表面上产生的腐蚀坑的最大深度越大，耐腐蚀疲劳性能越差。特别地，腐蚀坑的宽度越窄越深，耐腐蚀疲劳性能越差。因此，为了提高弹簧用钢的耐腐蚀疲劳性能，将腐蚀坑的最大深度控制在一定水平以下可能是必要的。

另外，为了防止来自外部的氢聚集在裂纹上，使用细碳化物捕获氢可能是必要的，并且包含作为主要成分的V、Ti、Nb、Mo等合金元素的碳化物——不是渗碳体——可以用作细碳化物。此外，在700℃以下析出的纳米级且细小的Mo基碳化物可以有效地捕获氢，并且当碳化物除了包含Mo之外还包含V、Ti、Nb等作为主要成分时，碳化物在含有Mo时可以具有优异的氢捕获效果。

因此，在本公开中，可以通过以下方式来提供具有高强度和优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材、钢丝及其制造方法：控制Cr、Cu和Ni的含量的组合，将腐蚀坑的最大深度控制在一定水平以下，以及将包含Mo的细碳化物的含量控制在一定水平以上。

具有耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材

在下面的描述中，将更详细地描述具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材。

具有优异腐蚀疲劳的弹簧用线材可以以重量％计包含：C：0.40％至0.70％，Si：1.30％至2.30％，Mn：0.20％至0.80％，Cr：0.20％至0.80％，Cu：0.01％至0.40％，Ni：0.10％至0.60％，Mo：0.01％至0.40％，P：0.02％或更少，S：0.015％或更少，N：0.01％或更少，以及余量的Fe和不可避免的杂质，该线材可以满足下面的式1，显微组织可以包含50面积％或更少的铁素体和余量的珠光体，并且该线材可以包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。

在下面的描述中，将更详细地描述示例性实施方案的合金组成。在示例实施方案中，除非另有说明，否则每个元素含量的单位可以是重量％。此外，该合金组成可以应用于制造线材的方法，并且还可以应用于钢丝和制造钢丝的方法。

C：0.40％至0.70％

C是为确保弹簧强度而添加的必要元素。为了得到C的效果，可以优选添加0.40％或更高的C。当C的含量超过0.70％时，在淬火和回火工艺的热处理期间可以形成孪晶马氏体(twin-type martensite)组织，并且可能在材料中产生裂纹，这可能显著降低疲劳寿命，可能提高缺陷敏感性，并且当产生腐蚀坑时可能显著降低疲劳寿命或断裂应力。因此，C的优选含量可以为0.40％至0.70％。

C的更优选的下限含量可以为0.45％，更优选的上限含量可以为0.65％。

Si：1.30％至2.30％

Si可以溶解于铁素体中，可以增强基体材料的强度并且可以改善抗变形性。

当Si的含量小于1.30％时，Si溶解在铁素体中以提高基体材料的强度并改善抗变形性的效果可能不充分。因此，Si的优选下限含量可以为1.30％，更优选的下限可以为1.45％。当Si的含量超过2.30％时，抗变形性的改善效果可能饱和，使得不能通过额外添加的Si获得显著效果，并且在热处理期间可能发生表面脱碳。因此，Si的优选上限含量可以为2.30％，并且更优选的上限可以为2.25％。

Mn：0.20％至0.80％

如果钢材中包含Mn，则Mn可以通过提高钢材的淬透性来确保钢材的强度。

当Mn的含量小于0.20％时，可能难以获得具有高强度的弹簧用材料所需的足够的强度和淬透性，反之，当Mn的含量超过0.80％时，淬透性可能过度增加而使得在热轧工艺之后的冷却期间可以容易地形成马氏体硬质组织，并且可能越来越多地产生MnS夹杂物，这会降低耐腐蚀疲劳性能。因此，Mn的优选含量可以为0.20％至0.80％。

Mn的更优选的下限含量可以为0.30％，并且甚至更优选的下限含量可以为0.40％。Mn的更优选的上限含量可以为0.75％，并且甚至更优选的上限含量可以为0.70％。

Cr：0.20％至0.80％

Cr可以用于抗氧化性、回火软化性以及防表面脱碳性并确保淬透性。

当Cr的含量小于0.20％时，可能难以确保足够的抗氧化性、回火软化性、表面脱碳性和淬透性的效果。当Cr的含量超过0.80％时，抗变形性可能降低而使得强度可能降低。因此，Cr的优选含量可以为0.20％至0.80％。

Cr的更优选的下限含量可以为0.22％，并且甚至更优选的上限可以为0.75％。

Cu：0.01％至0.40％

可以添加Cu以改善耐腐蚀性。当Cu的含量小于0.01％时，耐腐蚀性的改善效果可能不充分，反之，当Cu的含量超过0.40％时，在热轧工艺期间，脆性可能会降低，这可能导致裂纹以及其他问题。因此，Cu的优选含量可以为0.01％至0.40％，Cu的更优选含量可以为0.05％至0.30％。

Ni：0.10％至0.60％

可以添加Ni以改善淬透性和韧性。当Ni的含量小于0.10％时，淬透性和韧性的效果可能不充分，反之，当Ni的含量超过0.60％时，残余奥氏体的量可能增加，这可能降低疲劳寿命，并且由于Ni较昂贵而可能增加制造成本。因此，Ni的优选含量可以为0.10％至0.60％。

Mo：0.01％至0.40％

Mo可以通过与碳或氮一起形成碳氮化物而有助于细化显微组织，并且可以用作氢的捕获位点。为了获得该效果，Mo的优选含量可以为0.01％或更高。然而，当Mo的含量过多时，很可能在热轧工艺之后的冷却期间产生马氏体硬质组织，并且可能产生粗大的碳氮化物，这可能降低钢材的挠性(flexibility)。因此，Mo的优选上限含量可以为0.40％。

P：0.02％或更少

P是杂质。P可能偏析到晶界中并可能使韧性降低。因此，可以优选将P的上限含量控制为0.02％。

S：0.015％或更少

S是杂质。S可以作为具有低熔点的元素偏析到晶界中并可以降低韧性，并且还可以产生大量的MnS，这可能降低弹簧的耐腐蚀性。因此，优选将S的上限含量控制为0.015％。

N：0.01％或更少

氮化物(N)可以通过与硼(B)反应而容易地产生BN，并且可以降低淬火效应(quenching effect)，因此，可能需要将N的含量控制得相对较低。考虑到工艺负荷，可以优选将N的含量控制在0.01％或更少。

在示例性实施方案中还可以添加铁(Fe)。在一般的制造工艺中，不可避免地会加入来自原材料或周围环境的不期望的杂质，因此可能不排除Fe。本领域技术人员可能知道这些杂质，因此，在示例性实施方案中不会详细描述杂质。

式1：-0.14≤0.70[Cr]-0.76[Cu]-0.24[Ni]≤0.47

(在式1中，每个元素符号是按重量％表示的每种元素的含量的值。)

Cr、Cu和Ni可能需要满足上述每种元素含量，并且还可以满足上面的式1。

已知Cr是可以改善耐腐蚀性的元素，但是随着弹簧用钢中Cr含量的增加，耐腐蚀疲劳性能可能降低。原因是Cr在腐蚀反应期间可能使坑底部的pH降低，使得Cr可以在坑中产生强酸性气氛并可以使坑的最大深度增大。因此，Cr的含量越高，耐腐蚀疲劳性能就越差。

Cu和Ni可以在腐蚀反应中在非晶材料的表面上形成腐蚀锈，使得Cu和Ni可以降低腐蚀速度。因此，研究了Cr、Cu和Ni的含量与弹簧用钢的耐腐蚀疲劳性能的降低之间的相关性，并且Cr的有效率(effect rate)为0.70，Cu的有效率为-0.76，以及Ni的有效率为-0.24。通过控制相关性以满足上述式1，改善了耐腐蚀疲劳性能。

除了上述合金组成之外，还可以添加选自0.01％至0.20％的V、0.01％至0.15％的Ti和0.01％至0.10％的Nb中的一种或更多种元素。

V：0.01％至0.20％

V可以提高强度并且可以有助于晶粒细化。此外，V可以通过与碳(C)或氮(N)一起形成碳氮化物而用作渗入钢的氢的捕获位点，并使得V可以防止氢渗入钢中并可以减少对钢的腐蚀。

当V的含量小于0.01％时，上述效果可能不充分。当V的含量过多时，制造成本可能增加。因此，V的优选上限含量可以为0.20％。

Ti：0.01％至0.15％

Ti可以通过形成碳氮化物引起析出硬化效果来提高弹性，并且可以通过晶粒细化和析出强化来提高强度和韧性。Ti也可以作为渗入钢的氢的捕获位点，使得Ti可以防止氢渗透到钢中并且可以减少钢的腐蚀。

当Ti的含量小于0.01％时，在析出强化和作为氢捕获位点的析出频率降低方面可能不是有效的。当Ti的含量超过0.15％时，制造成本可能显著增加，由于析出导致的弹簧性能的改善效果可能饱和，并且在奥氏体热处理期间未溶解到基体材料中的粗大的合金碳化物的量使得粗大的合金碳化物可以作为非金属夹杂物起作用。因此，疲劳性能和析出强化的效果可能降低。

Nb：0.01％至0.10％

Nb可以通过与碳或氮一起形成碳氮化物而有助于组织细化，并且可以用作氢的捕获位点。为了获得该效果，Nb的优选含量可以为0.01％或更高。然而，当Nb的含量过多时，可能形成粗大的碳氮化物，这可能降低钢的延展性。因此，Nb的优选上限含量可以为0.10％。

示例性实施方案中的线材的显微组织可以包含50面积％或更少的铁素体和余量的珠光体。上述面积分数是不包含析出物测量的。

当铁素体的面积分数超过50面积％时，材料的强度可能显著降低，使得在最终热处理之后，可能无法实现所期望的强度水平。

此外，除铁素体之外的其余部分是珠光体。当除了铁素体和珠光体之外还存在如马氏体的硬质组织时，在拉拔线材的工艺中线材可能会断裂。

示例性实施方案中的线材可以包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。

为了防止来自外部的氢聚集在裂纹上，可能需要使用细碳化物来捕获氢，并且包含作为主要成分的V、Ti、Nb、Mo等合金元素的碳化物、而不是渗碳体可以用作细碳化物。包含作为主要成分的Mo的碳化物可以在600℃至700℃的温度范围内以纳米尺寸析出，使得氢捕获效果可以显著增强。当碳化物包含V、Ti、Nb等作为主要成分时，氢捕获效果在包含Mo时可以显著增强。

因此，可以优选包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物，更优选地可以包含8.5×10⁴/mm²或更高的Mo基碳化物。

Mo基碳化物的数量在制造钢丝时不会显著改变，但是Mo基碳化物的数量可能略微减少。因此，更优选在线材状态下确保9.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。

Mo基碳化物可以包含基于碳化物的5重量％或更高的Mo。这是因为，如上所述，当碳化物包含V、Ti、Nb等作为主要成分时，氢捕获效果在包含Mo时可以显著增强。

制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法

在下面的描述中，将根据示例性实施方案更详细地描述制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法。

制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法可以包括：将满足上述合金组成的小方坯加热至900℃至1100℃；通过在800℃至1000℃下对经加热的小方坯进行精热轧而获得线材；以及卷取线材并冷却线材，使得将小方坯保持在600℃至700℃范围内的温度的时间可以是31秒或更长。

加热小方坯

可以将满足上述合金组成的小方坯加热至900℃至1100℃。

小方坯的加热温度可以是900℃或更高，因为通过使模制工艺期间所产生的所有粗大的碳化物熔融，合金元素可以均匀地分布在奥氏体中。当小方坯的加热温度超过1100℃时，小方坯可能被过度加热，使得热量消耗可能增加，并且时间可能延长，这可能导致过度的脱碳。

热轧

可以通过将经加热的小方坯精热轧至800至1000℃而获得线材。

精轧的温度可以是800℃或更高，以促进细碳化物的析出。当精轧的温度低于800℃时，辊中承受的负荷可能增加，并且当精轧的温度超过1000℃时，晶粒的尺寸可能增大，使得韧性可能降低，并且在冷却工艺中相变可能延迟，因此，可能产生马氏体硬质组织。

卷取和冷却

在卷取线材之后，可以冷却线材，使得将线材保持在600至700℃范围内的温度的时间可以是31秒或更长。

控制将线材保持在600℃至700℃范围内的温度的时间为31秒或更长的原因可以是为了确保在冷却工艺期间完成珠光体转变的足够时间而不产生马氏体硬质组织，并充分析出包含作为主要成分的Mo的细碳化物。

具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝

在一个示例性实施方案中的具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝可以满足上述合金组成，显微组织可以是回火马氏体单相，并且钢丝可以包含8.0×10⁴计数/mm²或更高Mo基碳化物。由于显微组织是回火马氏体单相，并且包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物，因此可以提高耐腐蚀疲劳性能。回火马氏体单相可以指主要由回火马氏体形成且余量为不可避免的杂质组织的组织。

为了防止来自外部的氢聚集在裂纹上，可能需要使用细碳化物来捕获氢，并且包含作为主要成分的V、Ti、Nb、Mo等合金元素的碳化物、而不是渗碳体可以用作细碳化物。包含作为主要成分的Mo的碳化物可以在600℃至700℃的温度范围内以纳米尺寸析出，使得氢捕获效果可以显著增强，并且当包含作为主要成分的碳化物V、Ti、Nb等时，氢捕获效果在包含Mo时可能显著增强。因此，可以优选包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物，更优选地可以包含8.5×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。在制造钢丝时，Mo基碳化物可以在制造线材时产生，并且Mo基碳化物在加热工艺和冷却工艺期间不会改变但可能略微减少。

示例性实施方案中的钢丝的腐蚀坑的最大深度可以是120μm或更小。

在腐蚀反应中，在材料表面上产生的腐蚀坑的最大深度越深，弹簧用钢的耐腐蚀疲劳性能就越差。特别地，腐蚀坑越窄越深，施加至坑的应力越大，这可能显著降低耐腐蚀疲劳性能。

可以在将如下周期重复14次之后测量腐蚀坑的最大深度：在该周期中，将钢丝样品放入盐水喷雾试验机中，在35℃的气氛中将5％盐水喷雾到钢丝样品上持续4小时，在25℃的温度和50％的湿度的气氛中将钢丝样品干燥持续4小时，并且将钢丝样品润湿持续16小时直到湿度变为100％为止。考虑弹簧用钢的使用环境来设定最恶劣的条件，并且当在上述条件下腐蚀坑的最大深度为120μm或更小时，可以确保改善的耐腐蚀疲劳性能。

示例性实施方案中的钢丝的抗拉强度可以是1800MPa或更高。

制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝的方法

在一个示例性实施方案中制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝的方法可以包括：通过对由上述示例性实施方案中所描述的制造线材的方法制造的线材进行拉拔来获得钢丝；通过将钢丝加热至850℃至1000℃并将经加热的钢丝保持1分钟或更长来使钢丝奥氏体化；以及将经奥氏体化的线材油冷至25℃至80℃并在350℃至500℃下对线材进行回火。

当加热后的保持时间少于1分钟时，铁素体和珠光体的组织可能不会被充分加热，使得线材不会转变成奥氏体，因此，可以优选将加热时间控制为1分钟或更长。另外，油冷温度是通常使用的条件，因此，油冷温度可以没有特别限制。

当回火温度低于350℃时，可能无法确保韧性，因此，线材可能在成型工艺期间及产品状态中断裂。当回火温度超过500℃时，强度可能降低。因此，优选的回火温度可以是350℃至500℃。

发明实施方式

在以下描述中，将更详细地描述本公开的实施方案。应当指出的是，提供示例性实施方案是为了更详细地描述本公开，并且不限制本公开的权利范围。可以基于权利要求中所记载的主题和从主题事项合理推断的事项来确定本公开的权利范围。

将具有下表1中的组成的小方坯加热至1000℃，并在900℃下精轧后卷取。在卷取后的冷却过程中，在600℃至700℃范围中的温度保持下表2中所列出的时间，并制造出线材。观察线材的显微组织并列于下表2中。

对线材进行拉拔，在975℃下加热15分钟，置于70℃的油中并快速冷却，并将经冷却的线材在390℃下保持30分钟，并且制造出钢丝。

测量钢丝的抗拉强度、腐蚀坑的最大深度、Mo基碳化物和相对腐蚀疲劳寿命并列于下表2中。所有显微组织均为马氏体单相。

在收集根据ASTM E 8标准的钢丝的拉伸样品之后，通过进行拉伸试验来测量抗拉强度。

对于Mo基碳化物，样品沿横截面切割，通过复制法(replica method)提取细碳化物，并使用透射电子显微镜和能量色散X射线光谱法分析细碳化物，并且根据结果将含有5％或更多的Mo的碳化物的含量列于下表2中。

将如下周期重复14次并且测量腐蚀坑的最大深度和相对腐蚀疲劳寿命测量：在该周期中，将钢丝样品放入盐水喷雾试验机中，在35℃的气氛中将5％盐水喷雾到钢丝样品上持续4小时，在25℃的温度和50％的湿度的气氛下将钢丝样品干燥持续4小时，并且将钢丝样品润湿持续16小时直到湿度变为100％为止。

使用共聚焦激光显微镜(confocal laser microscope)来测量腐蚀坑的最大深度。

通过进行旋转弯曲疲劳试验测量相对腐蚀疲劳寿命，疲劳试验的速度为3000rpm，并且施加至样品的重量为抗拉强度的40％。测试10个样品的腐蚀疲劳寿命，并且对除了具有最高疲劳寿命的样品和具有最低疲劳寿命的样品之外的8个样品的疲劳寿命取平均。将平均值确定为相应样品的腐蚀疲劳寿命。当比较例1的腐蚀疲劳寿命为1时，其他样品的相对腐蚀疲劳寿命列于表2中。

[表1]

在上面的表1中，式1表示0.70[Cr]-0.76[Cu]-0.24[Ni]的值。

[表2]

在上表2中，F表示铁素体，P表示珠光体，并且M表示马氏体。

满足本公开中所描述的合金组成和制造条件的发明例1至5具有优异的抗拉强度和相对腐蚀疲劳寿命。比较例的相对腐蚀疲劳寿命在0.97与1.28之间，但发明例的相对腐蚀疲劳寿命在3.23与8.21之间，发明例的相对腐蚀疲劳寿命显著增加。

比较例确保了1800MPa或更高的抗拉强度，但是不满足本公开中所描述的合金组成和制造条件，因此，相对腐蚀疲劳寿命劣化。

比较例的腐蚀坑的最大深度为128μm或更大，并且Mo基碳化物的数量结果为小于8×10⁴计数/mm²。

如在比较例6和7中，如果不满足示例性实施方案中所描述的合金组成，那么即使满足示例性实施方案中所描述的制造条件，相对腐蚀疲劳寿命也相对较低。另外，如在比较例8和9中，即使满足示例实施方案中所描述的合金组成，但是当不满足600℃至700℃下的保持时间时，相对腐蚀疲劳寿命也相对较低。

此外，当如比较例3至5、8和9中那样在线材状态下形成马氏体硬质组织时，在拉拔工艺期间经常发生线材的断裂，因此难以将线材制造为钢丝。

图1是示出了根据一个示例性实施方案的根据腐蚀坑的最大深度的相对腐蚀疲劳寿命的图表。腐蚀坑的最大深度越小，相对腐蚀疲劳寿命越大，并且当腐蚀坑的最大深度大于120μm时，相对腐蚀疲劳寿命显著降低。

图2是示出了根据Mo基碳化物的数量的相对腐蚀疲劳寿命的图表。Mo基碳化物的数量越多，相对腐蚀疲劳寿命增加得越大，并且当Mo基碳化物的数量小于8.0×10⁴计数/mm²时，相对腐蚀疲劳寿命显著降低。

虽然已经在上面示出并描述了示例性实施方案，但是本公开的范围不限于此，并且对于本领域技术人员来说明显的是，可以在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下做出改型和变型。

Claims

1.一种具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材，所述线材包含：

以重量％计，C：0.40％至0.70％，Si：1.30％至2.30％，Mn：0.20％至0.80％，Cr：0.20％至0.80％，Cu：0.01％至0.40％，Ni：0.10％至0.60％，Mo：0.01％至0.40％，P：0.02％或更少，S：0.015％或更少，N：0.01％或更少，以及余量的Fe和不可避免的杂质，

其中，所述线材满足下面的式1：

式1：-0.14≤0.70[Cr]-0.76[Cu]-0.24[Ni]≤0.47

其中，每个元素符号是以重量％表示的每种元素的含量的值，

其中，显微组织包含50面积％或更少的铁素体和余量的珠光体，以及

其中，所述线材包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。

2.根据权利要求1所述的弹簧用线材，还包括：

选自以重量％计0.01％至0.20％的V、0.01％至0.15％的Ti和0.01％至0.10％的Nb中的一种或更多种元素。

3.根据权利要求1所述的弹簧用线材，其中，所述Mo基碳化物包含基于碳化物的5重量％或更高的Mo。

4.一种制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用线材的方法，所述方法包括：

将小方坯加热至900℃至1100℃，所述小方坯以重量％计包含：C：0.40％至0.70％，Si：1.30％至2.30％，Mn：0.20％至0.80％，Cr：0.20％至0.80％，Cu：0.01％至0.40％，Ni：0.10％至0.60％，Mo：0.01％至0.40％，P：0.02％或更少，S：0.015％或更少，N：0.01％或更少，以及余量的Fe和不可避免的杂质，并且所述小方坯满足下面的式1，

式1：-0.14≤0.70[Cr]-0.76[Cu]-0.24[Ni]≤0.47

其中，每个元素符号是以重量％表示的每种元素的含量的值；

卷取所述线材并冷却所述线材以使得将所述线材保持在600℃至700℃范围内的温度的时间为31秒或更长。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述小方坯还包含选自以重量计为0.01％至0.20％的V、0.01％至0.15％的Ti和0.01％至0.10％的Nb中的一种或更多种元素。

6.一种具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝，所述钢丝包含：

以重量％计，C：0.40至0.70％，Si：1.30至2.30％，Mn：0.20至0.80％，Cr：0.20至0.80％，Cu：0.01至0.40％，Ni：0.10至0.60％，Mo：0.01至0.40％，P：0.02％或更少，S：0.015％或更少，N：0.01％或更少，以及余量的Fe和不可避免的杂质，

其中，所述钢丝满足下面的式1：

式1：-0.14≤0.70[Cr]-0.76[Cu]-0.24[Ni]≤0.47

其中，显微组织为回火马氏体，并且

其中，所述钢丝包含8.0×10⁴计数/mm²或更高的Mo基碳化物。

7.根据权利要求6所述的弹簧用钢丝，还包括：

选自以重量％计为0.01％至0.20％的V、0.01％至0.15％的Ti和0.01％至0.10％的Nb中的一种或更多种元素。

8.根据权利要求6所述的弹簧用钢丝，其中，所述Mo基碳化物包含基于碳化物的5重量％或更高的Mo。

9.根据权利要求6所述的弹簧用钢丝，其中，所述钢丝的腐蚀坑的最大深度为120μm或更小。

10.根据权利要求6所述的弹簧用钢丝，其中，所述钢丝的抗拉强度为1800MPa或更高。

11.一种制造具有优异耐腐蚀疲劳性能的弹簧用钢丝的方法，所述方法包括：

通过对由权利要求4或权利要求5中所述的方法所制造的线材进行拉拔来获得所述钢丝；

通过将所述钢丝加热至850℃至1000℃并将经加热的钢丝保持1分钟或更长来使所述钢丝奥氏体化；以及

将经奥氏体化的线材油冷至25℃至80℃然后在350℃至500℃下对所述线材进行回火。