高强度中空弹簧用无缝钢管的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是【申请号】201180008289. 6,申请日：2011.03. 03,发明名称："高强度中空 弹簧用无缝钢管"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及高强度的中空弹簧用无缝钢管，特别是涉及适于汽车所使用的中空形 状的悬架弹簧等的制造的高品质的无缝钢管。
【背景技术】
[0003] -般来说，卷簧是卷绕实心的单线而形成，但为了使其轻量化，已知使用中空的单 线、即管状的单线的想法在专利文献1等中被提出，但是，其制造困难，加上过去的市场需 求也不那么强烈，从而处于还没有达到实用化的状况。
[0004] 另一方面，近年来，对于以汽车为中心的各种车辆的轻量化的需求正在进一步提 高，不仅是受到尾气限制的汽油车，即使是今后期望的电动汽车，从削减消耗能源的观点出 发，也把车体整体的轻量化作为将来需要贯彻的不可或缺的主题加以定位，随之而来的现 状是，关于使作为悬吊的主要部件的悬架弹簧中空化的技术再次受到注目，面向其实用化 的真正的开发得到推进。
[0005] 可是，该中空悬架弹簧是以直径16mm左右的小径的钢管（仅称为管）为原材，以 热态或冷态进行弹簧成形，接着实施淬火、回火等的热处理，最终进行装配、喷丸硬化等而 成为制品，但因为作为原材的钢管会很大程度左右悬架弹簧的特性，所以重要的是维持并 使该原材钢管的品质提尚。
[0006] 作为该中空弹簧用原材钢管，当初从制造成本的方面出发，研宄的是电焊钢管 (焊接管），但弹簧用钢材（JISG4801) -般是含有0. 5%以上的C的高C钢，另外含有Si和 Mn等的合金元素，因此判明不适合造管，不适合必须进行焊接工序的这种制造，以至无缝钢 管的应用得到研宄。
[0007] 关于无缝钢管的制法，一般是通过需要特殊的穿孔工序（曼内斯曼穿孔）的被称 为曼内斯曼法的热轧法，或者不需要这种穿孔工序的热挤压法等，而进行坯锭的热加工，再 进行冷加工，从而得到制品尺寸的钢管，作为前者的以采用曼内斯曼法为前提的技术，提出 有专利文献2所述的技术。该技术规定曼内斯曼穿孔前的加热温度条件和中间热处理条 件，一边确保一定的品质一边改善加工性，但生产率差的方面，因为以上述可以穿孔的原材 为前提，所以制造强度高的钢管有困难，此外还有在钢管的内周面发生表面伤痕等的问题。
[0008] 为了消除这一问题，使用后者的热挤压法的技术在专利文献3和4中被提出。两 个文献所公开的技术，作为热挤压法均采用静水压挤压。
[0009] 然而，以在这些现有技术中所得到的无缝钢管为原材的中空弹簧的强度水平充其 量停留在IlOOMPa级，为了进一步轻量化，期望开发出具有更高强度的耐久性优异的中空 弹簧用的无缝钢管。
[0010] 先行技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 :日本特公昭58 - 137666号公报
[0013] 专利文献2 :日本专利第2512984号公报
[0014] 专利文献3 :日本特开2007 - 125588号公报
[0015] 专利文献4 :日本特开2007 - 127227号公报
【发明内容】
[0016] 本发明鉴于上述的技术背景而做，其课题在于，提供一种可以制造高强度、耐久性 优异的中空弹簧的高品质的无缝钢管。
[0017] 本发明作为用于解决上述课题的手段，在此提出以下面的内容作为要旨的高强度 中空弹簧用无缝钢管。
[0018] (1) -种高强度中空弹簧用无缝钢管，其特征在于，包括：C :0· 20~0· 70质量％、 Si :0· 5 ~3. 0 质量％、Mn :0· 1 ~3. 0 质量％、P :0· 030 质量％ 以下（含 0% )、S :0· 030 质 量％以下（含〇% )、N :0.02质量％以下（含0% )，余量是Fe和不可避免的杂质，碳化物 以当量圆直径计为1. 〇〇 Um以下。
[0019] (2)根据（1)所述的高强度中空弹簧用无缝钢管，其中，还含有从如下之中选择的 一种以上，Cr :3. 0质量％以下（不含0%，下同）、B :0. 0150质量％以下、Al :0. 10质量％ 以下、V :1. 0质量％以下、Ti :0.30质量％以下、Nb :0.30质量％以下、Ni :3. 0质量％以下、 Cu :3.0质量％以下、Mo :2.0质量％以下、Ca :0.0050质量％以下、Mg :0.0050质量％以下、 REM :0.020质量％以下、Zr :0. 10质量％以下、Ta:0. 10质量％以下、Hf :0. 10质量％以下。
[0020] 根据本发明，能够提供可以制造1150MPa级以上的高强度、耐久性优异的中空弹 簧的高品质的无缝钢管。
[0021] 另外，根据本发明，能够推进悬架弹簧等的悬吊部件的中空化，能够实现汽车等车 辆的进一步轻量化。
【具体实施方式】
[0022] 本发明者们着眼于根据所述【背景技术】中阐述的专利文献3和4所公开的技术而取 得的无缝钢管的强度提高中存在极限，就此问题进行了锐意研宄，其结果探明，这些现有技 术的高强度化的阻害要因是存在于钢管的金属组织中的粗大碳化物。
[0023] 即，在专利文献3和4的现有技术中，在无缝钢管的制造过程中为了确保其加工 性，会反复实施以650~750°C加热原材而使之软化的热处理（参照专利文献3的公报
[0060]、[0063]和专利文献4的公报[0031]、[0039]所述的加热工序（D)、（H))，即所谓的 球状化退火。因此制造的钢管成为含有粗大化的碳化物的组织。然后，虽然在以该钢管为 原材的中空弹簧的制造工序中进行淬火处理，但是上述粗大化的碳化物不能完全固溶，而 是以未固溶的状态残存，该碳化物使弹簧的硬度降低，如前述，可知会阻碍高强度化。
[0024] 特别是近年来，在进行弹簧钢材的淬火处理时，从加热时的防脱碳、旧奥氏体粒径 的微细化带来的弹簧特性的提高的观点出发，处于采用高频加热等的急速加热，使加热时 间缩短化的倾向，因此在这样的淬火处理的条件下，钢中的未固溶的粗大碳化物的残存显 著呈现。
[0025] 另外，在专利文献3和4的现有技术中，虽然可以使淬火处理的条件中的热温度达 到高温而使碳化物完全固溶，但在这种情况下，奥氏体粒径粗大化，产生弹簧的疲劳特性劣 化的问题而不为优选。
[0026] 连同上述发现一起，对于可以使无缝钢管的钢中的碳化物固溶和抑制奥氏体粒径 的粗大化的适当的条件进一步进行研宄、实验时确认，通过将钢管的金属组织中的碳化物 的尺寸控制在一定值以下，能够提供作为所述课题的能够制造高强度、耐久性优异的中空 弹簧的无缝钢管，直至完成了所述解决手段中展示的本发明。
[0027] 以下，对于本发明的内容，按照本发明无缝钢管的金属组织、成分和实施例的顺序 进行详述。
[0028] 〔 1〕本钢管的金属组织
[0029] (1)碳化物的尺寸以当量圆计为1. 00 μm以下
[0030] 在本发明中，显著的特征在于，存在于无缝钢管的金属组织中的渗碳体（Fe3C)等 的金属元素的碳化物（M3C，M7C3, M23C6等）的尺寸以当量圆计为1. 00 ym以下。还有，在里 所说的所谓金属元素的碳化物，是以上述渗碳体为首的例如Mn、Cr、V、Ti、Nb、Ta、Hf等的 碳化物及其复合碳化物，此外还意味着在所述碳化物和复合碳化物的一部中含有Fe的碳 化物等。如此，使组织中的碳化物的尺寸为1. 〇〇 μm以下，在中空弹簧的制造时的淬火处理 中，能够使碳化物迅速完全地固溶，且也能够抑制奥氏体粒径的粗大化，使之维持在很小的 20 μπι以下，其结果是，可以制造1150MPa级以上的高强度、耐久性优异的中空弹簧。
[0031] 该碳化物的尺寸为1.00 μπι以下即可，但越微细，在淬火处理的加热时越容易固 溶，因此能够使奥氏体粒径进一步微细化，对于提高弹簧的大气疲劳特性、即耐久性有利。 因此，碳化物的尺寸优选为0. 80 μπι以下，更优选为0. 60 μπι