BRPI0702836B1

BRPI0702836B1 - Aço tratado termicamente para molas

Info

Publication number: BRPI0702836B1
Application number: BRPI0702836-9B1A
Authority: BR
Inventors: Masayuki Hashimura; Tatsurou Ochi; Takayuki Kisu; Hiroshi Hagiwara
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2014-05-27
Also published as: CN103556063A; WO2007114491A1; EP2003223A4; EP2003223B1; JP5114665B2; JPWO2007114491A1; KR20080009699A; BRPI0702836A; US20090205753A1; KR100949372B1; CN101321884A; EP2003223A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "AÇO TRA- TADO TERMICAMENTE PARA MOLAS".

CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se a um aço para molas bobinadas a quente ou a frio, de alta resistência e alta tenacidade, em particular aço para molas tratado termicamente de alta resistência bobinado a frio e nitretado.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Juntamente com a redução no peso e com a melhoria na per- formance de automóveis, as molas estão sendo produzidas com maior resis- tência. Um aço de alta resistência tendo um limite de resistência à tração excedendo 1500 MPa após o tratamento térmico está sendo usado para mo- las. Em anos recentes, um arame de aço tendo um limite de resistência à tração que excede 2100 MPa está também sendo procurado. Isto é para ga- rantir uma dureza do material onde mesmo com algum amolecimento devido ao recozimento de alívio de tensões, com a nitretação, e com outros aque- cimentos no momento da produção da mola, não há problemas para a mola.

Além disso, é conhecido que com a nitretação ou jato- percussão, a dureza da superfície aumenta e a durabilidade durante a fadiga da mola é notavelmente melhorada, mas a característica de ajuste da mola não é determinada pela dureza da superfície. A resistência ou dureza interna do material da mola tem também um grande efeito. Portanto, é importante projetar-se ingredientes capazes de manter a dureza interna extremamente alta.

Como uma técnica para isso, há uma invenção que adiciona V, Nb, Mo ou outro elemento para formar carbonetos finos dissolvendo-se por têmpera e precipitando-se por revenido e limitando assim o movimento de deslocamentos e melhorando a propriedade antiajuste (por exemplo, veja a Japanese Patent Publication (A) n° 57-32353).

Por outro lado, entre os métodos para produção de molas heli- coidais de aço, há o "bobinamento a quente" compreendendo aquecer o aço até a região da austenita para bobinamento, e então resfriando-o e tempe- rando-o e o "bobinamento a frio" compreendendo resfriar e temperar o aço previamente e bobinar a frio o arame de aço de alta resistência resultante.

Com o bobinamento a frio, é possível usar-se revenido em óleo, tratamento de alta freqüência etc. permitindo o rápido aquecimento e a têmpera no mo- mento da produção do arame de aço, então é possível reduzir o tamanho de grão da austenita anterior do material da mola. Como resultado, é possível produzir-se uma mola superior em características de fratura. Além disso, é possível simplificar o forno de aquecimento e outros equipamentos na linha de produção de molas, então há vantagens para os produtores de molas bem como isso leva a uma redução nos custos de capital. Recentemente, molas estão sendo trabalhadas a frio. Em molas de suspensão, em compa- ração com molas de válvulas, são usados arames de aço mais grossos, mas o bobinamento a frio é introduzido devido às suas vantagens.

Entretanto, se o arame de aço para uso em molas para bobina- mento aumenta em resistência, ele quebrará no momento do bobinamento a frio e, em muitos casos, será incapaz de ser conformado na forma de uma mola. Até agora, tanto resistência quanto capacidade de trabalho não pude- ram ser alcançadas, então o arame teve que ser bobinado pelos métodos industrialmente desvantajosos de bobinamento a quente, e então resfriando- se e revenindo-se para se obter tanto a resistência quanto a capacidade de trabalho.

Além disso, quando se bobina a frio e se nitrifica arames de aço tratados termicamente e de alta resistência para garantir sua resistência, acredita-se ser eficaz adicionar-se grandes quantidades de V, Nb, e outros assim chamados elementos de ligação provocando a precipitação de carbo- netos finos no aço. Entretanto, se realmente se adicionarem grandes quanti- dades, elas não se dissolverão pelo aquecimento no momento da têmpera, mas crescerão mais brutos e formarão os assim chamados carbonetos não- dissolvidos que se tornarão fatores responsáveis por fraturas no momento do bobinamento a frio. Portanto, uma tecnologia focalizando nos carbonetos não-dissolvidos também foi visto. Há uma invenção visando uma melhoria da performance pelo controle não apenas dos elementos de ligação, mas também dos carbonetos tais como a cementita presente em grandes quantidades no aço (por exem- plo, vide o Pedido de Patente do Japão (A) n° 2002-180198).

Essas patentes prescrevem os carbonetos esféricos em detalhes e tentam alcançar tanto a capacidade de trabalho quanto uma maior resis- tência da mola, mas mesmo se se suprimirem os carbonetos de tais carbo- netos esféricos relativamente claros (á base de liga e à base de cementita), há limites para um posterior aumento da resistência e melhoria da perfor- mance da mola. Isto é, esses meios por natureza suprimem fortemente "de- feitos" e suprimem a deterioração da capacidade de trabalho. Há também limites para o reforço da performance da mola.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção tem como seu objetivo o fornecimento de aço tratado termicamente para uso em molas que seja bobinado a frio, pos- sa alcançar tanto resistência suficiente à temperatura comum quanto capa- cidade de bobinamento, tenha um limite de resistência à tração de 2000 MPa ou mais, e possa melhorar a performance como mola pelo tratamento térmico após a fabricação da mola.

Os inventores controlaram o N, que nunca foi considerado até agora, para suprimir a formação de carbonetos não-dissolvidos, mesmo com a adição de elementos de ligação, e alcançar tenacidade e, como capacida- de de trabalho, uma alta resistência e capacidade de bobinamento ao mes- mo tempo, e usaram a subseqüente nitretação e outros tratamentos térmicos para utilizar ao máximo a precipitação do tipo carbonetos finos nunca antes considerada de modo a desenvolver um aço tratado termicamente capaz de melhorar a performance da mola.

Isto é, a presente invenção tem como sua essência o seguinte: (1) Aço para molas caracterizado por conter, em % em massa, C: 0,45 a 0,9% Si: 1,0 a 3,0% Mn: 0,1 a 2,0% V: acima de 0,1 a 1,0% N: limitado a 0,007% ou menos, e O saldo sendo Fe e as inevitáveis impurezas, e satisfazendo, em termos do valor analisado do resíduo extraído após o tratamento térmico, [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)] □ [quantidade de V no aço (% em massa)] x 0,4. (2) Arame de aço tratado termicamente para uso em molas con- forme apresentado no item (1) caracterizado por também conter, % em mas- sa, um ou mais elementos entre Cr: 0,5 a 2,5%, Nb: 0,001 a menos que 0,05%, Ti: 0,001 a menos que 0,05%, W: 0,05 a 0,5%, Mo: 0,05 a 0,5%, Ta: 0,001 a 0,5%, Ni: 0,05 a 3,0%, Cu: 0,05 a 0,5%, Co: 0,05 a 3,0%, B: 0,0005 a 0,006%, Te: 0,0002 a 0,01%, Sb: 0,0002 a 0,01%, Mg: 0,0001 a 0,0005%, Zr: 0,0001 a 0,0005%, Ca: 0,0002 a 0,01%, e Hf: 0,0002 a 0,01%. (3) Arame de aço tratado termicamente para uso em molas con- forme apresentado nos itens (1) ou (2) caracterizado também por restringir, % em massa, o teor de Al a 0,005% ou menos. (4) Aço tratado termicamente para uso em molas caracterizado por ter os ingredientes do aço conforme apresentado em qualquer um dos itens (1) a (3), tendo um número de tamanho de grão de austenita anterior após a têmpera e revenido de n° 10 ou maior, e tendo uma austenita residu- al em uma quantidade de 15% em massa ou menos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista esquemática para explicar um filtrado passando através de um filtro de 0,2 οατι na análise de V pela eletrólise (mé- todo da velocidade). A Figura 2 é uma vista mostrando a relação entre a temperatura de recozimento e as características de tração (limite de resistência a tração e limite de escoamento) para mostrar o efeito da "quantidade de V (% em massa) no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι".

MELHOR FORMA DE EXECUÇÃO DA INVENÇÃO

Os inventores prescreveram as composições químicas para a obtenção do aço de alta resistência e também tratado termicamente para controlar as formas dos carbonetos no aço e garantir capacidade de bobi- namento suficiente para a produção de molas e assim inventaram um aço termicamente tratado para uso em molas permitindo uma melhoria da per- formance da mola pelo recozimento ou por outro tratamento térmico após a fabricação da mola. Os detalhes estão mostrados abaixo. Inicialmente serão explicadas as composições químicas do aço. C: 0,4 a 0,9% O C é um elemento que tem um grande efeito na resistência bá- sica do material de aço. Para se obter uma resistência mais suficiente do que no passado, a quantidade foi feita 0,4 a 0,9%. Se for menor que 0,4%, uma resistência suficiente não pode ser obtida. Em particular, mesmo no caso de se eliminar a nitretação para melhorar a performance da mola, para garantir uma resistência suficiente da mola, 0,4% ou mais de C é preferível.

Se for maior que 0,9%, resulta de fato uma sobre co-precipitação e uma grande quantidade de cementita bruta se precipita, então a tenacidade é no- tavelmente reduzida. Isto reduz simultaneamente as características do bobi- namento. Portanto, o limite superior da quantidade de C foi feito 0,9%.

Além disso, a relação com a microestrutura também próxima. Se menos de 0,4%, o número de carbonetos é pequeno, então a razão de área das regiões onde a distribuição do carboneto é localmente menor que em outras partes (doravante referidas como "regiões pobres em carbonetos") aumenta facilmente e uma resistência e tenacidade suficientes ou capacida- de de bobinamento (ductilidade) são difíceis de se obter. Portanto, a quanti- dade é preferivelmente feita 0,55% ou mais, do ponto de vista do equilíbrio da resistência e do bobinamento, é mais preferivelmente feita 0,6% ou mais.

Por outro lado, quando a quantidade de C é grande, a dissolu- ção dos carbonetos à base de liga ou à base de cementita pelo aquecimento no momento da têmpera tende a tornar-se difícil. Quando a temperatura de aquecimento no momento do tratamento térmico é alta e quando o tempo de aquecimento é curto, a resistência e a capacidade de bobinamento são fre- qüentemente insuficientes.

Além disso, os carbonetos não dissolvidos também têm um efei- to nas regiões pobres em carbonetos. Se o C forma carbonetos não dissolvi- dos no aço, a quantidade real de C na matriz cai e a razão de área da assim chamada região pobre em carbonetos, onde a distribuição de carbonetos torna-se menor que outras locações, algumas vezes aumenta. Essas regiões pobres em carbonetos reduzem as propriedades mecânicas, então devem ser evitadas a todo custo. Por esta razão, também, carbonetos não- dissolvidos e outras distribuições irregulares de C no aço são preferivelmen- te evitados.

Além disso, se a quantidade de C é aumentada, no caso de aço de médio carbono, a forma da martensita no momento do revenido torna-se geralmente uma ripa de martensita, enquanto se a quantidade de C for grande, é sabido que a forma muda para martensita lenticular. Como resul- tado da pesquisa e desenvolvimento, os inventores descobriram que a distri- buição de carbonetos de uma estrutura de martensita temperada formada revenindo-se a martensita lenticular é menor em densidade de carboneto se comparado com a obtida revenindo-se martensita em ripas. Portanto, au- mentando-se a quantidade de C, o aumento na martensita lenticular ou nos carbonetos não-dissolvidos faz com que as regiões pobres em carbonetos aumentem em alguns casos.

Por esta razão, o teor é preferivelmente feito 0,7% ou menos, mais preferivelmente 0,65%, onde o carboneto não-dissolvido ou as regiões pobres em carbonetos podem ser reduzidos com relativa facilidade.

Si: 1,0 a 3,0% Si é um elemento necessário para garantir a resistência da mola e a dureza e a característica anticura. Se for menor que esta quantidade, a resistência necessária e a característica antiajuste são insuficientes, então 1,0% foi feito o limite inferior. Além disso, o Si tem o efeito de fazer os preci- pitados à base de carboneto de Fe, nos limites dos grãos, esféricos e mais finos. Há um efeito de fazer os carbonetos de Fe mais finos e reduzir a razão de área ocupada dos limites dos grãos se precipita nos limites dos grãos.

Entretanto, se adicionado em quantidades muito grandes, não apenas o ma- terial é feito endurecer, mas também é tornado frágil. Portanto, para evitar a fragilização após a têmpera e o revenido, o limite superior foi tornado 3%.

Aqui, os "carbonetos à base de ferro" incluem, em adição à assim chamada cementita, o Fe2-3C conhecido como Qcarboneto etc. O Si é também um elemento que contribui para abrandar a resis- tência ao revenido, de modo a produzir um material de arame de alta resis- tência, uma grande quantidade é preferivelmente adicionado em uma certa extensão. Especificamente, adicionar-se 2% ou mais é preferível. Por outro lado, para se obter uma capacidade de bobinamento estável, preferivelmen- te 2,6% ou menos são adicionados.

Mn: 0,1 a 2,0% Mn é freqüentemente usado para desoxidação ou imobilização do S no aço como MnS e melhora a capacidade de têmpera para se obter uma dureza suficiente após o tratamento térmico. Para garantir essa estabi- lidade, 0,1% é feito o limite inferior. Além disso, para evitar a fragilização pe- lo Μη, o limite superior foi feito 2,0%. Além disso, para alcançar tanto resis- tência quanto capacidade de bobinamento, 0,3% a 1,0% é preferível. Quan- do se dá prioridade para o bobinamento, fazer sua quantidade ser 1,0% ou menos é eficaz. V: acima de 0,1 a 1.0% Na presente invenção, o controle do V é um ponto importante.

Aqui, será explicada quantidade de adição de V. Ο V provoca precipitação de carbonetos e o endurecimento no momento do revenido para uma preci- pitação secundária de endurecimento etc. de modo que pode ser utilizado para o endurecimento do arame de aço na temperatura de revenido ou para o endurecimento da camada de superfície no momento da nitretação. Além disso, a formação de nitretos, carbonetos, e carbonitretos é eficaz para su- pressão do embrutecimento do tamanho de grão da austenita, então a adi- ção é preferível.

Entretanto, nitretos, carbonetos, e carbonitretos de V são tam- bém formados no ponto A3 da temperatura de transformação da austenita do aço ou mais, então quando insuficientemente dissolvido, permanece facil- mente como carbonetos (nitretos) não dissolvidos. Os carbonetos não dis- solvidos não apenas tornam-se a causa de uma fratura no momento do bo- binamento da mola, mas também "consomem esbanjadoramente ο V". Eles reduzem o efeito de melhoria da resistência ao amolecimento do revenido e ao endurecimento da precipitação secundária devido ao V adicionado e aca- bam reduzindo a performance da mola. Portanto, até agora, a quantidade preferível de adição de V foi considerada como sendo industrialmente 0,1% ou menos.

Entretanto, na presente invenção, a quantidade de N é controla- da para suprimir a formação de nitretos, carbonetos e carbonitretos à base de V no ponto A3 da temperatura de transformação da austenita ou mais, de forma que muito mais V possa ser adicionado. A quantidade de V adicionada foi portanto tornada maior que 0,1% a 1,0%. Se a quantidade de adição for 0,1% ou menos, há um pequeno efeito de melhoria da dureza da camada de nitreto, um aumento da profundidade da camada de nitreto, ou outros efeitos da adição de V, então o teor é feito acima de 0,1%, mais preferivelmente 0,15% ou mais. Além disso, se a quantidade de adição for maior que 1,0%, a dureza é reduzida e, da mesma forma que com o Mo, uma estrutura super- resfriada resulta facilmente o que provoca facilmente fendas ou fraturas no momento da estampagem. Portanto, 1,0%, onde um manuseio industrial- mente estável torna-se fácil, foi feito o limite superior.

Nitretos, carbonetos e carbonitretos de V são também formados no ponto A3 da temperatura de transformação da austenita do aço ou mais, então quando esses são insuficientemente dissolvidos, eles permanecem facilmente como carbonetos (nitretos) não-dissolvidos. Portanto, se conside- rarmos a capacidade industrial atual para controlar o teor de nitrogênio, in- dustrialmente o teor é preferivelmente feito 0,5% ou menos, mais preferivel- mente 0,4% ou menos.

Por outro lado, no endurecimento da superfície por nitretação, o material é reaquecido até uma temperatura de 300Ό ou mais, para suprimir o endurecimento da camada mais externa ou abrandar a dureza interna de- vido à nitretação, a adição de mais de 0,1% é necessária. 0,15% ou mais é preferível, também 0,2% ou mais adicionado é preferível. Esses pontos se- rão explicados em detalhe na seção de explicação da designação da quanti- dade de V no filtro. N: restrito a 0,007% ou menos Na presente invenção , é prescrito um valor limite estrito de N □ 0,007%. Os efeitos do N no aço são como segue: (1) ele está presente como N dissolvido na ferrita e suprime o movimento de deslocações na ferrita para assim fazer a ferrita endurecer, (2) forma nitretos com Ti, Nb, V, Al, B, e ou- tros elementos de ligação para afetar a performance do material de aço. O mecanismo etc. será explicado mais tarde. (3) Ele afeta o comportamento de precipitação da cementita e de outros carbonetos à base de ferro e afeta a performance do material de aço.

No aço de molas, a resistência é garantida pelos elementos de ligação tais como C, Si, e V, então o efeito de endurecimento pelo N dissol- vido não é grande. Por outro lado, quando se considera o trabalho a frio (bo- binamento) da mola, ele suprime o movimento de deslocações e portanto suprime a deformação das peças trabalhadas e provoca a fragilização das peças trabalhadas, então diminui as características de bobinamento.

Além disso, entre os elementos definidos na reivindicação 1, ο V forma precipitados no aço a uma alta temperatura. Os ingredientes químicos são principalmente nitretos a uma alta temperatura. Juntamente com a têm- pera, eles são mudados em forma de carbonitretos e carbonetos. Portanto, os nitretos formados a uma alta temperatura tornam-se facilmente núcleos para a precipitação de carbonetos de V. Isto significa que carbonetos não dissolvidos são facilmente formados no momento do aquecimento no pro- cesso de patenteamento ou têmpera. Essas formas de núcleo facilmente crescem de tamanho.

Além disso, se visto do ponto de vista da cementita, nas molas de alta resistência tais como as da presente invenção, a partir da resistência requerida, o revenido é executado a uma temperatura de revenido de 300 a δΟΟΌ. No aço de molas, a partir dos ingredientes característicos, os carbo- netos à base de ferro formados no momento do revenido são mudados com- pletamente na forma para Qcarbonetos ou [Tcarbonetos (a assim chamada cementita Fe3C). Portanto,isto tem efeito na ductilidade e em outras proprie- dades mecânicas do aço. O N tem também um efeito na formação de seus carbonetos. Se a quantidade de N for pequena, a ductilidade e a tenacidade a 350 a 500Ό são melhoradas.

Além disso, se o N exceder 0,007%, nitretos à base de V são facilmente formados, uma grande quantidade e, dependendo da forma da ferrita ou dos carbonetos, o aço é fragilizado;

Na presente invenção, para reduzir o dano de tal N, a quantida- de de N é limitada a 0,007% ou menos. Além disso, a quantidade de N é preferivelmente mantida em 0,004% ou menos. Além disso, conforme será explicado mais tarde, é também eficaz adicionar-se leves quantidades de um ou mais elementos entre Ti, Ta, e Nb.

Originalmente, se a quantidade de N contiver 0,004% ou menos, uma boa performance pode algumas vezes ser obtida mesmo sem a adição de um ou mais entre Ti, Ta, e Nb, mas algumas vezes é difícil reduzir esta- velmente industrialmente a quantidade para 0,004% ou menos ou isto é des- vantajoso em termos de custo de produção. Portanto, a adição de uma quantidade leve de um ou mais entre Ti, Ta e Nb prova ser uma técnica rea- lista.

Se adicionar-se uma quantidade leve de um ou mais entre Ti, Ta e Nb, uma vez que esses elementos formam nitretos a alta temperatura, o nitrogênio dissolvido é de fato reduzido, então um efeito similar pode ser ob- tido como com a redução da quantidade de adição de N. Portanto, é também possível aumentar o limite de adição de N. Entretanto, se a quantidade de N exceder 0,007%, a quantidade de formação de nitretos de V, Nb ou Ti se tornaria muito grande. Como resultado, a quantidade de carbonetos não- dissolvidos tornar-se-ia maior e TiN e outras inclusões duras aumentariam, então a tenacidade cairía e as características de durabilidade da fadiga e as características de bobinamento cairíam. Portanto, o limite superior da quan- tidade de N foi restrito a 0,007%.

Isto é, mesmo quando se adiciona um ou mais elementos entre Ti, Ta e Nb, se a quantidade de N tornar-se muito grande ou a quantidade de adição de um ou mais entre Ti, Ta e Nb tornar-se muito grande, nitretos bru- tos de Ti, Ta e Nb seriam formados e reciprocamente tornar-se-iam prejudi- ciais, então a quantidade de adição de um ou mais entre Ti, Ta e Nb tem que ser mantida modesta.

Por esta razão, o limite superior da quantidade de N é preferi- velmente 0,005% ou menos, mais preferivelmente 0,004% ou menos.

Esse controle de precisão do N suprime a fragilização da ferrita e suprime a formação de nitretos à base de V e portanto suprime a formação e o crescimento de carbonetos não-dissolvidos. Além disso, controlar a for- ma dos carbonetos à base de ferro permite a melhoria da tenacidade.

Dessa forma, mesmo quando se adiciona Ti, Ta ou Nb, se con- siderar-se a facilidade do tratamento térmico, etc., a quantidade de N é pre- ferivelmente feita 0,005% ou menos. Quanto menor a quantidade de N, me- Ihor.Enquanto substancialmente 0% é também certo, o N é facilmente mistu- rado pela atmosfera no processo de fabricação do aço, etc., então conside- rar os custos de produção e a facilidade no processo de desnitratação, a quantidade é preferivelmente 0,0015% ou mais. A provisão de que, em termos de valor analisado do resíduo ex- traído após o tratamento térmico, [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)] □ [quantidade de V no aço (% em massa)] x 0,4 será explicada a seguir.

Esta provisão é um ponto chave da presente invenção. No pas- sado os carbonetos esféricos não-dissolvidos claramente observados foram principalmente prescritos, mas esta provisão não apenas faz isto, mas tam- bém permite uma grande quantidade de precipitados de carbonetos de V eficazes para a performance final da mola a ser obtida pela supressão dos carbonetos brutos à base de V, independentemente da precipitação histórica de forma esférica ou não-esférica ou dissolvidos ou não dissolvidos, e por- tanto promovendo a dispersão de uma grande quantidade de carbonetos finos à base de V após a fabricação da mola e a melhoria da performance da mola através de um controle do aço.

Um tamanho de grão pequeno de austenita é melhor para a du- rabilidade da fadiga, então reduzindo-se a temperatura no momento da têm- pera é eficaz. Entretanto, isto simultaneamente aumenta os carbonetos não- dissolvidos, então é necessário formar-se precipitados finos ou V dissolvido eficaz mesmo após o recozimento como na presente invenção. Por esta ra- zão, deve ser prestada atenção às condições do tratamento térmico do pro- cesso até a têmpera tais como laminação e patenteamento de forma a per- mitir suficiente dissolução mesmo a temperaturas de aquecimento de tempe- raturas relativamente baixas onde o tamanho do grão de austenita pode ser reduzido.

Considerando-se a presença de tais carbonetos não-dissolvidos, os inventores descobriram que filtrando-se a solução eletrolizada a um po- tencial constante em um filtro, os carbonetos à base de V que permanecem no filtro são carbonetos não-dissolvidos ou carbonetos brutos similares e que ο V que melhora as propriedades do aço após a têmpera e o revenido muito provavelmente passou através do filtro.

Especificamente os inventores descobriram que se [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)] após a têm- pera e o revenido for maior que [quantidade de V no aço (% em massa)] x 0,4,. Tanto a resistência quanto a capacidade de trabalho podem ser alcan- çadas antes do recozimento sem prejudicar a capacidade de trabalho da mola e que, também, a quantidade de V dissolvido ou de precipitados à base de V que se precipitam no momento do aquecimento e do recozimento da nitretação etc. é grande, as propriedades mecânicas (limite de escoamento) após o recozimento são grandes, e a performance da mola é superior.

Aqui, será explicado o método para medição de [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)]. A Figura 1 é uma vista esquemática para explicar o filtrado passando através de um filtro de 0,2 οατι na análise do V por eletrólise (método da velocidade). Conforme mostrado na Figura 1, na presente invenção um arame de aço tratado termi- camente, temperado e revenido é eletrolizado para dissolver o componente ferrita e obter uma solução eletrolítica 1 pelo método da velocidade. Esta solução é filtrada 2 para obter um resíduo extraído 4 em um filtro 3. Além disso, ο V está também presente no filtrado 5, filtrado pelo filtro de 0,2 οατι.

Para a eletrólise, é usado o assim chamado método da veloci- dade. Esse método é também usado para a preparação de réplicas de amostras para microscópios do tipo de transmissão eletrônica para observa- ção de materiais terrosos. O potencial e a solução são estritamente contro- lados durante a eletrólise para permitir que o componente ferrita seja prefe- rencialmente eletrolizado. Especificamente, é usado um sistema de eletrólise de potencial constante usando um equipamento de eletrólise modelo FV-138 produzido pela Fujiwara Seisakusho. A solução é uma solução eletrolítica para o método de velocidade disponibilizada comercialmente (nome do pro- duto: Electrolyte A). Após uma eletrólise de 2000 Coulomb, a solução eletro- lítica obtida é filtrada por sucção por um filtro com malha de 0,2 οατι para se obter o resíduo. Além disso, é possível medir-se com precisão a massa do arame de aço antes e depois da eletrólise para medir-se a [quantidade de eletrólise (massa)]. Medindo-se a quantidade de V no resíduo no filtro e divi- dindo-se a mesma pela quantidade de eletrólise, é possível obter-se uma idéia da quantidade relativa de carbonetos brutos à base de V (% em massa) que permanece no filtro entre as quantidades adicionadas de V. A quantidade de V no resíduo do filtro pode ser medida por es- pectrometria (ICP) com base no Anexo 1 da JIS G 1258-1999. [Quantidade de V no resíduo do filtro (massa)]/[quantidade de eletrólise (massa)] x 100 = [quantidade de carbonetos à base de V que permanece no filtro (% em mas- sa)], então esse valor subtraído da quantidade de V adicionada ao aço (% em massa) foi tornada a [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)].

Em geral quanto menor a malha, mais precipitados brutos per- manecem no filtro como resíduo, mas na prática, mesmo com um filtro com uma malha de 0,2 οατι, precipitados de 0,2 οατι ou menos permanecem e são obtidos. Devido a isso, na presente invenção, mesmo precipitados de 0,2 οατι ou menos são anotados para controle de carbonetos mais finos. Portanto, na análise da solução que passa através de um filtro de 0,2 οατι, a quantidade de V no estado dissolvido ou contido em precipitados extremamente finos menores que o tamanho da malha do filtro é medida. Ο V que passa através de tal filtro de 0,2 οατι aumenta a resis- tência do arame de aço tratado, mas ainda não degradará a capacidade de trabalho no momento da fabricação da mola. Além disso, mesmo na nitreta- ção após a fabricação da mola, ο V dissolvido formará precipitados extre- mamente finos, então apesar de ser aquecido até uma extensão de nitreta- ção, o limite de escoamento do material é aumentado. Quando o efeito é grande, o limite de resistência à tração e a dureza algumas vezes serão também aumentados. Em particular, se reaquecermos o aço até 450 a 650Ό após a têmpera, é possível provocar-se a prec ipitação de uma grande quantidade de carbonetos muito finos à base de V capazes de passar atra- vés de uma malha de 0,2 οατι. O aquecimento do processo de nitretação é também utilizado, então tornando-se a quantidade de V dentro da mola a quantidade prescrita, é possível melhorar a performance da mola. Isto é im- portante não apenas para suprimir fatores que provocam a deterioração tais como a prevenção da deterioração da capacidade de trabalho como nas in- venções até agora, mas também para melhorar positivamente a performance da mola.

Cr: 0,5 a 2,5% O Cr é um elemento eficaz para melhorar a capacidade de têm- pera e a resistência ao amolecimento do revenido. Além disso, na nitretação tal como visto em molas de válvula de alta resistência recentes, é um ele- mento eficaz não apenas para garantir a dureza do revenido, mas também que aumenta a dureza da camada de superfície após a nitretação e a pro- fundidade da camada endurecida. Entretanto, se a quantidade de adição for grande, não apenas ocorre um aumento no custo, mas também a cementita vista após a têmpera e o revenido é tornada mais bruta. Além disso, os car- bonetos à base de ligas são estabilizados e tornados mais brutos como um efeito. Como resultado, o material de arame torna-se frágil, então quebra-se facilmente no momento do bobinamento. Portanto, quando se adiciona Cr, se não for 0,5"% ou mais, o efeito não é claro. Além disso, 2,5%, onde a fra- gilização torna-se notável, foi feito o limite superior.

Entretanto, na presente invenção, prescrevendo-se o N, os car- bonetos são controlados para tornarem-se finos, então uma grande quanti- dade de Cr pode ser adicionada. A quantidade de adição que dá facilmente uma alta resistência foi, portanto, usada.

Além disso, quando se executa a nitretação, a adição de Cr permite que a camada endurecida da nitretação seja tornada mais profunda.

Portanto, a adição de 1,1% ou mais é preferível. Além disso, a adição de 1,2% ou mais é preferível para a nitretação para molas de alta resistência nunca vistas antes. O Cr obstrui a fusão da cementita pelo aquecimento, então se a quantidade de C tornar-se grande, C > 0,55%, a supressão da quantidade de Cr permite que a formação de carbonetos brutos seja suprimida e tanto a resistência quanto a capacidade de bobinamento sejam facilmente alcança- das. Portanto, preferivelmente a quantidade de adição é feita 1,7% ou me- nos.

Nb: 0,001 a menos de 0,05% O Nb forma nitretos, carbonetos e carbonitretos. Os nitretos são formados a uma temperatura mais alta que os do V. Por esta razão, forman- do-se nitretos de Nb no momento da têmpera para aglutinar com o N no aço, a temperatura de formação do nitreto à base de V é reduzida. Portanto, nos numerosos processos de tratamento térmico aplicados ao material até a fa- bricação da mola, é possível suprimir-se o embrutecimento dos carbonitretos à base de V e promover a dissolução no processo de aquecimento do ponto de transformação ou maior. Como resultado, a formação de carbonetos não- dissolvidos à base de V pode ser suprimida, então a capacidade de trabalho da mola do arame de aço de alta resistência e a resistência ao abrandamen- to do revenido pelos precipitados à base de V após a fabricação da mola podem ser efetivamente garantidas.

Além disso, em adição à supressão do embrutecimento do ta- manho do grão de austenita pelos carbonitretos à base de Nb, esses podem ser usados para endurecer a camada de superfície no momento da nitreta- ção. Entretanto, se a quantidade de adição for muito grande, carbonetos não-dissolvidos tendo nitretos à base de Nb como núcleos facilmente per- manecerão, então a adição de uma grande quantidade deve ser evitada.

Especificamente, se a quantidade de adição de Nb for menor que 0,001%, quase nenhum efeito de adição pode ser observado. Além disso, se 0,05% ou mais, a adição de uma grande quantidade formaria inclusões brutas não- dissolvidas e diminuiría a tenacidade e, como com o Mo, provocaria facil- mente a formação de uma estrutura super-resfriada que provocaria facilmen- te fendas ou fraturas durante a estampagem. Portanto a quantidade foi feita menor que 0,05% onde o manuseio industrialmente estável é fácil.

Além disso, o Nb inerentemente diminui a ductilidade a quente e facilmente provoca defeitos no processo de laminação, então a adição da quantidade mínima necessária é preferível. A quantidade de adição é prefe- rivelmente 0,03% ou menos, mais preferivelmente 0,015% ou menos.

Ti: 0,001 a menos de 0,05% Na presente invenção, quando se adiciona Ti, a quantidade de adição deve ser 0,001% a menos de 0,05%. O Ti é um elemento desoxidan- te e um elemento formador de nitreto e sulfeto, então tem um efeito na for- mação de óxidos, nitretos e sulfetos. Portanto, uma grande quantidade de adição provocaria facilmente a formação de óxidos e nitretos duros, então se adicionado sem cuidados, ele formaria carbonetos duros e diminuiría a dura- bilidade da fadiga. Da mesma forma que o Al, em particular em molas de alta resistência, ele reduz a variação da resistência de fadiga ao invés do limite de fadiga das próprias molas. Se a quantidade de Ti for grande, a taxa de fratura devido às inclusões torna-se maior, então a quantidade tem que ser controlada e foi feito menor que 0,05%.

Por outro lado, o Ti forma TiN no aço fundido a uma alta tempe- ratura, então age para reduzir o sol.N no aço fundido. Na presente invenção, o ponto técnico é restringir o N de modo a suprimir a formação de nitretos à base de V e suprimir o crescimento dos carbonetos não-dissolvidos à base de V. Por esta razão, se consumir o N a uma temperatura igual à temperatu- ra de formação de nitretos à base de V ou maior, é possível suprimir-se o crescimento de nitretos à base de V e carbonitretos à base de V no momen- to da têmpera usando-se esses como núcleos. Isto é, adicionando-se Ti, a quantidade de N que de fato se aglutina com ο V é reduzida, então a tempe- ratura de formação de nitretos à base de V é diminuída e também os carbo- netos não-dissolvidos à base de V podem ser suprimidos.

Portanto, a adição de uma grande quantidade de Ti deve ser evitada do ponto de vista da formação de carbonitretos não-dissolvidos e óxidos à base de Ti, mas a adição de uma leve quantidade pode diminuir a temperatura de formação de nitretos à base de V, então ao invés pode redu- zir os carbonetos não-dissolvidos. A quantidade de adição é de 0,001% ou mais. Se for menor que 0,001%, não há o efeito do consumo de N, não há o efeito de supressão de carbonetos não-dissolvidos à base de V, e não é vis- to o efeito de melhoria da capacidade de trabalho. Entretanto, a quantidade de adição de Ti é preferivelmente 0,02% ou menos, mais preferivelmente 0,01% ou menos. W: 0,05 a 0,5% O W melhora a capacidade de têmpera e age para formar car- bonetos no aço para aumentar a resistência, então é eficaz para transmitir resistência ao abrandamento do revenido. Portanto, a adição é, preferivel- mente, de tanto quanto possível. O W forma carbonetos a uma baixa temperatura comparado com Ti, Nb etc., então não forma facilmente carbonetos não-dissolvidos, mas po- de transmitir a resistência ao abrandamento do revenido pelo endurecimento da precipitação. Isto é, ele dificilmente permanece como carbonetos não- dissolvidos provocando danos mesmo no tratamento térmico até a fabrica- ção da mola. Por outro lado, ele nunca provoca uma grande queda na dure- za interna mesmo na nitretação ou no recozimento de alívio de tensões exe- cutado a uma temperatura relativamente baixa.

Se a quantidade de adição for menor que 0,05%, nenhum efeito é visto. Se acima de 0,5%, uma estrutura super-resfriada se forma facilmen- te ou, quando é executado um tratamento térmico industrial, mutuamente a ductilidade ou outras propriedades mecânicas são susceptíveis de serem prejudicadas, então a quantidade de adição de W foi feita 0,05 a 0,5%. Além disso, se considera a facilidade do tratamento térmico, etc., 0,1 a 0,4% é preferível. Em particular, para evitar uma estrutura super-resfriada logo após a laminação ou outro problema e obter-se o limite máximo de resistência ao abrandamento do revenido, uma adição de 0,15% ou mais é mais preferível.

Mo: 0,05 a 0,5% O Mo melhora a capacidade de têmpera e se precipita como carbonetos a uma temperatura de tratamento térmico de uma temperatura relativamente baixa da extensão da temperatura de revenido e nitretação, então pode facilmente dar resistência ao abrandamento do revenido. Conse- qüentemente, é possível dar um abrandamento sem alta resistência mesmo após revenido a alta temperatura ou recozimento de alívio de tensões, nitre- tação, ou outro tratamento térmico executado de acordo com as necessida- des antes da fabricação da mola. Isto suprime a queda na dureza interna da mola após a nitretação, então aumenta o efeito do ajuste a quente ou do re- cozimento de alívio de tensões e melhora as características de fadiga da mola final. Especificamente, é possível fazer-se a temperatura de revenido no momento de controlar-se a resistência a uma alta temperatura. Esse fato de fazer-se a temperatura de revenido uma alta temperatura tem o efeito de fazer os carbonetos nos limites dos grãos se precipitarem na forma de uma película esférica pelo revenido a uma alta temperatura e reduzir a razão de área dos limites dos grãos. Isto é vantajoso para garantir a resistência nos limites dos grãos e melhorar as características de fratura retardada e de fra- tura de fragilização. O Mo forma carbonetos à base de Mo separados da cementita no aço. Em particular, se comparado com ο V, etc., a temperatura de precipi- tação é baixa, então há o efeito de supressão do embrutecimento dos car- bonetos. Se a quantidade de adição for menor que 0,05%, o efeito não pode ser reconhecido. Entretanto, se a quantidade de adição for grande, é preferí- vel patentear o material de aço previamente no momento da estampagem de modo a torná-lo uma estrutura ferrita-perlita. Apesar disto, uma estrutura su- per-resfriada ocorre facilmente devido ao tratamento térmico de amolecimen- to antes da laminação ou da estampagem etc. e fendas ou fraturas no mo- mento da estampagem são facilmente provocadas. Isto se dá porque o Mo é um elemento que transmite grandemente a capacidade de têmpera, então se a quantidade de adição torna-se grande, o tempo até o fim da transformação da perlita torna-se longo, a temperatura não pode ser mantida até o fim da transformação no momento da têmpera após a laminação ou no processo de patenteamento, uma estrutura super-resfriada facilmente ocorre e provoca fratura no momento da estampagem, ou quando não se quebra e permanece como fraturas internas, as características do produto final são grandemente degradadas. Daí, se o Mo estiver acima de 0,5%, a capacidade de têmpera aumenta e torna-se difícil obter-se industrialmente uma estrutura ferrita- perlita, então este é feito o limite superior. Para suprimir a formação de uma estrutura de martensita com redução na capacidade de produção na lamina- ção, na estampagem, ou outro processo de produção e facilitar a laminação e estampagem industrialmente estável, o teor é preferivelmente feito 0,4% ou menos, mais preferivelmente 0,2% ou similar.

Comparado com ο V, Nb, e Ti que têm o efeito de reforçar a re- sistência ao abrandamento do revenido da mesma forma que o W e o Mo, o V, o nb e o Ti, conforme explicado acima, formam nitretos e também provo- cam o crescimento fácil de carbonetos usando-se esses como núcleos, en- quanto o W e o Mo não formam muitos nitretos, então podem ser adiciona- dos e reforçam a resistência ao abrandamento sem serem afetados pela quantidade de N. Isto é, ο V, o Nb e o Ti podem também reforçar a resistên- cia ao abrandamento, mas se adicionados para reforçar a resistência ao abrandamento enquanto evitam carbonetos não-dissolvidos, a quantidade de adição acaba sendo inerentemente restrita. Portanto, quando não forma car- bonetos não-dissolvidos e requer maior resistência ao abrandamento, a adi- ção de W ou Mo, que não formam nitretos, se precipitam como carbonetos a uma temperatura relativamente baixa, e funcionam como elementos de re- forço da precipitação, é extremamente eficaz.

Ta: 0,001 a 0,5% O Ta forma nitretos, carbonetos, e precipita compostos e é efi- caz para transmitir resistência ao abrandamento do revenido e garantir a tenacidade pela redução do tamanho dos grãos □ Se a quantidade de adi- ção for menor que 0,001%, o efeito não é claro, enquanto que se for acima de 0,5%, nitretos e carbonetos brutos e seus compostos precipitados são formados e prejudicam a capacidade de trabalho etc., então esse foi feito o limite superior.

Além disso, um ou mais entre Ni, Cu, Co e B é adicionado para garantir resistência pelo endurecimento da matriz quando se tenta alcançar tanto a resistência quanto a capacidade de trabalho e o equilíbrio ótimo da resistência ao abrandamento e da capacidade de trabalho devido ao controle do carboneto não pode ser obtido.

Ni: 0,05 a 3,0% O Ni não forma carbonetos ou outros precipitados, mas pode melhorar a capacidade de têmpera e aumentar estavelmente a resistência pelo tratamento térmico. Além disso, ele pode melhorar a ductilidade da ma- triz e melhorar a capacidade de bobinamento. Entretanto, com a têmpera e o revenido, ele aumenta a austenita residual, então o material é inferior em termos de ajuste da formação da mola ou da uniformidade do material. Se a quantidade de adição for de 0,05% ou menos, nenhum efeito pode ser reco- nhecido no aumento da resistência e na melhoria da ductilidade. Por outro lado, a adição de uma grande quantidade de Ni não é preferível. A 3,0% ou mais, problemas tais como um aumento na austenita residual torna-se notá- vel, o efeito de melhoria da capacidade de têmpera e de melhoria da ductili- dade torna-se saturado, e há desvantagens de custo, etc. A austenita resi- dual muda para martensita pela transformação do trabalho induzido quando a deformação é introduzida e quebra mesmo com tratamento a uma tempe- ratura relativamente baixa, então um material estável é difícil de se manter, então quanto menos melhor. Por esta razão, não é preferível adicionar-se Ni excessivamente - o que facilmente provoca a permanência da austenita.

Cu: 0,05 a 0,5% A adição de Cu é eficaz para evitar a descarbonetação e reduzir a vida de fadiga da mola após a fabricação da mola. Além disso, ele tem o efeito de melhorar a resistência à corrosão. Geralmente, para estabilizar o diâmetro do arame e remover a camada descarbonetada, é possível melho- rar a vida de fadiga da mola e eliminar a etapa de descascamento. O efeito do Cu é o de suprimir a descarbonetação e o efeito na melhoria da resistên- cia à corrosão pode ser exibido quando seu teor for 0,5% ou mais. Como será explicado mais tarde, mesmo se for adicionado o Ni, se o teor de Cu estiver acima de 0,5%, a fragilização facilmente provoca defeitos de lamina- ção. Portanto, o limite inferior foi feito 0,05% e o limite superior foi feito 0,5%. A adição de Cu não diminui muito as propriedades mecânicas à temperatura ambiente, mas mesmo se adicionar Cu acima de 0,3%, a ductilidade a quen- te é degradada, então algumas vezes a superfície da barra se quebra duran- te a laminação. Por esta razão, a quantidade de adição de Ni para evitar fra- turas durante a laminação é preferivelmente feito [Cu%] < [Ni%] de acordo com a quantidade de adição de Cu. Na faixa de Cu de 0,3% ou menos, os defeitos de laminação não são provocados, então não é necessário limitar- se a quantidade de adição de NI com o propósito de evitar defeitos de lami- nação.

Co: 0,05 a 3,0% O Co reduz a capacidade de têmpera em alguns casos, mas me- lhora a resistência à alta temperatura. Além disso, para inibir o crescimento dos carbonetos, ele age para suprimir a formação de carbonetos brutos que se tornam um problema na presente invenção. Portanto, é possível suprimir- se o embrutecimento dos carbonetos, inclusive da cementita. Portanto, a adição é preferível. Quando adicionado, se for 0,05% ou menos, o efeito é pequeno. Entretanto, se for adicionado em uma grande quantidade, a fase ferrita aumenta em dureza e reduz a ductilidade, então o limite superior foi feito 3,0%. Isto dá industrialmente uma performance estável a 0,5% ou me- nos. B: 0,0005 a 0,006% O B é um elemento que melhora a capacidade de têmpera e tem um efeito de limpar os limites dos grãos de austenita. A adição de B torna inócuos o P, S, e outros elementos que segregam nos limites dos grãos e reduzem a tenacidade e, portanto, melhora as características de fratura.

Nesse momento, o efeito é perdido se o B se aglutinar com o N e formar BN. O limite inferior da quantidade de adição é feito 0,0005% onde o efeito torna- se claro, enquanto o limite superior é feito 0,0060% onde o efeito torna-se saturado. Entretanto, se mesmo uma pequena quantidade de BN for forma- da, ela provoca fragilização, então é necessária uma consideração completa de modo a não produzir BN. Portanto, preferivelmente a quantidade é de 0,003% ou menos. Mais preferivelmente, é eficaz imobilizar-se o N livre pelo Ti ou outros elementos formadores de nitretos e fazer a quantidade de B 0,0010 a 0,0020%.

Esses Ni, Cu, Co e B são principalmente eficazes para reforçar a fase ferrita da matriz. Eles são elementos eficazes para garantir a resistência pelo reforço da matriz quando se tenta alcançar simultaneamente tanto re- sistência quanto capacidade de trabalho e o equilíbrio ótimo da resistência de abrandamento e da capacidade de trabalho não pode ser obtido pelo con- trole dos carbonetos.

Al: restrito a 0,005% ou menos O Al é um elemento desoxidante e tem efeito na formação de óxidos. Em particular, em molas de válvula de alta resistência, ο AI2O3 e ou- tros óxidos duros formam facilmente pontos de início de fraturas, então é necessário evitar-se isto. Portanto, é importante controlar-se estritamente a quantidade de Al. Em particular, quando o limite de resistência à tração do arame de aço tratado termicamente excede 2100 MPa, o controle estrito dos elementos formadores de óxidos é essencial para a redução da variação da resistência à fadiga.

Na presente invenção, o Al é prescrito como sendo 0,005% ou menos. Isto se dá porque se estiver acima de 0,005%, óxidos de principal- mente AI2O3 se formariam facilmente, então resultariam fraturas devido aos óxidos e à resistência insuficiente à fadiga e não podería ser garantida a es- tabilidade da qualidade. Além disso, quando se requer uma alta resistência à fadiga, o teor é preferivelmente feito 0,003% ou menos.

Além disso, um ou mais entre Te, Sb, Mg, Zr, Ca e Hf são adici- onados como elementos para controle da forma dos óxidos e sulfetos quan- do também são procuradas uma maior performance e uma performance mais estável.

Te: 0,0002 a 0,01% O Te tem o efeito de tornar esférico o MnS. Se for menor que 0,0002%, o efeito não é claro, enquanto se for maior que 0,01%, a matriz perde em tenacidade, ocorrem fraturas a quente, a durabilidade da fadiga é reduzida, e ocorrem outros problemas notáveis, então 0,01% é feito o limite superior.

Sb: 0,0002 a 0,01% O Sb tem o efeito de tornar o esférico MnS. Se for menor que 0,0002%, o efeito não é claro, enquanto se for maior que 0,01%, a matriz perde em tenacidade, ocorrem fraturas a quente, a durabilidade da fadiga é reduzida, e ocorrem outros problemas notáveis, então 0,01% é feito o limite superior.

Mg: 0,0001 a 0,0005% O Mg forma óxidos no aço fundido de uma temperatura maior que a temperatura de formação do MnS. Esses já estão presentes no aço fundido no momento da formação do MnS. Portanto, eles podem ser usados como núcleos para a precipitação de MnS. Devido a isso, a distribuição de MnS pode ser controlada. Além disso, olhando também para o número de distribuição, óxidos à base de Mg são dispersos no aço fundido mais fina- mente que os óxidos à base de Al e de Si vistos freqüentemente no aço con- vencional, então o MnS precipitado usando-se os óxidos à base de Mg como núcleo se dispersa finamente no aço. Portanto, mesmo com o mesmo teor de S, a distribuição de MnS difere dependendo da presença ou da ausência de Mg. A adição desses resulta em um grão mais fino de MnS. Esse efeito é suficientemente obtido mesmo em uma quantidade pequena. Se o Mg for adicionado, o MnS é tornado mais fino. Entretanto, se exceder 0,0005%, não apenas são facilmente formados óxidos duros, mas também MgS e outros sulfetos começam a ser formados, então uma queda na resistência à fadiga e uma queda na capacidade de bobinamento são atraídas. Portanto, a quan- tidade de adição de Mg foi feita 0,0001 a 0,0005%. Quando usado para uma mola de alta resistência, uma quantidade de 0,0003% ou menos é preferível. A quantidade do elemento é pequena, mas cerca de 0,0001% podem ser adicionados fazendo-se uso liberal de refratários à base de Mg. Além disso, o Mg pode ser adicionado selecionando-se cuidadosamente os materiais secundários e usando-se materiais secundários com baixos teores de Mg.

Zr: 0,0001 a 0,0005% O Zr é um elemento formador de óxidos e sulfetos. Os óxidos são finamente dispersos no aço da mola, então como o Mg, formam núcleos para precipitação de MnS. Devido a isso, a durabilidade da fadiga é melho- rada e a ductilidade é aumentada para melhorar a capacidade de bobina- mento. Se for menor que 0,0001%, esse efeito não é visto. Além disso, mesmo se adicionado acima de 0,0005%, a formação de óxidos duros é promovida, então mesmo se os sulfetos se dispersarem finamente, ocorrem facilmente problemas devido aos óxidos. Além disso, com uma grande adi- ção, não apenas óxidos, mas também ZrN, ZrS e outros nitretos e sulfetos são formados e provocam problemas na produção ou uma queda na propri- edade de durabilidade da fadiga da mola, então a quantidade é feita 0,0005% ou menos. Além disso, quando se usa isto para uma mola de alta resistência, a quantidade de adição é preferivelmente feita 0,0003% ou me- nos. Esses elementos são pequenos na quantidade, mas podem ser contro- lados pela seleção cuidadosa dos materiais secundários e controlando-se com precisão os refratários, etc.

Por exemplo, se fizer uso liberal de refratários de Zr em locais em contato com o aço fundido por um longo período de tempo tais como na panela, no funil, no bocal, etc., é possível adicionar-se aproximadamente 1 ppm ou em relação a aproximadamente 200 toneladas de aço fundido. Além disso, enquanto se considera isto, é possível adicionar-se materiais secun- dários de modo a não exceder uma faixa prescrita. O método de análise do Zr no aço é amostrar 2 g da parte do material de aço que está sendo medida livre do efeito da carepa de superfí- cie, tratar a amostra pelo mesmo método do anexo 3 da JIS G 1237-1997, e então medi-la pelo ICP. Nesse momento, a linha de calibração no ICP é ajustada para ser adequada a uma quantidade fina de Zr.

Ca: 0,0002% a 0,01% O Ca é um elemento formador de óxidos e sulfetos. No aço para molas, tornando-se o MnS esférico, o comprimento do MnS, que serve como ponto de partida para a fadiga e outra fratura, pode ser suprimido para torná- lo inofensivo. O efeito não se torna claro se seu teor for menor que 0,0002%.

Além disso, mesmo se adicionado acima de 0,01%, não apenas o rendimen- to é pobre, mas também óxidos ou CaS ou outros sulfetos são formados e causam problemas na produção ou uma queda na propriedade de durabili- dade da fadiga da mola, então a quantidade foi feita não mais que 0,01%. A quantidade de adição é preferivelmente não mais que 0,001%.

Hf: 0,0002 a 0,01% O Hf é um elemento formador de óxido e forma o núcleo de pre- cipitação de MnS. Por esta razão, o Hf é um elemento que forma óxidos e sulfetos por dispersão fina. No aço de molas, os óxidos são finamente dis- persos, então, como o Mg, formam núcleos de precipitação de MnS. Devido a isso, a durabilidade de fadiga é melhorada e a ductilidade é aumentada para melhorar a capacidade de bobinamento. Esse efeito não é claro se a quantidade for menor que 0,0002%. Além disso, mesmo se for mais de 0,01% forem adicionados, o rendimento é pobre. Não apenas isto, mas tam- bém os óxidos de HfN, HfS, ou outros nitretos e sulfetos são formados e causam problemas na produção ou uma queda na propriedade de durabili- dade da fadiga da mola, então a quantidade foi feita 0,01% ou menos. Essa quantidade de adição é preferivelmente 0,003% ou menos.

Abaixo, serão explicadas as faixas preferíveis de teor de outros ingredientes. P: 0,015% ou menos Embora P e S não sejam limitados nas reivindicações, eles têm que ser restritos. O P faz o aço endurecer. Além disso, ele segrega e torna o material frágil. O P segregando nos limites dos grãos de austenita provocam uma queda no valor de impacto e de fratura retardada devido à entrada de hidrogênio. Por esta razão, quanto menor a quantidade, melhor. Portanto, o P foi limitado a 0,015% ou menos onde a fragilização tende a tornar-se notá- vel. Além disso, no caso de uma alta resistência onde o limite de resistência à tração do arame de aço tratado termicamente excede 2150 MPa, um teor de menos de 0,01% é preferível. S: 0,015% ou menos O S, como o P, faz o aço tornar-se frágil quando presente no aço. O Mn reduz seu efeito severamente, mas o MnS também toma a forma de inclusões, e então diminui as características de fratura. Em particular, em aço de alta resistência, uma pequena quantidade de MnS algumas vezes provoca fratura. Portanto, é preferível reduzir-se o S tanto quanto possível. 0,015%, onde esse efeito prejudicial torna-se notável, foi portanto feito o limi- te superior.

Além disso, no caso de alta resistência onde o limite de resistên- cia à tração do arame de aço tratado termicamente excede 2150 MPa, a quantidade é preferivelmente feita menos de 0,01%. t-O: 0,0002 a 0,01 No aço, óxidos formados através do processo de desoxidação e oxigênio dissolvido estão presentes. Entretanto, se a quantidade total desse oxigênio (t-O) for grande, significa que há muitas inclusões à base de óxido.

Se as inclusões à base de óxido são pequenas no tamanho, a performance da mola não é afetada, mas se uma grande quantidade de óxidos grandes estiver presente, a performance da mola será grandemente afetada.

Se a quantidade de oxigênio exceder 0,01%, a performance da mola é notavelmente reduzida, então o limite superior é preferivelmente feito 0,01%. Além disso, quanto menor a quantidade de oxigênio, melhor, mas mesmo se for menor que 0,0002%, o efeito é saturado, então isto é preferi- velmente feito o limite inferior.

Se considerar a facilidade do processo de desoxidação atual, etc., o teor é preferivelmente ajustado para 0,0005 a 0,005%.

Portanto, a provisão a seguir é adicionada em relação aos car- bonetos esféricos à base de ligas e carbonetos esféricos à base de cementi- ta nesta superfície examinada. As provisões a seguir são importantes para eliminar o dano devido a esses. Número de tamanho de grão da austenita anterior de n° 10 ou maior No arame de aço compreendido basicamente de uma estrutura martensita temperada, o tamanho de grão da austenita anterior tem um efei- to principal nas propriedades básicas do arame de aço junto com os carbo- netos. Isto é, quanto menor o tamanho de grão da austenita, melhor as ca- racterísticas de fadiga e a capacidade de bobinamento. Entretanto, não im- porta quão pequeno é o tamanho de grão da austenita, se os carbonetos são incluídos em uma quantidade maior que a prescrita, o efeito é pequeno. Em geral, fazer o tamanho de grão da austenita menor, é eficaz reduzir-se a temperatura de aquecimento no momento da têmpera, mas isto reciproca- mente aumenta os carbonetos esféricos não-dissolvidos. Portanto, é impor- tante acabar o arame de aço em arame com um equilíbrio da quantidade dos carbonetos e do tamanho de grão da austenita anterior. Aqui, quando os carbonetos satisfazem a provisão acima, se o número do tamanho de grão da austenita anterior é menor que n° 10 características de fadiga e capaci- dade de bobinamento suficientes não podem ser obtidas, então o número de tamanho de grão da austenita anterior é prescrito como sendo n° 10 ou mai- or.

Além disso, para aplicação para uma mola de alta resistência, um outro tamanho de grão mais fino é preferível. Fazendo-se o mesmo n° 11 ou mesmo n° 12 ou maior, tanto a alta resistência quanto a capacidade de bobinamento podem ser alcançadas.

Austenita residual de 15% em massa ou menos A austenita residual freqüentemente permanece nas partes se- gregadas, nos limites dos grãos da austenita anterior, ou próximo das regi- ões situadas entre sub-grãos. A austenita residual torna-se martensita devi- do à transformação de trabalho induzida. Se a transformação induzida ocor- re no momento da fabricação da mola, partes de dureza alta localmente se- rão formadas no material e, ao invés, as características de bobinamento se- rão diminuídas. Além disso, as molas atuais são reforçadas em suas super- fícies por jato percussão, regulagem, e outras deformações plásticas, mas em um processo de produção que inclui um número de tais processos que dão deformações plásticas, a martensita induzida no trabalho formada em uma etapa anterior diminuiría a tensão de fratura e diminuiría a capacidade de trabalho e as características de fratura da mola durante o uso. Além dis- so, mesmo quando uma deformação industrialmente inevitável tal como amassamento é introduzida, o material se fraturará facilmente durante o bo- binamento.

Além disso, pela decomposição gradativa na nitretação, recozi- mento de alívio de tensões, ou outro tratamento térmico, provocará uma mu- dança nas propriedades mecânicas, diminuirá a resistência, reduzirá a capa- cidade de bobinamento, e provocará outros problemas.

Portanto, a austenita residual é reduzida tanto quanto possível para suprimir a formação de martensita induzida no trabalho e, portanto, me- lhorar a capacidade de trabalho. Especificamente, se a quantidade de aus- tenita residual exceder 15% (% em massa), a sensibilidade ao amassamen- to, etc. tornar-se-á maior e o material facilmente se fraturará durante o bobi- namento ou outra operação de manuseio, então o teor foi restrito a 15% ou menos. A quantidade de austenita residual muda dependendo das quan- tidades de adição de C, Mn e outros elementos de ligação e das condições de tratamento térmico. Por esta razão, não apenas o projeto dos ingredien- tes, mas também a melhoria das condições de tratamento térmico são im- portantes.

Quando a temperatura de formação da martensita (ponto Ms da temperatura de partida e ponto Mf da temperatura de acabamento) torna-se uma temperatura baixa, a menos que tornada uma temperatura considera- velmente baixa no momento da têmpera, a martensita não será formada e a austenita residual facilmente permanecerá. Na têmpera industrial, são usa- dos a água ou o óleo, mas, para suprimir a austenita residual, um controle sofisticado do tratamento térmico torna-se necessário. Especificamente, o controle torna-se necessário para manter o meio de têmpera a uma baixa temperatura, manter a temperatura extremamente baixa mesmo após a têm- pera, garantir um longo tempo de transformação para a martensita, etc. In- dustrialmente, o material é processado em uma linha contínua, então a tem- peratura do meio de têmpera aumenta facilmente para próximo de 100Ό, mas é preferível mantê-la a 60Ό ou menos. Além disso, uma temperatura baixa de 40Ό ou menos é mais preferível. Além disso, para promover sufici- entemente a transformação da martensita, é necessário manter o material no meio de têmpera por 1 segundo ou mais. Garantir o tempo de manutenção após a têmpera é também importante.

Além disso, em adição às provisões nos carbonetos, etc., uma estrutura na qual a distribuição dos carbonetos é menor que em outras par- tes deve ser evitada. Especificamente, em uma martensita lenticular ou na sua estrutura revenida, a distribuição de carbonetos é menor que em outras partes e a microestrutura é desigual, então a resistência à fadiga e a capaci- dade de trabalho são afetadas de forma prejudicial.

EXEMPLOS

Abaixo, serão usados exemplos para explicar a presente inven- ção em detalhes.

Para esclarecer os efeitos da presente invenção, um material preparado em um forno de fusão a vácuo de 16 kg foi testado quanto às su- as características.

Tabela 1 (% em massa) O aço das composições químicas apresentadas na Tabela 1 foi produzido em um forno de fusão a vácuo de 16 kg, forjado, e então normali- zado, patenteado, temperado e revenido. O aço foi normalizado a dois níveis de temperatura: (A) 125010 x 1 h □ têmpera gradual e (B) 1150Ό x 1 h □ têmpera gradual, e então aquecido a 950Ό para pate nteamento, e então temperado e revenido a uma temperatura de têmpera de 91OO e uma tem- peratura de revenido de 500Ό. Após isto, os materi ais de (A) e (B) foram também recozidos a 450, 475 e 500Ό x 15 min. As ca racterísticas de tração foram avaliadas incluindo os materiais sem recozimento. Isto é, um total de oito tipos de aço termicamente tratados, inclusive os materiais de (A) e (B) com diferentes temperaturas de normalização e sem recozimento, foram preparados e suas características de tração avaliadas. A FIGURA 2 mostra as características de tração do limite de re- sistência à tração (mostrado na linha sólida) e o limite de escoamento (mos- trado pela linha quebrada) para materiais de arame □ 10 mm compreendi- dos do material da Tabela 1 dados os tratamentos térmicos acima. O Exem- plo (A) é um material normalizado de forma que uma grande quantidade de V permanece no filtrado após a filtração como na presente invenção (condi- ções de temperatura de encharque 1250Ό x 3 h ou mais), enquanto (B) é um material normalizado de forma que carbonetos não-dissolvidos facilmen- te permanecem (condições de temperatura de encharque: 900Ό x 30 min).

Como resultado, (A) e (B) permaneceram quase o mesmo no limite de resistência à tração e no limite de escoamento como antes do reco- zimento. Apesar disto, a [quantidade de V no filtrado, filtrado pelo filtro de 0,2 ocm (% em massa)] foi de 0,098% com (A) e 0,058% com (B). Com (A), o recozimento resultou no limite de resistência à tração e no limite de escoa- mento ambos tornando-se iguais a ou maiores que aqueles antes do recozi- mento como tendência geral, enquanto com (B) quanto maior a temperatura de recozimento, menor o limite de resistência à tração e o limite de escoa- mento.

Tanto (A) quanto (B) permaneceram quase os mesmos na resis- tência logo após a têmpera e o revenido. Nesse exemplo, o limite de escoa- mento é relativamente baixo e o bobinamento é fácil. Entretanto, dependen- do da nitretação após a fabricação da mola, com (A) o aumento no limite de escoamento foi particularmente notável. Foi mostrado que quando usado como mola, mesmo se a dureza ou o limite de resistência à tração parece- rem baixos, o limite de escoamento foi alto, então a mola foi superior em du- rabilidade. Isto é, foi mostrado que a fabricação da mola foi fácil e a nitreta- ção subseqüente aumentou a resistência.

Por outro lado, com (B) foi mostrado que a resistência e o limite de escoamento após a fabricação da mola caiu junto com a nitretação, então mesmo se uma camada de nitreto for formada na camada de superfície, o interior é mole, o rendimento local ocorreu facilmente, e a durabilidade foi inferior.

Preparação do material e história térmica As tabelas 2 a 7 mostram listas de exemplos e resultados de suas avaliações. Após isto, foram mostradas as histórias térmicas dos exemplos da invenção. Em parte dos exemplos comparativos, um tratamento térmico diferente daquele foi executado, por exemplo, o tratamento foi exe- cutado sob condições gerais deliberadamente convencionais de modo a mostrar os efeitos da invenção. Essas condições detalhadas são explicadas nas Tabelas 2 a 7.

Tabela 2 - (parte A) Tabela 2 - continuação (parte A) Tabela 2 - (parte B) Tabela 2 - continuação (parte B) Tabela 3 Tabela 3 - continuação Tabela 4 - (parte A) Tabela 4 - continuação (parte A) Tabela 4 - (parte B) Tabela 4 - continuação (parte B) Tabela 5 Tabela 5 - continuação Tabela 6 - (parte A) Tabela 6 - continuação (parte A) Tabela 6 - (parte B) Tabela 6 - continuação (parte B) Tabela 7 Tabela 7 - continuação Os materiais da presente invenção foram produzidos por (a) conversor de 270 t (Exemplo 5), (b) um forno de fusão a vácuo de 2 t (Exemplos 19, 39 e 59), e (c) um forno de fusão a vácuo de 16 kg (outros exemplos). Os materiais produzidos pelo conversor de 270 t e o forno de fusão a vácuo de 2 t foram aquecidos até 1250 a 13000 e laminados para preparar barras. Nesse momento, a temperatura foi suficientemente aumen- tada de modo a fazer as estruturas das barras uniformes e fazer com que o V e outros elementos formadores de carbonetos se dissolvam suficientemen- te.

Além disso, as barras foram laminadas para preparar os materi- ais de arame de aço para uso em molas. Nesse momento, nos exemplos da invenção, os materiais foram mantidos por um tempo constante a altas tem- peraturas de 120010 ou mais. Após isto, em cada caso, as barras foram la- minadas até □ 8 mm.

Em outros exemplos, os materiais foram fundidos por um forno de fusão a vácuo de 16 kg, então forjados a □ 13 mm x 600 mm, e então tratado termicamente. Após isto, eles foram mantidos a 1300Ό x 3 h ou mais para novamente fazer ο V e outros elementos formadores de carbone- tos se dissolverem suficientemente. Após isto, os materiais foram novamente mantidos a altas temperaturas de 1200Ό ou mais por um certo tempo.

No processo de têmpera no momento da laminação ou após a simulação da laminação, para suprimir a formação de martensita ou de ou- tros materiais duros, estruturas super-resfriadas facilmente fraturáveis, o ma- terial foi temperado da alta temperatura no momento da laminação até 45010, e então foi gradativamente resfriada pelo seu revestimento, etc.

Mesmo se resultou disso uma estrutura super-resfriada, o amolecimento foi possível, também nenhuma fratura ou defeito foi provocado nesses últimos processos, e o manuseio foi fácil.

Tratamento térmico do material de arame (pré-tratamento) Materiais laminados ou forjados e que dão uma grande história de aquecimento na forma acima foram patenteados, estampados, tempera- dos e revenidos.

Os materiais foram patenteados aquecendo-se a uma tempera- tura de 9500 x 20 min, então carregados em um tanq ue de Pb a 6000 e convertidos em uma estrutura ferrita-perlita. Nesse momento, a transforma- ção da perlita foi encerrada no tanque de patenteamento em um tempo ex- tremamente curto.

Nesse estado, os materiais foram estampados por moldes até um □ de 4 mm. Têmpera e revenido A têmpera e o revenido foram executados tanto por (1) aqueci- mento em um forno radiante quanto (2) aquecimento de indução de alta fre- qüência. (1) Aquecimento em forno radiante Um material é carregado em um forno radiante aquecido a 920Ό, então 10 minutos mais tarde é carregado em u m tanque de óleo a 50Ό e temperado. Após 5 minutos, ele é interrompid o e nesse estado é car- regado em um tanque de Pb ajustado para uma temperatura predeterminada e revenido. A temperatura de um tanque de chumbo é de 450 a δδΟΌ, mas nos exemplos da invenção era de cerca de δΟΟΌ. Isto foi para evitar os car- bonetos não-dissolvidos e provocar a precipitação de uma grande quantida- de de carbonetos à base de V extremamente finos e foi para alongar tanto quanto possível o tempo de manutenção na temperatura de precipitação do V de 450 a 650Ό. (2) Aquecimento de indução de alta freqüência No aquecimento de indução de alta freqüência um material é colocado em uma bobina e aquecido até 900 a ΙΟΟΟΌ. Após o aquecimento de indução, ele é imediatamente resfriado a água. Ele pode então ser nova- mente aquecido na bobina até 400 a 600Ό para reven í-lo.

Para se obter a mesma resistência, o revenido a alta freqüência permite o tratamento a alta temperatura. Após o revenido, o material é resfri- ado a água.

Após a têmpera e revenido, parte é medida para a razão de trefi- lação, um indicador do limite de resistência à tração e da capacidade de tra- balho, por um teste de tensão.

Nesse momento, a temperatura de revenido é controlada para dar um limite de resistência à tração acima de 2100 MPa.

Recozimento de nitretação Após a têmpera e o revenido, cada material foi recozido presu- mindo-se a nitretação. Quando não particularmente mostrado, ele foi manti- do a õOOQ x 2 h. Após isto, a quantidade de V foi medida usando-se um filtro. Devido ao recozimento presumindo a nitretação, os carbonetos à base de V tornam-se maiores,então uma maior quantidade de V é detectada no filtro se comparado com antes do recozimento. Portanto, quando a quantida- de de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa) detectada antes do recozimento for maior que aquela após a têmpera e revenido e a provisão da presente invenção é satisfeita pela medição da quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa) após o recozimen- to, o aço tratado termicamente antes do recozimento também satisfaz a pro- visão da presente invenção.

Material avaliado O material avaliado foi como segue: (1) Após a têmpera e o revenido: limite de resistência à tração, razão de trefilação (capacidade de trabalho), tamanho de grão da austenita anterior, quantidade de austenita residual (2) Após o recozimento: [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)], dureza, limite de resistência à tração, limite de escoamento. O teste de tensão após a têmpera e revenido mediu a razão de trefilação - um indicador do limite de resistência à tração e da capacidade de trabalho da mola. Cada material foi temperado e revenido para exceder 2100 MPa, então um corpo de prova n° 9 da JIS Z 2201 foi preparado e foi testado de acordo com a JIS Z 2241. O limite de resistência à tração foi calculado a partir da carga de ruptura.

Além disso, em anos recentes, as molas têm freqüentemente sido tornadas maiores em resistência pelo endurecimento pela nitretação da camada de superfície. A nitretação aquece uma mola em um gás de atmos- fera de nitretação de 400 a 500Ό e a mantém ali po r vários minutos a uma hora para fazer a camada de superfície endurecer. Nesse momento, o interi- or onde o nitrogênio não penetrou é aquecido, e então é recozido e amoleci- do. Suprimir esse amolecimento é importante. A dureza (indicador de resis- tência ao amolecimento), o limite de resistência à tração, e o limite de esco- amento, após o recozimento simulando a nitretação foram avaliados. O aço nitretado e recozido é um material similar para o interior de uma mola. Seu alto limite de escoamento significa uma durabilidade su- perior da mola. Além disso, nas molas atuais, o jato percussão para transmi- tir as tensões residuais compressivas está se tornando uma prática comum, mas as tensões residuais compressivas tornam-se proporcionalmente maior ao limite de escoamento. Um grande limite de escoamento significa grandes as tensões residuais compressivas e também uma camada profunda de ten- sões residuais. Dessa forma, a facilidade pela qual as tensões residuais compressivas podem permanecer é também um fator que aumenta a durabi- lidade de uma mola atual.

Em relação à [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 ocm (% em massa)], conforme já explicado, isto foi calculado medindo-se a quantidade de V no filtro após a eletrólise e a filtração e subtraindo-se esta da quantidade de V adicionada. Métodos de teste de tensão O teste de tensão foi executado de acordo com a JIS. Um medi- dor de tensão foi anexado e puxado para medir tanto o limite de escoamento quanto o limite de resistência à tração. Quando o limite de escoamento não foi evidente, a prova de resistência a 0,2% foi medida como limite de escoa- mento. Além disso, a razão de trefilação foi medida e usada como um indi- cador para avaliação da capacidade de trabalho.

Explicação em relação ao limite de escoamento Até agora, acreditava-se que aumentar a resistência significava aumentar a durabilidade da mola, mas de fato o crescimento inicial de uma fratura é dependente do rendimento do material, então é dependente não apenas do limite de resistência à tração em um teste de tensão, mas tam- bém do limite de escoamento. Devido a isso, como mostrado, por exemplo, em Uemura, Ominami, Introduction to Dynamics of Fracture, Ohm, 10 de dezembro de 1984, primeira edição, sexta tiragem, p. 102, mesmo se o limite de resistência à tração for baixo, quando o limite de escoamento é alto, uma alta durabilidade da mola pode ser obtida.

Além disso, nas molas de aço atuais, a jato-percussão é usada freqüentemente para transmitir as tensões residuais compressivas à camada mais externa da superfície. As tensões residuais são provocadas pela irregu- laridade das partes de alta tensão na camada de superfície com as partes de baixa tensão no interior. Portanto, em relação ao tamanho as tensões resi- duais, o tamanho do limite de escoamento pode ser considerado o valor má- ximo as tensões residuais reais. Portanto, o arame de aço da presente in- venção, que pode ter seu limite de escoamento aumentado pelo recozimen- to, pode ser ajustado para um material adequado para jato percussão por tratamento térmico.

Explicação dos resultados Resumindo-se os resultados das Tabelas 2 a 7, os exemplos da invenção têm ingredientes químicos nas faixas mostradas nas reivindica- ções. Mantendo-se baixo o teor de N, a quantidade de V adicionada pode ser aumentada estavelmente. Como resultado, conforme mostrado pela me- dição do valor de [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)], os carbonetos não dissolvidos à base de V podem ser su- primidos. Portanto, há um efeito no limite de resistência à tração e no limite de escoamento após o recozimento. Comparado com os exemplos compara- tivos, o limite de resistência à tração tende a ser um pouco maior. Além dis- so, mesmo se o limite de resistência à tração for igual, o limite de escoamen- to tende a ser maior nos exemplos da invenção.

Essa diferença é causada em parte devido ao efeito do N e de outros ingredientes químicos tal como nos Exemplos 61 a 63, mas o efeito do tratamento térmico é também grande. Isto é, na produção de aço, após o lingotamento, os carbonetos à base de V precipitam-se no momento da têm- pera. Entretanto, no momento do aquecimento, se não se aquecer até uma temperatura maior que a temperatura de precipitação no momento da têm- pera, os precipitados, uma vez precipitados, não dissolverão. Por esta razão, os carbonetos não-dissolvidos permanecerão. Para evitar isso, é importante mantê-lo em um estado facilmente dissolvível na temperatura de aquecimen- to do processo seguinte. Portanto, no aquecimento tal como o da laminação, etc. após o lingotamento, é necessário um tratamento a uma temperatura extremamente alta.

Na presente invenção, portanto, a temperatura de aquecimento na laminação no momento de produzir a barra (desbaste), na laminação em uma vara (laminação de arame), no patenteamento para estampagem, e na têmpera e revenido para transmitir resistência é mantida extremamente alta para promover a dissolução dos carbonetos não-dissolvidos nos diferentes processos e suprimir seu crescimento. Especificamente, conforme mostrado nas tabelas, o material foi aquecido a uma alta temperatura em cada proces- so.

Portanto, é naturalmente possível garantir resistência após a têmpera e revenido e a razão de trefilação torna-se um valor de sem pro- blemas na fabricação da mola. Com o arame de aço tratado termicamente com □ 4 mm, o bobinamento é possível se a razão de trefilação for maior que 45%.

Além disso, a [quantidade de filtrado V, filtrado por um filtro de 0,2 ocm (% em massa)] torna-se 50% ou similar da quantidade de V adicio- nada. A precipitação é possível no momento do recozimento. Nas tabelas 2 a 7, os valores são no momento da medição após o recozimento, então é medida a soma da quantidade de V dissolvido e da quantidade de V nos precipitados finos. O recozimento resulta na formação de precipitados a ba- se de V, então antes do recozimento uma quantidade também grande de V dissolvido está presente, então uma quantidade maior de V é detectada.

Os Exemplos 64 a 80 são exemplos de baixas temperaturas de aquecimento para o desbaste. o patenteamento, e de transmissão da resis- tência e onde os carbonetos à base de V não poderíam ser suficientemente dissolvidos. O aquecimento em forno radiante e o aquecimento de indução de alta freqüência diferem no tempo de manutenção no momento do aque- cimento, então as temperaturas de aquecimento diferem. O aquecimento de indução de alta freqüência tende a aquecer até uma temperatura mais alta.

Com um forno radiante, a temperatura é de cerca de 91OQ, enquanto no aquecimento de indução de alta freqüência é necessário aquecer até uma temperatura de cerca de 95010, maior que com o forn o de aquecimento ra- diante em um curto período para dissolução. Por outro lado, no processo de revenido, o aquecimento pode ser encerrado em um curto tempo, então o revenido pode ser também completado por uma maior temperatura em um período de tempo mais curto do que com o aquecimento com forno radiante.

Quando se dá uma história térmica diferente dessa forma, no aquecimento até a laminação e a têmpera, e a menos que um aquecimento a uma temperatura extremamente alta seja mantida, os carbonetos não- dissolvidos crescerão, então não serão capazes de ser suficientemente dis- solvidos no processo seguinte. Como resultado, a razão de trefilação após a têmpera e revenido é inferior a dos exemplos da invenção. Isto mostra que trabalhar em uma mola seria difícil. Também, após o recozimento, a [quanti- dade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0.2 οατι (% em massa)] é menor que nos exemplos da invenção então o limite de resistência à tração e o limi- te de escoamento após o recozimento tendem a ser baixos. Uma vez que o limite de escoamento é baixo, a mol é insuficiente em durabilidade. A durabi- lidade do nível dos exemplos da invenção não pode ser obtida.

Além disso, como no Exemplo 81, mesmo se a [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)] estiver na faixa prescrita, se aquecer-se forçosamente a uma alta temperatura para provocar a dissolução no aquecimento no momento da têmpera, o tamanho de grão da austenita anterior tornar-se-á maior, a razão de trefilação após o recozi- mento não pode ser suficientemente garantido, e tanto a capacidade de tra- balho quanto a performance da mola são inferiores àquelas dos exemplos da invenção.

Uma tendência similar pode ser vista no Exemplo 82 onde mes- mo se uma grande quantidade de austenita residual permanece, o amoleci- mento devido ao recozimento é extenso e um limite de escoamento suficien- te não pode mais ser obtido.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL O aço da presente invenção não apenas reduz o tamanho de grão da austenita e a quantidade de austenita residual, mas também supri- me os carbonetos finos à base de V prescritos de 0,2 οατι ou menos, que ti- nham uma alta possibilidade de ser negligenciados no passado, de modo a permitir que um arame de aço com a resistência aumentada até uma resis- tência de 2000 MPa ou mais para apresentar uma melhor performance da mola pela nitretação ou outro tratamento térmico após a fabricação da mola.

Devido a isso, é possível produzir uma mola garantindo-se a capacidade de bobinamento, com alta resistência e superior em características de fratura, e apresentando uma melhor performance pela nitretação ou outro tratamento térmico. Por esta razão, o aço da presente invenção tem o efeito notável de dar excelentes propriedades à mola mesmo após ser trabalhado em uma mola e permitir que as características do material sejam exibidas por com- pleto.

Claims

1. Aço tratado termicamente para molas, caracterizado por con- ter, em % em massa. C: 0,45 a 0,9%, Si: 1,0 a 3,0%, Mn: 0,1 a 2,0%, V: acima de 0,1 a 1,0%, N: limitado a 0,007% ou menos, e um saldo de Fe e as inevitáveis impurezas, e, em termos de do valor analisado do resíduo extraído após têmpera a uma temperatura de 900 a 1000Ό e revenido a uma tempertura de 400 a 60013 , satisfazendo a se- guinte condição: [quantidade de V no filtrado, filtrado por um filtro de 0,2 οατι (% em massa)] □ [quantidade de V no aço (% em massa)] x 0,4.

2. Aço tratado termicamente para molas de acordo com a rei- vindicação 1, caracterizado por conter ainda, em % em massa, um ou mais entre Cr: 0,5 a 2,5%, Nb: 0,001 a menos de 0,05%, Ti: 0,001 a menos de 0,05%, W: 0,05 a 0,5%, Mo: 0,05 a 0,5%, Ta: 0,001 a 0,5%, Ni: 0,05 a 3,0%, Cu: 0,05 a 0,5%, Co: 0,05 a 3,0%, B: 0,0005 a 0,006%, Te: 0,0002 a 0,01%, Sb: 0,0002 a 0,01%, Mg: 0,0001 a 0,0005%, Zr: 0,0001 a 0,0005%, Ca: 0,0002 a 0,01%, e Hf: 0,0002 a 0,01%.

3. Aço tratado termicamente para molas de acordo com a reivin- dicação 1 ou 2, caracterizado também por limitar o Al, em % em massa, a 0,005% ou menos.

4. Aço tratado termicamente para molas de acordo com a reivin- dicação 1, 2 ou 3, caracterizado por ter um número de tamanho de grão da austenita anterior após a têmpera e revenido de n° 10 ou maior, e tendo aus- tenita residual em uma quantidade de 15% em massa ou menos.