ES2709515T3

ES2709515T3 - Acero para muelles de alta resistencia

Info

Publication number: ES2709515T3
Application number: ES10839395T
Authority: ES
Inventors: Sayaka Nagamatsu; Tomotada Maruo; Nao Yoshihara
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2019-04-16
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: US20170022580A1; EP2518175A1; CN102482743B; US20120285585A1; CN102482743A; KR20120084810A; WO2011078165A1; JP2015214754A; EP2518175A4; JP2011149089A; EP2518175B1; JP6027302B2; BR112012014178A2

Abstract

Un acero para muelles de alta resistencia que contiene: C: 0,15-0,33 % (significa % en masa, en adelante lo mismo); Si: 1-3,5 %; Mn: 0,20-2,0 %; y que contiene: al menos un elemento seleccionado de un grupo que consiste en Ti: 0,005-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 % y V: 0,05-0,25 %; Cr: 0,05-1,20 %; P: 0,030 % o menos; S: 0,02 % o menos; y que contiene además opcionalmente Ni: 0,05-2 % y Cu: 0,05-0,50 %; y que contiene además opcionalmente B: 0,005 % o menos y/o Mo: 0,60 % o menos siendo el resto hierro o impurezas inevitables, donde un carbono equivalente Ceq1 expresado según la fórmula (1) a continuación es 0,55 o menos. Ceq1=[C]+0,108 x [Si]-0,067 x [Mn]+0,024 x [Cr]-0,05 x [Ni]+0,074 x [V]...(1) (En la fórmula (1), cada símbolo entre corchetes representa el contenido (% en masa) del elemento correspondiente.)

Description

DESCRIPCION

Acero para muelles de alta resistencia

La presente invencion se refiere a un acero para muelles util como materia prima para un muelle helicoidal y se refiere espedficamente a un acero para muelles utilizado en la fabricacion de un muelle helicoidal y que tiene la resistencia a la traccion de clase 1,900 MPa en condiciones de templado.

En lo que se refiere a un muelle utilizado para automoviles y similares (muelle de suspension y similares), se requiere una reduccion del peso para reducir el gas de escape y mejorar el consumo de combustible y, como parte del mismo, se refiere a un alto reforzamiento. En un muelle altamente reforzado, se eleva la sensibilidad contra los defectos, esta sujeto a que se produzca la rotura por corrosion por picadura causada por la adhesion de agentes para derretir la nieve, por ejemplo, una rotura prematura debido a fatiga con corrosion, lo cual constituye un problema. Por lo tanto, se ha necesitado un muelle con una alta resistencia y excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion. Por ejemplo, "UHS1900" desarrollado anteriormente por el autor de la presente solicitud como acero para muelles puede conseguir unas excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion si bien la resistencia a la traccion es de hasta clase 1,900 MPa realizando el templado y revenido despues del arrollarlo en la forma de muelle. Por consiguiente, un muelle obtenido del acero para muelles puede satisfacer tanto la alta resistencia como unas excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion.

En general, dicho muelle se fabrica estirando un acero para muelles (barra de alambre), acabado en fno, a continuacion, calentamiento, enrollado en caliente, a continuacion, templado, revenido y fraguado. El templado y tratamiento de revenido tras el enrollamiento en caliente se realiza para ajustar la resistencia del muelle. En el tratamiento con calor, como por ejemplo el templado y el tratamiento de revenido, se emite gran cantidad de CO2, En los ultimos anos, sin embargo, con el objetivo de reducir la carga que supone contra el medioambiente, se ha requerido la reduccion del CO2 intensamente como una de las medidas preventivas contra el calentamiento global. Por lo tanto, incluso en las etapas de fabricacion de un muelle helicoidal, se exige la reduccion de la cantidad de CO2 emitida.

Asimismo, en el documento de patente 1, se propone un acero para un estabilizador en el que se mejoran la tenacidad a la temperatura habitual y la tenacidad a baja temperatura realizando el templado en agua enseguida despues de la conformacion en caliente y dejandolo como templado en agua sin realizar el revenido. El acero para un estabilizador se caracteriza por que se ajusta la composicion de los componentes en un sistema bajo C - alto Mn-Cr o un sistema bajo C - alto Mn-Br-Cr al que se anade un elemento o dos elementos o mas entre Ti, V, Nb. El estabilizador que es la materia objeto del documento de patente 1 pertenece a un campo tecnico diferente al del muelle helicoidal. Por ejemplo, el nivel de resistencia es clase 800 MPa, en el que las propiedades contra la fatiga con corrosion no suponen un problema, y el estabilizador no esta relacionado con el muelle de un alto intervalo de resistencia (clase 1,900 Mpa, por ejemplo), en el que se requiere la satisfaccion de las propiedades contra la fatiga por corrosion simultaneamente.

Asimismo, en general, la resistencia de los materiales de hierro y acero aumentan a medida que aumenta la dureza y, a medida que aumenta la dureza, desciende la tenacidad. Es decir, cuando la resistencia de los materiales de hierro y acero aumenta, desciende la tenacidad, sin embargo, como material para un muelle, se requiere propiedades contra la fractura para dar la capacidad de soportar el entorno de uso duro de un muelle y se hace necesario asegurar la tenacidad, o la tenacidad a baja temperatura, en particular, lo cual es importante cuando se utiliza en una region de clima fno, incluso en muelles como los muelles de suspension altamente reforzados y similares.

Por ejemplo, el documento de patente 2 divulga la mejora de la ductilidad y la tenacidad en un acero para muelles de alta resistencia ajustando diversas composiciones y el documento de patente 3 divulga la obtencion de un acero para muelles que tiene tanto dureza como tenacidad ajustando diversas composiciones. Sin embargo, ambos documentos de patente 2 y 3 se centran en la tenacidad a la temperatura habitual y no consideran la tenacidad a baja temperatura. Generalmente, la tenacidad a baja temperatura es inferior a la tenacidad a la temperatura habitual y, teniendo en cuenta la tenacidad a la temperatura habitual divulgada en los documentos de patente 2 y 3, la tenacidad a baja temperatura en la tecnologfa de los documentos de patente 2 y 3 resulta insuficiente.

[Documento de patente 1] Patente japonesa N° 4406341

[Documento de patente 2] Patente japonesa N° 3577411

[Documento de patente 3] Patente japonesa N° 3246733

Asimismo, la patente japonesa JP 2004-263247 A divulga un acero para un muelle conformado en fno que contiene de 0,36 a 0,46 % en masa de C. Asimismo, la patente japonesa JP 2001-049337 A divulga un metodo para producir un muelle de alta resistencia excelente en cuanto a la resistencia a la fatiga que contiene de 0,36 a 0,48 % en masa de C.

La presente invencion fue desarrollada teniendo en cuenta dichas circunstancias, tal como se ha descrito, y su objeto es proporcionar un acero para muelles con capacidad para fabricar un muelle helicoidal consiguiendo tanto una alta resistencia como unas propiedades contra la fatiga con corrosion excelentes, asf como una excelente tenacidad a baja temperatura incluso cuando se omite el tratamiento de revenido tras el templado en el trabajado del muelle helicoidal. Asimismo, otro objeto de la presente invencion es proporcionar un muelle obtenido del acero para muelles.

Un acero para muelles de alta resistencia en relacion con la presente invencion que puede resolver los problemas contiene C: 0,15-0,33% (significa % en masa, en adelante se aplica lo mismo); Si: 1-3,5%; Mn: 0,20-2,0%; y contiene al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Ti: 0,005-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 % y V: 0,05-0,25 %; Cr: 0,05-1,20 %; P: 0,030 % o menos; S: 0,02 % o menos; y que contiene ademas opcionalmente Ni: 0,05-2 % y Cu: 0,05-0,50 %; y que contiene ademas opcionalmente B: 0,005 % o menos y/o Mo: 0,60 % o menos siendo el resto hierro e impurezas inevitables, en las que un carbono equivalente Ceq1 expresado por la formula (1) a continuacion es 0,55 o menos. Ceq1 = [C]+0,108 x [Si]-0,067 x [Mn]+0,024 x [Cr]-0,05 x [Ni]+0,074 x [V]...(1) (En la formula (1), cada sfmbolo entre corchetes representa el contenido (% en masa) del elemento correspondiente). El acero para muelles de la presente invencion puede contener Ni: 0,15-2 %.

Asimismo, preferentemente el acero para muelles de la presente invencion contiene al menos un elemento seleccionado de un grupo que consiste en Ti: 0,035-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 % y V: 0,05-0,25 % y el numero de tamano de grano tras el templado es 7,5 o mas.

Cuando se utiliza el acero para muelles, se enrolla en fno el acero para muelles, se apaga y a continuacion, se somete a fraguado omitiendo el revenido, pudiendose fabricar un muelle con ambas propiedades.

En el acero para muelles de la presente invencion, se controlan espedficamente la cantidad de elementos de la aleacion espedfica y el equilibrio de la mezcla de forma apropiada; por lo tanto, en la fabricacion de un muelle helicoidal con el uso del acero para muelles, es posible emitir el tratamiento de revenido despues de templado y se puede conseguir un muelle tanto con alta resistencia como con excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion y que tenga excelente tenacidad a baja temperatura en un estado templado.

[FIG. 1] FIG. 1 es un grafico en el que se muestra la relacion entre el carbono equivalente (Ceq1) y el penodo de tiempo hasta que se agrieta por fragilizacion por hidrogeno una muestra obtenida en el ejemplo 1,

[FIG. 2] FIG. 2 es un grafico en el que se muestra la relacion entre la resistencia a la traccion y una tenacidad a baja temperatura (vE^-50) de una muestra obtenida en el ejemplo 2.

Al fabricar un muelle por enrollado de un acero para muelles, los autores de la presente invencion han llevado a cabo un intensivo y laborioso estudio para proporcionar un acero para muelles con el que se pueda fabricar un muelle que tenga tanto una alta resistencia como propiedades contra la fatiga con corrosion excelentes, asf como una excelente tenacidad a baja temperatura al mismo tiempo que se omite el tratamiento de revenido despues de realizar templado tras el enrollado. Como resultado, se ha observado que cuando se limita el tipo de elementos de aleacion fundamental contenidos en un acero a C, Si, Mn, Cr y al menos un elemento entre Ti, Nb y V, o se limita a aquel en el que se anade ademas al grupo de estos elementos (i) Ni y Cu o se anade ademas (ii) B y/o Mo y se incluyen mas positivamente Si y Mn al tiempo que se reduce la cantidad de C, Ti, Nb, V, Cr, Ni y Cu entre estos elementos en la medida de lo posible, se puede omitir el tratamiento de revenido despues del templado en la fabricacion de un muelle enrollando el acero para muelles y se puede proporcionar un muelle que tiene tanto resistencia a la traccion de clase 1,900 Mpa como unas excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion en un estado templado, asf como una excelente tenacidad a baja temperatura ajustando mas estrictamente el contenido de Ti, Nb y V, por lo que han completado la presente invencion.

El acero para muelles de la presente invencion se caracteriza por que la cantidad de C en particular se reduce a la cantidad de C utilizada para un acero para muelles ordinario. Al reducir la cantidad de C, la cantidad de carburo precipitada en el acero se puede reducir y por lo tanto, se puede omitir el templado que se realiza tras el revenido en el proceso de fabricacion de muelles habitual. Es decir, tal como se ha descrito, normalmente se fabrica el muelle por estirado del acero para muelles (barra de alambre), acabado en fno, a continuacion, calentamiento, enrollado en caliente, despues templado, revenido y fraguado. De acuerdo con las necesidades, se lleva a cabo el granallado despues del fraguado y la pintura despues. Sin embargo, dado que se reduce la cantidad de C del acero para muelles de la presente invencion, la resistencia del muelle puede asegurarse incluso cuando se realiza el fraguado omitiendo el templado tras el revenido.

Por otra parte, en el acero para muelles de la presente invencion, se anaden positivamente Si y Mn. Si y Mn son elementos facilmente obtenibles y se puede asegurar un suministro estable incluso aunque se aumenten las cantidades de Si y Mn. Asimismo, dado que Si y Mn tienen la accion de mejorar la resistencia sin hacer descender la tenacidad, es posible conseguir tanto una alta resistencia como excelentes propiedades contra la fatiga por corrosion anadiendo Si y Mn positivamente.

Para conseguir de forma segura tanto una alta resistencia como propiedades contra la fatiga con corrosion sobre la base del conocimiento que se ha descrito, es necesario estipular de forma estricta la cantidad de cada elemento y estipular tambien la relacion entre ellos. Es decir, en la presente invencion, la composicion de componentes del acero para muelles se designo tal como se describe a continuacion y el carbono equivalente Ceq1 expresado por la ecuacion (1) a continuacion se establecio en 0,55 o menos. En la formula (1) a continuacion, cada sfmbolo entre corchetes representa el contenido en masa (% en nasa) del elemento correspondiente.

El acero para muelles contiene C: 0,15-0,33%, Si: 1-3,5%, Mn: 0,20-2,0% y contiene al menos un elemento seleccionado de un grupo que consiste en Ti: 0,005-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 % y V: 0,05-0,25 % y Cr: 0,05-1,20 %.

Ceq1 = [C]+0,108 x [Si]0,067 x [Mn]+0,024 x [Cr]-0,05 x [Ni]+0,074 x [V]...(1) La razon para establecer la cantidad de adicion de cada elemento y la razon para estipular el carbono equivalente Ceq1 es tal como se describe a continuacion.

La razon por la que C es 0,15 % o mas es la de mejorar la templabilidad y asegurar la resistencia. Asimismo, la razon de que C sea 0,33 % o menos es la de prevenir el deterioro de la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion. El lfmite inferior de la cantidad de C es preferentemente 0,2 % o mas, mas preferentemente 0,25 % o mas.

La razon de que Si sea 1 % o mas es que Si actue como un elemento de reforzamiento de la solucion solida y asegurar la resistencia. Cuando Si esta por debajo de 1 %, la resistencia de la matriz es insuficiente. Por otra parte, cuando la cantidad de Si resulta excesiva, la disolucion del carburo resulta insuficiente en el calentamiento para el templado, el calentamiento a una temperatura mas alta se hace necesaria para conseguir que el acero sea uniformemente austemtico, progresa la descarbonizacion de la superficie y se deterioran las propiedades contra la fatiga del muelle. Por lo tanto, al incluir Si en un 3,5 % o menos, se puede suprimir la descarbonizacion descrita, se puede suprimir la aparicion de oxidacion en borde del grano y similar y se puede prevenir el descenso de la resistencia como consecuencia de la formacion de una estructura anormal. Se incluye Si preferentemente en un 1,5 % o mas y 3,0 % o menos, mas preferentemente 1,80 % o mas y 2,5 % o menos.

Al incluir Mn en un 0,20 % o mas, puede mejorarse la templabilidad y se puede asegurar la resistencia. Asimismo, al formar inclusiones a base de sulfuro, se puede prevenir el debilitamiento del lfmite del grano debido al S y se puede mejorar la tenacidad o las propiedades contra la fatiga con corrosion. Asimismo, al incluir Mn en un 2,0 % o menos, se genera una estructura superenfriada y se puede prevenir el deterioro de la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion. Asimismo, puede suprimirse la formacion y engrosamiento de excesivas inclusiones a base de sulfuro y prevenirse el deterioro de la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion. El lfmite inferior de la cantidad de MN es preferentemente 0,5 % o mas, mas preferentemente 0,80 % o mas y el lfmite superior de la cantidad de Mn es preferentemente 1,8 % o menos y especialmente preferentemente 1,5 % o menos.

La razon de que Ti sea 0,005 % o mas es la de hacer mmimos los granos austemticos anteriores tras el templado, para mejorar la resistencia y la relacion del lfmite elastico y mejorar la tenacidad y las propiedades contra la fatiga por corrosion. Al mejorar la tenacidad, puede mejorarse la resistencia al pandeo. Asimismo, la razon de incluir Ti en un Ti 0,10 % o menos es prevenir la precipitacion de inclusiones gruesas (nitruro de Ti por ejemplo) y suprimir el deterioro de las propiedades contra la fatiga con corrosion. El lfmite inferior de la cantidad de Ti es preferentemente 0,01 % o mas (es especialmente preferentemente 0,05% o mas) y el lfmite superior de la cantidad de Ti es preferentemente 0,080 % o menos, mas preferentemente 0,07 % o menos.

V es un elemento que actua de manera eficaz para mejorar aun mas la templabilidad y mejorar la resistencia. Asimismo, V es un elemento que mejora la tenacidad para contribuir a mejorar la resistencia al pandeo y reducir el tamano de los granos para mejorar la resistencia y la relacion del lfmite de elasticidad. Para ejercer dichas acciones, V se incluye preferentemente en un 0,05 % o mas, mas preferentemente 0,08 % o mas y aun mas preferentemente 0,1 % o mas. Sin embargo, cuando V resulta excesivo, se forma carbonitruro grueso y se deterioran la tenacidad y propiedades contra la fatiga con corrosion. Por consiguiente, V ha de incluirse en un 0,25 % o menos, preferentemente 0,22 % o menos y mas preferentemente 0,2 % o menos.

Nb es un elemento que mejora la tenacidad para contribuir a mejorar la resistencia al pandeo y es un elemento que reduce el tamano de los granos para mejorar la resistencia y relacion de lfmite de elasticidad. Para ejercer dichas acciones, la cantidad de Nb ha de ser 0,005% o mas, preferentemente 0,008 % o mas y mas preferentemente 0,01 % o mas. Por otra parte, cuando la cantidad de Nb resulta excesiva, se influye negativamente sobre la tenacidad. Por consiguiente, la cantidad de Nb ha de ser 0,05 % o menos, preferentemente 0,04 % o menos y mas preferentemente 0,03 % o menos.

Ti, V y Nb se pueden anadir en solitario o se pueden anadir combinandolos con dos elementos o mas. El contenido de Ti, V y Nb es preferentemente Ti: 0,035-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 %, V: 0,05-0,25 % respectivamente y debe haber un contenido de al menos un elemento de los mi9smos. Asimismo, al contener Ti, V y Nb en estos intervalos, el efecto de reducir el tamano del grano puede ejercerse eficazmente y el numero del tamano del grano tras en templado puede ser 7,5 o superior, lo cual tiene como resultado ejercer una tenacidad a baja temperature excelente. El numero del tamano del grano tras el templado es preferentemente 8,0 o superior, mas preferentemente 9,0 o superior. La tenacidad a baja temperatura del acero para muelles de la presente invencion es por ejemplo, 50J/cm2 o mas en lo que se refiere a la energfa absorbida segun la prueba de Charpy a -50°C, preferentemente 70 J/cm2 o mas y mas preferentemente 80 J/cm2 o mas.

Al incluir Cr en un 0,05% o mas, se refuerza la matriz de acero reforzando la solucion solida, se mejora la templabilidad y se puede asegurar la resistencia. Asimismo, Cr es un elemento que hace la herrumbre formada en la capa superficial en condiciones corrosivas amorfa y densa y contribuye a mejorar la resistencia a la corrosion. Por otra parte, al incluir Cr en un 1,20 % o menos, se evitan el descenso del punto de transformacion y la formacion de una estructura superenfriada, se pueden asegurar la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion y reducir la resistencia y la dureza como consecuencia de una disolucion insuficiente del carburo de Cr -en el templado. Cr es preferentemente 0,1 % o mas y 1,10 % o menos, mas preferentemente 0,5 % o mas y 1,05 % o menos.

El resto del acero para muelles de la presente invencion es sustancialmente hierro. Sin embargo, se permite justamente incluir en el acero las impurezas inevitables que entren debido a la situacion del material, como material de hierro (incluyendo chatarra), materia prima auxiliar y similares, asf como las instalaciones de fabricacion y similares. Entre las impurezas inevitables, se estipula particularmente que P sea 0,030 % o menos y S sea 0,02 % o menos. La razon de que se haya estipulado dichos intervalos se describe a continuacion.

La razon de que se incluya P en un 0,030 % o menos es suprimir la segregacion del lfmite del grano austerntico anterior y debilitar el lfmite del grano y prevenir el deterioro de la tenacidad y propiedades contra la fatiga con corrosion. P es preferentemente 0,02 % o menos, mas preferentemente 0,01 % o menos. Si bien la cantidad de P es preferentemente la mas baja posible, normalmente se incluye en aproximadamente 0,001 %.

La razon de que se incluya S en un 0,02 % o menos es la de prevenir que se formen inclusiones a base de sulfuro en el acero, engrosadas y se deterioren las propiedades contra la fatiga con corrosion. S es preferentemente 0,015% o menos, especialmente preferentemente 0,01% o menos. Similar a P, la cantidad de S es preferentemente la mas baja posible, si bien normalmente se incluye en aproximadamente 0,001 %.

La cantidad total de P y S es preferentemente 0,015 % o menos, mas preferentemente 0,010 % o menos.

La razon por la que se incluye el carbono equivalente Ceq1 en 0,55 o menos es conseguir tanto resistencia como propiedades contra la fatiga con corrosion del muelle incluso cuando se omite el tratamiento de revenido tras el templado en la fabricacion de un muelle helicoidal por enrollamiento del acero para muelles. Es decir, el carbono equivalente Ceq1 representa el grado de contribucion de un elemento de aleacion que ejerce una influencia sobre la dureza tras el templado, la dureza de una parte nucleo del muelle puede asegurarse omitiendo el tratamiento de revenido tras el templado, al mismo tiempo que se reduce el valor y se consigue un alto reforzamiento. Asimismo, al suprimir el carbono equivalente Ceq1 en 0,55 o menos, se puede reducir el elemento de aleacion y se puede asegurar mas un suministro estable. El carbono equivalente Ceq1 es preferentemente 0,53 o menos, mas preferentemente 0,50 o menos. Asimismo, se puede reducir el coste ya que la composicion se designa para el carbono equivalente Ceq1 sea lo mas reducido posible, aunque, para conseguir tanto resistencia como propiedades contra la fatiga con corrosion, es necesario anadir elementos de aleacion en cierto grado. Por lo tanto, el lfmite inferior del carbono equivalente Ceq1 es 0,30. Asimismo, en el calculo de la formula (1) a continuacion, cuando no esta contenido un elemento, se debera ejecutar el calculo asumiendo que el contenido del elemento es 0 % en masa.

El acero para muelles de la presente invencion debe satisfacer la composicion qmmica de componentes y el carbono equivalente Ceq1, si bien con el objetivo de mejorar aun mas las propiedades, puede incluirse Ni y Cu y puede incluirse B y/o Mo.

Cuando se incluyen Ni y Cu (es decir, cuando se utilizan Ni y Cu simultaneamente), la cantidad de Ni ha de ser 0,05 2 % y la cantidad de Cu ha de ser 0,05-0,50 %. La razon de que Ni sea 0,05 % o mas es mejorar la tenacidad, reducir la sensibilidad a los defectos y mejorar las propiedades contra la fatiga con corrosion. Asimismo, Ni tiene una accion de hacer la herrumbre formada amorfa y densa para mejorar la resistencia a la corrosion y tambien una accion de mejorar la resistencia de fraguado que es una propiedad del muelle importante. Por otra parte, al incluir Ni en un 2 % o menos, se puede prevenir el descenso del punto de transformacion y formacion de una estructura superenfriada y asegurar la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion. Ni es preferentemente 0,15 % o mas y 2 % o menos, mas preferentemente 0,18 % o mas y 1,5 % o menos, mas preferentemente aun 0,20 % o mas y 1 % o menos, especialmente 0,5 % o menos.

Dado que Cu es un elemento electroqmmicamente mas noble que el hierro, es un elemento que tiene la accion de hacer la herrumbre densa y mejorar la resistencia a la corrosion. Por lo tanto, cuando se incluye Cu, la cantidad de Cu ha de ser 0,05 % o mas. Sin embargo, incluso cuando se anade Cu en exceso, su efecto satura y es posible que se produzca adversamente el debilitamiento de la materia prima como consecuencia del laminado en caliente. Por consiguiente el lfmite superior de la cantidad de Cu se establece en 0,50 % o menos. Cu es preferentemente 0,1 % o mas y 0,4 % o menos, mas preferentemente 0,15 % o mas (especialmente 0,18 % o mas) y 0,3 % o menos.

B es un elemento que potencia la templabilidad para mejorar ademas la resistencia del lfmite del grano, que potencia la tenacidad para mejorar la resistencia de fraguado y que hace que la herrumbre formada en la superficie sea densa para mejorar la resistencia a la corrosion. Para ejercer dichas acciones, B se incluye preferentemente en un 0,0005% o mas, mas preferentemente 0,001 % o mas y mas preferentemente aun 0,0015% o mas. Sin embargo cuando B resulta excesivo, los efectos se saturan y se forma carbonitruro grueso y se deterioran la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion. Por lo tanto, B ha de ser 0,005 % o menos, preferentemente 0,004 % o menos y mas preferentemente 0,003 % o menos.

Mo es un elemento que potencia la tenacidad y contribuye a mejorar la resistencia de fraguado y es un elemento que asegura la templabilidad y potencia la resistencia y la tenacidad del acero. Para ejercer dichas acciones eficazmente, la cantidad de Mo es preferentemente 0,05 % o mas, mas preferentemente 0,08 % o mas y mas preferentemente aun 0,10% o mas. Por otra parte, incluso si la cantidad de Mo resulta excesiva, se saturan los efectos. Por lo tanto, la cantidad de Mo ha de ser 0,60 % o menos, mas preferentemente 0,50 % o menos y mas preferentemente aun 0,35 % o menos. B y Mo pueden estar contenidos en solitario o se pueden utilizar los dos simultaneamente.

Tal como se ha descrito, el acero para muelles de la presente invencion se caracteriza por que la cantidad de cada elemento de la aleacion se estipula estrictamente y se estipula la relacion ente los mismos, y cuando se utiliza el acero para muelles, se puede omitir el tratamiento de revenido tras el templado realizado tras el enrollamiento y se puede fabricar un muelle que tiene tanto una alta resistencia de 1,900 MPa o mas como resistencia a la traccion incluso en un estado templado y propiedades contra la fatiga con corrosion excelentes. Asimismo, al controlar mas estrictamente el contenido de los elementos que tienen una accion de reduccion del tamano del grano (Ti, Nb y V), se puede mejorar la tenacidad a baja temperatura. A continuacion, se describira un metodo para fabricar un muelle a partir del acero para muelles.

En la fabricacion de un melle a partir del acero para muelles de la presente invencion es necesario omitir el revenido tras el templado. Es decir, aunque el proceso es el mismo que el de la tecnica anterior, al incluir las etapas de estirado del acero para muelles (barra de alambre) que satisface la composicion qmmica de componentes, acabado en fno, a continuacion calentamiento, enrollamiento en caliente para formar una forma de muelle y templado, es necesario realizar el fraguado omitiendo el revenido tras el templado. Dado que se reduce la cantidad de C del acero para muelles de la presente invencion con respecto a la del acero para muelles de la tecnica anterior, cuando se reviene tras el templado, el acero para muelles se ablanda excesivamente y se deterioran la tenacidad y las propiedades contra la fatiga con corrosion. Por consiguiente, es necesario omitir el revenido tras el templado.

En el presente documento “omision del revenido” significa que no se calienta el muelle a una temperatura por encima de 350 °C tras el templado.

El fraguado se puede realizar tanto en un estado en fno como en un estado en caliente. La temperatura del fraguado en fno puede ser la temperatura normal y la temperatura del fraguado en caliente puede ser aproximadamente 200 250 °C.

Despues del fraguado, puede realizarse la pintura tras el granallado de acuerdo con las necesidades. Las condiciones del granallado y la pintura no estan limitadas en particular y se pueden emplear las condiciones normales.

De este modo se puede obtener un muelle que tenga tanto una alta resistencia como excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion, asf como una excelente tenacidad a baja temperatura.

Las condiciones de fabricacion del acero para muelles en relacion con la presente invencion no esta limitado en particular, sin embargo, para conseguir el tamano de grano numero 7,5 o superior, que es un aspecto preferente de la presente invencion, es recomendable realizar el calentamiento a temperatura antes del templado a 925°C o por debajo de esta temperatura con un penodo de calentamiento de 15 minutos o menos. Los lfmites inferiores de la temperatura de calentamiento antes del templado y el penodo de calentamiento no estan limitados en particular, sin embargo, el lfmite inferior de la temperatura de calentamiento es aproximadamente 850 °C y el lfmite inferior del penodo de calentamiento es aproximadamente 10 minutos normalmente.

[Ejemplos]

Aunque la presente invencion se describe a continuacion mas espedficamente haciendo referencia a los ejemplos, la presente invencion no queda limitada con los ejemplos descritos a continuacion, pudiendose implementar naturalmente la presente invencion incorporando modificaciones de forma apropiada dentro del intervalo adaptable a los fines descritos anteriormente y mas adelante y cualquiera de ellas queda incluida dentro del alcance tecnico de la presente invencion

Ejemplo 1

Despues de fundir la composicion qmmica de componentes que se muestra en la Tabla 1, mas adelante (el resto es hierro e impurezas inevitables) en un horno de fundido al vado de 150 kg, se mantuvo el acero a 1,200 °C, se forjo en caliente despues en un tocho de 155 mm2, se lamino en caliente el tocho y se fabrico el acero para muelles con un diametro de 13,5 mm (barra de alambre para el muelle). Se sometio la barra de alambre para un muelle a laminado de acabado para que el diametro llegara a ser 12,5 mm, a continuacion se corto a la longitud de 70 mm y despues se templo. Se llevo a cabo el templado por calentamiento durante 10 minutos a la temperatura de 925 °C y despues se sumergio en un bano de aceite con una temperatura de 50 °C. Despues del templado, se corto una muestra de 10 mm de ancho, 31,5 mm de espesor, 365 mm de longitud por mecanizado.

El N° 29 y N° 30 presentados en la Tabla 1 son datos que imitan la barra de alambre para un muelle "UHS1900" fabricado por Kobe Steel, Ltd. y en el N° 30 entre ellos, se fabrico una muestra por templado, despues revenido manteniendolo durante 1 hora a 400 °C despues de mecanizado en las mismas condiciones que antes. En la Tabla 2 se indica si se realizo o no el revenido.

Asimismo, en la Tabla 1 a continuacion, se muestra la cantidad de los componentes qmmicos en el acero y el resultado del calculo del carbono equivalente (Ceq1) calculado a partir de la formula (1) mas adelante.

Se examino la resistencia y las propiedades contra la fatiga con corrosion de la muestra obtenida tal como se describe a continuacion.

Se midieron la resistencia y las propiedades contra la fatiga con corrosion de la muestra imitando el fraguado en estado fno y en estado caliente. Es decir, cuando se imito el fraguado en fno, se utilizo la muestra para cada prueba como tal y cuando se imito el fraguado en caliente, se utilizo la muestra calentada durante 60 minutos a 200 °C. La Tabla 2 a continuacion presenta cual entre el fraguado en fno y el fraguado en caliente se utilizo.

Se evaluo la resistencia de la muestra midiendo la dureza de la muestra con un analizador de dureza Rockwell utilizando la escala C. En la Tabla 2, mas adelante, se muestran los resultados de la medicion de la dureza C. En la presente invencion, las muestras que tienen una dureza C segun la escala de Rockwell de 51 o mas se evaluan como aprobadas.

Se evaluaron las propiedades contra la fatiga con corrosion realizando una prueba de agrietamiento con fragilizacion por hidrogeno. En la prueba de agrietamiento con fragilizacion por hidrogeno, se sumergio la muestra en la solucion acuosa de una mezcla de acido sulfurico (0,5 mol/L) y tiocianato potasico (KSCN: 0,01 mol/l) aplicando un esfuerzo de 1,400 MPa sobre la muestra por plegado en 4 puntos, se aplico la tension de -700 mV que es inferior a la del electrodo SCE utilizando un potenciostato y se midio el tiempo hasta que se produjo el agrietamiento (en adelante se hara referencia a el como “el tiempo transcurrido hasta el agrietamiento por fragilizacion con hidrogeno”). En la tabla mas adelante se muestra el resultado de la medicion de la prueba de agrietamiento por fragilizacion por hidrogeno. En la presente invencion, se evaluan como aprobadas aquellas en las que el tiempo transcurrido hasta que se produce el agrietamiento es 600 segundos o mas.

Asimismo, los criterios de dureza HRC 51 o superiores y de tiempo transcurrido hasta que se produce el agrietamiento de 600 segundos o mas significan una propiedad igual o mejor a la de un muelle de suspension de acuerdo con la tecnica anterior (N° 30 de la Tabla 2 mas adelante) obtenida realizando el revenido tras el templado. En la FIG. 1, la relacion entre el carbono equivalente (Ceq1) y el tiempo hasta que se produce el agrietamiento por fragilizacion por hidrogeno, los resultados de los N° 1-15, 31, 33 se indican con □, los resultados de N° 16-29, 32 se indican con • y los resultados del N° 30 (con revenido) se muestra con o.

Tal como se puede deducir de la FIG.1, se sabe que existe la tendencia de que a medida que se reduce el carbono equivalente (Ceq1), se puede prolongar el tiempo transcurrido hasta que se produce el agrietamiento por fragilizacion por hidrogeno y se pueden mejorar las propiedades contra la fatiga con corrosion.

Se puede deducir de la Tabla 2 el siguiente estudio.

El N° 30 es un ejemplo en el que se realizo el revenido tras el templado. En el ejemplo, se aseguro la dureza de la parte del nucleo, la resistencia fue alta, el tiempo hasta que se produjo el agrietamiento por fragilizacion por hidrogeno fue excelente y las propiedades contra la fatiga con corrosion mejoraron. Sin embargo, dado que se realizo el tratamiento de revenido tras el templado, no fue posible reducir la cantidad de CO2 emitido.

Aunque la composicion de componentes del N° 29 es similar a la del N° 30, es un ejemplo de omision del revenido tras el templado. En el ejemplo, dado que se omite el tratamiento de revenido, la emision de la cantidad de CO2 puede reducirse, sin embargo, ya que el carbono equivalente excede 0,55 y se omite el revenido a pesar de que la cantidad del elemento de la aleacion es elevado, la dureza de la parte del nucleo resulta demasiado dura, la tenacidad desciende, el tiempo hasta que se produce el agrietamiento por fragilizacion de hidrogeno resulta corto y se deterioran las propiedades contra la fatiga con corrosion.

Los N° 16-28, 32 son ejemplos que no satisfacen el requerimiento estipulado en la presente invencion y no se consiguieron la alta resistencia ni las excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion simultaneamente. Es decir, el carbono equivalente (Ceq1) del acero para los muelles excedio el intervalo estipulado en la presente invencion, se omitio el revenido tras el templado y por tanto se pudo reducir la cantidad de CO2 emitida, si bien la dureza de la parte del nucleo resulto demasiado dura, descendio la tenacidad, el tiempo hasta producirse el agrietamiento por fragilizacion por hidrogeno resulto muy corto y se deterioraron las propiedades contra la fatiga con corrosion.

Los N° 1, 4, 13 y 15 son ejemplos de referencia que no satisfacen los requerimientos estipulados en la presente invencion. Los N° 2, 3, 5-12, 14 y 33 son ejemplos que satisfacen el requerimiento estipulado en la presente invencion y se consiguieron tanto una alta resistencia como unas excelentes propiedades contra la fatiga con corrosion. Es decir, al tiempo que se suprimio el carbono equivalente (Ceq1) a 0,55 o inferior, pudo reducirse la cantidad de CO2 emitida ya que se omitio el revenido tras el templado, se pudo asegurar la dureza de la parte del nucleo apropiadamente y se consiguio una alta resistencia. Asimismo, el tiempo transcurrido hasta producirse el agrietamiento por fragilizacion por hidrogeno fue prolongado y mejoraron tambien las propiedades contra la fatiga con corrosion. Asimismo, dado que se suprimio el carbono equivalente (Ceq1) del acero para muelles a 0,55 o menos, el grado de dependencia del elemento de la aleacion se puede reducir y puede conseguirse un suministro estable. Por consiguiente, se sabe que cuando se utiliza el acero para muelles de la presente invencion, se puede proporcionar un muelle con las propiedades al mismo nivel que el N° 30 que imita "UHS1900" o superiores.

T l 21

Ejemplo 2

Despues de fundir el acero con la composicion qmmica de componentes indicada en la Tabla 3 (el resto es hierro e impurezas inevitables) en un horno de fundido al vado de 150 kg, se colo el acero a traves de un metodo de fabricacion de lingotes o un metodo de colada continuo, se fabrico un tocho de 155 mm2 a continuacion se lamino en caliente en un laminador desbastador para dar una barra de alambre con un diametro de 13,5 mm que se utilizo como material de pruebas. Se calentaron estos materiales de pruebas durante 10 minutos a la temperatura de 925 °C y, a continuacion, se colocaron en un bano de aceite de 50 °C para el templado. Unicamente, N° 2-24 fueron sometidos a tratamiento de revenido durante 1 hora a 400 °C tras el templado.

Se tomo una muestra para la prueba de impacto con una muesca en U de 2 mm desde el material de ensayo tras el templado y se obtuvo la energfa absorbida segun la prueba de Charpy a -50 °C (vE.50) de acuerdo con JIS Z 2242. Se llevaron a cabo las pruebas en dos piezas de cada tipo de acero y se obtuvo el valor promedio de los mismos fue la energfa absorbida segun la prueba de Charpy de cada tipo de acero.

En la posicion D/4 (D es el diametro de la barra de alambre) del material de ensayo tras el templado, se observo un area opcional de 15 mm2 con un microscopio optico (aumento: 400 veces mas) y se midio el numero del tamano del grano de acuerdo con JIS G 0551, Se llevo a cabo la medicion en dos campos de vision y se obtuvo el valor promedio de los mismos como el tamano de grano austenftico.

En la Tabla 4 se muestran los resultados.

T l 4

Los N° 2-5 a 2-14 de la Tabla 4 son ejemplos de referencia. En los N° 2-1 a N° 2-4 de la Tabla 4, dado que se satisfizo el requerimiento de la presente invencion y que se ajustaron apropiadamente las cantidades de Ti, Nb y V, en particular se pudo obtener el acero con una alta resistencia y una tenacidad a baja temperatura.

Por otra parte, en los N° 2-15 a N° 2-24, dado que no se satisfizo al menos uno cualquiera de los requerimientos de la presente invencion, la tenacidad fue insuficiente.

Los N° 2-15 a N° 2-19 son ejemplos en los que la cantidad de C fue excesiva y la tenacidad a baja temperatura descendio debido a que la resistencia aumento siendo demasiado alta.

En los N° 2-20 a N° 2-22, dado que no hubo un contenido en ninguno de Ti, Nb y V no se ejercio el efecto de la reduccion del tamano del grano y descendio la tenacidad a baja temperatura.

Cualquiera de los N° 2-23 y N° 2-24 es el tipo de acero equivalente al acero normalizado 9254 y el N° 2-24 fue sometido al tratamiento de revenido tras el templado. En los N° 2-23, la cantidad de C fue elevada y la resistencia aumento excesivamente, no hubo contenido de ninguno de Ti, Nb y V y por lo tanto descendio la tenacidad a baja temperatura. Asimismo, en los N° 2-24, descendio la resistencia en comparacion con los N° 2-23 ya que se realizo el tratamiento de revenido, pero descendio la tenacidad a baja temperatura ya que no se incluyo ninguno de Ti, Nb y V.

La FIG. 2 es un grafico en el que se muestra la relacion entre la resistencia y la tenacidad a baja temperatura (energfa absorbida segun la prueba de Charpy a -50 °C) con respecto a los N° 2-1 a 2-24, En la FIG. 2, se muestran los resultados de los N° 2-1 a 2-14, 2-25 con □, los resultados de los N° 2-15 a N° 2-23, 2-26 se muestran con • y los resultados de los N° 2-24 se muestran con o. De acuerdo con la FIG. 2, se sabe que en todos los aceros que satisfacen los requerimientos de la presente invencion (se muestra con □ en la FIG. 2), la energfa absorbida segun la prueba de Charpy fue 50 J/cm2 o mas y se consiguio una tenacidad mas alta que la del acero que no satisface ninguno de los requerimientos de la presente invencion (se muestra con • y o en la FIG. 2) en comparacion con la misma resistencia.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un acero para muelles de alta resistencia que contiene:

C: 0,15-0,33 % (significa % en masa, en adelante lo mismo);

Si: 1-3,5%;

Mn: 0,20-2,0 %; y que contiene:

al menos un elemento seleccionado de un grupo que consiste en Ti: 0,005-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 % y V: 0,05-0,25 %;

Cr: 0,05-1,20 %;

P: 0,030 % o menos;

S: 0,02 % o menos; y

que contiene ademas opcionalmente Ni: 0,05-2 % y Cu: 0,05-0,50 %; y

que contiene ademas opcionalmente B: 0,005 % o menos y/o Mo: 0,60 % o menos siendo el resto hierro o impurezas inevitables, donde

un carbono equivalente Ceq1 expresado segun la formula (1) a continuacion es 0,55 o menos.

Ceq1=[C]+0,108 x [Si]-0,067 x [Mn]+0,024 x [Cr]-0,05 x [Ni]+0,074 x [V]...(1) (En la formula (1), cada sfmbolo entre corchetes representa el contenido (% en masa) del elemento correspondiente.)

2. El acero para muelles de alta resistencia de acuerdo con la reivindicacion 1 que contiene Ni: 0,15-2 %.

3. El acero para muelles de alta resistencia de acuerdo con la reivindicacion 1, que contiene al menos un elemento seleccionado de un grupo que consiste en Ti: 0,035-0,10 %, Nb: 0,005-0,05 % y V: 0,05-0,25 %, donde el tamano del grano despues del templado es 7,5 o superior.

4. Un metodo para fabricar un muelle de alta resistencia excelente en sus propiedades contra la fatiga con corrosion que comprende las etapas de

enrollado en caliente del acero para muelles de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3; templado; y

fraguado despues mientras se omite el revenido.