CN105940132B - 疲劳特性优异的弹簧用钢线材及弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹簧用钢线材，其分别含有特定量的C、Si、Mn、Cr、Al、Ca及Ti，余量由铁及不可避免的杂质构成，在与钢材的长度方向平行的截面上存在的短径为1μm以上的氧化物系夹杂物分别含有特定量的CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO及TiO2，并且满足CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，且在上述截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数超过0.002个/mm2。

Description

疲劳特性优异的弹簧用钢线材及弹簧
技术领域
本发明涉及一种疲劳特性优异的弹簧用钢线材及弹簧。
背景技术
随着汽车等的轻量化、高输出功率化的要求提高，对于阀弹簧、悬架弹簧等弹簧要求提高疲劳特性。对于成为其原材的轧制材、将该轧制材拉丝加工而成的拉丝材等弹簧用钢线材也要求疲劳特性的进一步的提高。尤其对阀弹簧用钢线材而言，提高疲劳特性的要求非常强烈。
对于要求高疲劳强度的弹簧用钢线材而言，需要极力降低断线、成为疲劳折损的起点的非金属夹杂物或使其尺寸小型化。例如，对于阀弹簧钢而言，为了不生成对疲劳特性有害的Al2O3，提出了如下技术：利用使用Si进行脱氧的所谓Si镇静钢，将夹杂物控制在包含SiO2－Al2O3－CaO－MgO－MnO等的体系来进行微细化。此外，还提出了将非金属夹杂物的组成控制在低熔点区域进行微细化的方法、在热轧时将夹杂物拉伸而使其分断的方法等。
例如在非专利文献1中记载了如下内容：对于阀弹簧用钢而言，通过将夹杂物的组成控制为CaO－Al2O3－SiO2系、MnO－Al2O3－SiO2系的非晶质稳定组成，从而促进热加工时的变形，不成为疲劳破坏的起点而使疲劳特性提高。
本发明人等还提出各种疲劳特性等优异的弹簧用钢线材。例如在专利文献1中提出了如下技术：即使夹杂物整体为低熔点、容易变形且在热轧前或热轧中的加热时发生相分离，也不易生成硬质的SiO2。另外，在专利文献2中提出了如下技术：通过使夹杂物中生成大量微细的结晶，从而促进热轧时的夹杂物的分断，而使微细化得到促进。另外，在专利文献3中提出了为了使生成的复合氧化物系夹杂物的熔点和粘性降低并最终实现微细化而积极地含有LiO2、Na2O、K2O中的1种以上的技术。
此外，在专利文献4中记载了如下内容：若添加ZrO2作为以往所没有的氧化物成分，则有助于维持非晶质相。另外，在专利文献5中记载了如下内容：通过使B2O3包含在复合系氧化物(例如CaO－Al2O3－SiO2系复合氧化物、CaO－Al2O3－SiO2－MgO系复合氧化物等)中，从而使氧化物系夹杂物被微细地分断，并且可以显著提高拉丝加工性、疲劳强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4134204号公报
专利文献2：日本专利第4347786号公报
专利文献3：日本专利第4423050号公报
专利文献4：日本特开2010－202905号公报
专利文献5：日本特开2009－263704号公报
非专利文献
非专利文献1：三村毅、182·183次西山纪念技术讲座《夹杂物控制与高洁净度高制造技术》、社团法人日本铁钢协会编、2004年、p.125
发明内容
发明要解决的问题
然而，例如在上述专利文献3中存在如下问题：虽然积极地添加脱氧力强的Li作为氧化物系夹杂物生成起源，但是，由于Li容易蒸发，因此难以控制Li2O浓度。另外，正如在上述专利文献3中记载的“夹杂物中的Li2O浓度无法利用以往的EPMA(Electron Probe X－ray Micro Analyzer)进行测定，因此独自开发了基于SIMS(Secondary Ion MassSpectrometry)的分析法”那样，存在制造上的难度。另外，就上述专利文献4中记载的ZrO2、上述专利文献5中记载的B2O3而言，根据本发明人等的实验结果可知存在使疲劳特性反而变差的风险。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供疲劳特性极优异的弹簧用钢线材及弹簧。
用于解决问题的技术手段
能够解决上述课题的本发明的疲劳特性优异的弹簧用钢线材具有以下几个要点：
含有
C：0.2～1.2％(％为质量％的含义，以下，只要没有特别说明则为相同含义)、
Si：1.0～3％、
Mn：0.1～2％、
Cr：3％以下(不包括0％)、
Al：0.0002～0.005％、
Ca：0.0002～0.002％、及
Ti：0.0003～0.010％，
余量由铁及不可避免的杂质构成，
在与钢材的长度方向平行的截面上存在的短径为1μm以上的氧化物系夹杂物的平均组成以质量％计满足
CaO：35％以下(包括0％)、Al2O3：40％以下(包括0％)、SiO2：30～95％、MgO：8％以下(包括0％)、MnO：5％以下(包括0％)、TiO2：3～10％及CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，并且
在上述截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数超过0.002个/mm2。
尤其，优选：氧化物系夹杂物的平均组成满足CaO：10～35％、Al2O3：10～40％、SiO2：30～70％、MgO：8％以下(包括0％)、MnO：5％以下(包括0％)、TiO2：3～10％及CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，并且在上述截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数超过0.002个/mm2。
在上述弹簧用钢线材中，上述氧化物系夹杂物的平均组成以质量％计还满足ZrO2：不足1％(不包括0％)、Na2O：不足5％(不包括0％)。
上述弹簧用钢线材可以还含有Ni：0.5％以下(不包括0％)、Cu：0.5％以下(不包括0％)。
上述弹簧用钢线材可以还含有V：0.5％以下(不包括0％)。
能够解决上述课题的疲劳特性优异的弹簧具有如下要点：该弹簧为使用上述弹簧用钢线材而得的弹簧。
发明效果
根据本发明，适当地控制了弹簧用钢线材的化学成分以及氧化物系夹杂物的组成及个数，因此可以得到疲劳特性极优异的弹簧用钢线材。
具体实施方式
在开发了上述专利文献1～3等后，本发明人等还为了提供疲劳特性极优异的弹簧用钢线材而反复进行了研究。以往，为了提高疲劳特性，有效的是在热轧时使氧化物系夹杂物拉伸分断而微细化，提出了将利用Si脱氧得到的氧化物系夹杂物的组成控制为包含非晶质较稳定的SiO2的组成、例如SiO2－CaO－Al2O3－MgO－MnO等的方法。此时，作为在该夹杂物结晶化时也会实现微细化的手段，提出了专利文献2的技术作为控制结晶化状态的(不完全发生结晶化而使微细结晶相析出)方法。
但是，根据本发明人等的之后的研究，发现：通常，即使为几乎不会成为破坏的起点的微小尺寸，也会因结晶化形态的不同而在作为母相的钢与氧化物系夹杂物的界面产生空隙，在更严苛的试验条件下可能成为破坏的起点。而且，发现：正如上述专利文献所报道的那样使以SiO2－CaO－Al2O3－MgO－MnO为基底的氧化物系夹杂物中含有TiO2，从而能够使氧化物系夹杂物的非晶质进一步保持稳定，得到高疲劳特性。由此，能够利用更容易进行氧化物系夹杂物的分析和控制的成分实现高疲劳特性。予以说明，在此，以SiO2－CaO－Al2O3－MgO－MnO为基底的含有TiO2的氧化物系夹杂物为平均组成以质量％计满足CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％的氧化物系夹杂物。通过含有合计80％以上的这些物质，从而发挥正如上述专利文献所报道的那样以SiO2－CaO－Al2O3－MgO－MnO为基底的氧化物系夹杂物所带来的效果、以及TiO2所带来的效果。
而且，发现为了发挥上述TiO2所带来的效果而在0.0003～0.010％的范围内含有Ti作为钢中成分是有用的，从而完成本发明。
在本发明中，通过使上述氧化物系夹杂物中含有规定量的TiO2来提高疲劳特性的理由的详细情况还尚未明确，但是考虑如下。
即，由于利用Si脱氧所得的氧化物系夹杂物中包含TiO2，因而分离为TiO2稠化相(A相)和SiO2稠化相(B相)2相。分离为2相的理由认为是由于在钢水阶段TiO2具有与SiO2分离为2液相的性质。结果：SiO2稠化相(B相)中的SiO2浓度上升，使在Si脱氧钢中容易发生的钙铝黄长石(Gehlenite)、尖晶石(Spinel、MgO·Al2O3)等的结晶质化受到抑制。另一方面，TiO2稠化相(A相)也会因氧化物系夹杂物中包含TiO2而使液相线温度降低、结晶质化受到抑制。结果推断能够提高氧化物系夹杂物的非晶质稳定性。
对此，在上述的专利文献1～5中并未公开本发明的上述特征部分。例如在上述专利文献4中列举了TiO2作为夹杂物的杂质，但是，完全未记载像本发明那样通过将TiO2量控制在规定范围来提高疲劳特性。实际上，在上述专利文献4的全部实施例中均只公开了包含1.0％的FeO、TiO2等杂质的例子，在此并未得到由添加TiO2所带来的疲劳特性提高效果(参照后述的表的No.14)。原本在上述专利文献4中含有1％以上的ZrO2，这一点与本发明的氧化物系夹杂物的组成不同。
以下，对本发明进行详细地说明。
如上所述，本发明具有如下特征：在0.0003～0.010％的范围内含有Ti作为钢中成分，并且在上述SiO2－CaO－Al2O3－MgO－MnO的氧化物系夹杂物中以3～10％的范围内含有TiO2。
在本说明书中，弹簧用钢线材包括轧制后的钢材(轧制材)及将该轧制材进行拉丝加工而成的拉丝材这两者。在本发明中将这两者统称为“钢线材”。
在本说明书中，氧化物系夹杂物是指Ca、Al、Si、Ti、Mn、Mg、Na、Cr、Zr等氧化物形成元素与氧结合而成的氧化物夹杂物。上述氧化物系夹杂物可以利用电子显微镜进行观察、并利用能量色散X射线分析装置(Energy Dispersive X－ray spectrometry；EDX)、波长色散X射线分析装置(Wavelength－Dispersive X－ray spectrometry；WDX)进行测定。测定方法的详细情况如后所述。
首先，对氧化物系夹杂物的组成进行说明。如上所述，在本发明中，就钢中所含的氧化物系夹杂物而言，在与钢材的长度方向平行的截面上存在的短径为1μm以上的氧化物系夹杂物的平均组成以质量％计满足CaO：35％以下(包括0％)、Al2O3：40％以下(包括0％)、SiO2：30～95％、MgO：8％以下(包括0％)、MnO：5％以下(包括0％)、TiO2：3～10％及CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，优选满足CaO：10～35％、Al2O3：10～40％、SiO2：30～70％、MgO：8％以下(包括0％)、MnO：5％以下(包括0％)、TiO2：3～10％及CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，在上述截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数优选超过0.002个/mm2。
首先，对氧化物系夹杂物的组成进行说明。如上所述，在本发明中，就钢中所含的氧化物系夹杂物而言，具有如下特征：在与钢材的长度方向平行的截面上存在的短径为1μm以上的氧化物系夹杂物的平均组成以质量％计满足CaO：35％以下(包括0％)、Al2O3：40％以下(包括0％)、SiO2：30～95％、MgO：8％以下(包括0％)、MnO：5％以下(包括0％)、TiO2：3～10％及CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，并且在上述截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数超过0.002个/mm2。
[CaO：35％以下]
CaO为碱性氧化物，若包含在作为酸性氧化物的SiO2中，则氧化物的液相线温度下降，具有抑制氧化物系夹杂物的结晶化的效果，因此在夹杂物中可以含有CaO。其含有优选为10％以上、更优选为15％以上。然而，若CaO含量过高，则导致氧化物系夹杂物结晶化，因此其上限为35％以下。CaO含量的上限优选为30％以下。
[SiO2：30～95％]
SiO2为酸性氧化物，其是为了使氧化物系夹杂物非晶质化而不可缺少的成分。为了有效地发挥此种效果，SiO2含量的下限为30％以上。SiO2含量的下限优选为40％以上。然而，若SiO2含量超过95％，则上述夹杂物的拉伸性降低，还容易生成空洞，使疲劳特性变差。因此，SiO2含量的上限为95％以下，优选为70％以下、更优选为50％以下。
[Al2O3：40％以下]
Al2O3为两性氧化物，若包含在作为酸性氧化物的SiO2中，则氧化物的液相线温度下降，具有抑制氧化物的结晶化的效果，因此在夹杂物中可以含有Al2O3。其含量优选为10％以上、更优选为20％以上。若另一方面，Al2O3含量的上限超过40％，则在钢水中及凝固过程中析出刚玉等Al2O3结晶相，或者与MgO一起析出尖晶石等MgO·Al2O3结晶相。另外，在轧制温度域中生成这些结晶相。这些结晶相的固相为硬质，且以粗大的夹杂物的形式残留，使疲劳特性变差。从这样的观点出发，Al2O3含量的上限需要为40％以下，优选为30％以下。
[MgO：8％以下(包括0％)]
MgO并非在本发明中所必须的氧化物，但是具有将SiO2系氧化物控制为最佳的组成而使其熔点降低的效果。为了有效地发挥此种作用，MgO含量的下限优选为0.2％以上。但是，若MgO含量过多，则SiO2系氧化物的熔点变高或生成MgO系的结晶，因此其上限为8％以下。优选为5％以下、更优选为3％以下。
[MnO：5％以下(包括0％)]
与上述MgO同样，MnO也并非本发明中所必须的氧化物，但是MnO具有使SiO2系氧化物的熔点降低的效果。为了有效地发挥此种作用，MnO含量的下限优选为0.1％以上、更优选为0.5％以上。但是，在像本发明那样含有1.0％以上的Si的高Si钢中将MnO控制为太高浓度是不现实的，因此MnO含量的上限为5％以下。
[TiO2：3～10％]
TiO2为表征本发明的氧化物成分。如上所述，若TiO2包含在作为酸性氧化物的SiO2中，则分离为TiO2稠化相(A相)和SiO2稠化相(B相)2相，两相均具有结晶质化抑制作用。结果：能够实现抑制利用Si脱氧钢得到的含有SiO2的氧化物系夹杂物在热加工时的结晶化、以及抑制在钢与氧化物系夹杂物的界面产生的空洞，使疲劳特性进一步提高。这样的效果通过将TiO2含量的下限控制在3％以上而得到，因此TiO2含量为3％以上。优选为4％以上、更优选为5％以上。然而，若TiO2含量过多，则TiO2系氧化物以结晶相的形式单独生成，因此疲劳特性降低。因此，TiO2含量的上限为10％以下。优选为8％以下、更优选为7％以下。
[CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％]
在本发明中，需要如上述那样控制各氧化物的含量并且将它们的含量的合计控制在80％以上，由此保持氧化物系夹杂物的非晶质，并且使疲劳特性提高。上述氧化物的总量越多越好，优选为90％以上。最优选为100％。
如上所述，本发明的弹簧用钢线材所含的氧化物系夹杂物基本上为CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO及TiO2，余量为杂质。作为上述杂质，例如可列举在制造过程等中不可避免地含有的杂质。可以在对氧化物系夹杂物的结晶化状态、形态等不造成不良影响、且得到所需疲劳特性的限度内含有上述杂质。但是，基于与上述氧化物系夹杂物的总量的关系，该杂质的总量最大需要控制在20％以上。
作为上述杂质，例如可列举ZrO2、Na2O、Cr2O3等。其中，就ZrO2而言，若氧化物系夹杂物中的浓度变高，则促进上述夹杂物的结晶化而使疲劳特性变差，因此优选使其极力减少。ZrO2的优选含量不足1％、更优选为0.5％以下、最优选不含ZrO2。另外，与上述ZrO2相比，Na2O的容许量更宽，若为5％左右，则也可以包含Na2O。
[在与钢材的长度方向平行的截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数：超过0.002个/mm2]
在本发明中，需要如上所述地控制各氧化物的含量及总量、并且使短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数满足0.002个/mm2。由此，确保高疲劳特性，并且均质性也提高。短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数优选为0.005个/mm2以上、更优选为0.01个/mm2以上、进一步优选为0.05个/mm2以上。在此，上述“氧化物系夹杂物”是指如上所述Ca、Al、Si、Ti、Mn、Mg、Na、Cr、Zr等氧化物形成元素与氧结合而成的氧化物夹杂物，并不限于上述的氧化物(CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO、TiO2)。另外，在上述氧化物系夹杂物中，尤其规定“短径为2μm以上”的原因在于短径不足2μm的氧化物系夹杂物对疲劳特性的不良影响较少。
接着，对钢中成分进行说明。
[C：0.2～1.2％]
C是为了确保规定的强度所需的元素，为了有效地发挥此种特性，C的含量为0.2％以上。优选为0.5％以上。但是，若C含量过量，则弹簧用钢线材脆化，丧失实用性，因此其上限为1.2％以下。C量的优选上限为0.8％以下、更优选为0.7％以下。
[Si：1.0～3％]
Si为有助于弹簧用钢线材的高强度化及提高疲劳特性的重要元素。并且也是对提高抗软化性以及提高耐永久应变性也有用的元素。进而，为了控制为所需的氧化物系夹杂物的组成，Si也为必须的元素。为了有效地发挥此种作用，而使Si含量为1.0％以上。优选的Si含量为1.4％以上、更优选为1.8％以上。然而，若Si含量过量，则存在在凝固中生成硬质的纯SiO2的风险，并且有时表面脱炭、表面瑕疵增加而使疲劳特性降低。因此，Si量的上限为3％以下。优选为2.4％以下、更优选为2.2％以下。
[Mn：0.1～2％]
Mn作为脱氧剂起作用，而且是提高淬火性而还有助于提高强度的元素。为了有效地发挥此种作用，而使Mn含量的下限为0.1％以上。优选为0.5％以上。但是，若Mn量过量，则韧性、延展性降低，因此，其上限为2％以下。更优选为1％以下。
[Cr：3％以下(不包括0％)]
Cr是通过固溶强化来提高弹簧用钢线材的基体强度的元素。而且，与Mn同样，Cr也对提高淬火性有效地起作用。Cr量优选为0.5％以上、更优选为0.9％以上。但是，若Cr过量，则弹簧用钢线材容易脆化而使氧化物系夹杂物的敏感性增大，因此疲劳特性降低。为此，Cr量的上限为3％。Cr量的优选的上限为2％以下、更优选为1％以下。
[Al：0.0002～0.005％]
若Al含量变多、尤其超过0.005％，则以Al2O3为主体的硬质氧化物的生成量变多，而且在压下后也会以粗大的氧化物的形式残留，因此疲劳特性降低。因此，使Al的含量为0.005％以下、优选为0.002％以下、更优选为0.0015％以下。但是，若Al含量不足0.0002％，则氧化物系夹杂物中的Al2O3含量变得过少，生成包含大量SiO2的结晶相。因此，Al含量的下限为0.0002％以上、优选为0.0005％以上。
[Ca：0.0002～0.002％]
Ca是因用于控制氧化物系夹杂物组成的焊渣精炼而包含在线钢材中的成分。在本发明中还是控制氧化物系夹杂物中的CaO含量、抑制氧化物系夹杂物的结晶化而对疲劳特性的改善有效的元素。为了发挥此种效果，而使Ca含量为0.0002％以上、优选为0.0003％以上、更优选为0.0005％以上。然而，若Ca含量过量而超过0.002％，则CaO的比例变得过高，导致氧化物结晶化。因此，Ca含量为0.002％以下、优选为0.001％以下、更优选为0.0008％以下。
[Ti：0.0003～0.010％]
Ti为表征本发明的元素。通过添加规定量的Ti、且适当控制氧化物系夹杂物中的TiO2含量，从而进一步提高上述夹杂物的非晶质稳定性，使疲劳特性进一步提高。为了得到此种效果，需要使Ti含量为0.0003％以上。优选为0.0005％以上、更优选为0.0008％以上。但是，若Ti的含量变多而超过0.010％，则TiO2系氧化物以结晶相的形式单独生成。因此，Ti含量为0.010％以下。优选为0.0050％以下、更优选为0.0030％以下。
在本发明中所使用的钢中元素如上述那样余量为铁及不可避免的杂质。作为上述不可避免的杂质，例如可列举因原料、资材、制造设备等状况而掺入的元素、例如S、P、H、N等。
进而，在本发明中也可以含有以下的选择成分。
[Ni：0.5％以下(不包括0％)]
Ni是对抑制弹簧用钢线材制造时的热轧、弹簧制造时的热处理时产生的铁素体脱炭有效的元素。而且，Ni具有提高淬火·回火后的弹簧韧性的作用。优选的Ni量的下限为0.05％以上、更优选为0.15％以上、进一步优选为0.2％以上。另一方面，若Ni量过量，则在淬火·回火处理中残留奥氏体量增大，使抗拉强度降低。为此，Ni量的上限优选为0.5％以下、更优选为0.3％以下。
[Cu：0.5％以下(不包括0％)]
Cu为对抑制弹簧用钢线材制造时的热轧、弹簧制造时的热处理时产生的铁素体脱炭有效的元素，因此可以含有0.05％以上的Cu。上限优选为0.5％以下、更优选为0.3％以下。
[V：0.5％以下(不包括0％)]
V是与碳、氮等结合而形成微细的碳化物、氮化物等、且对提高耐氢脆性、疲劳特性有用的元素。而且，V为利用晶粒微细化效果而有助于提供弹簧的韧性、屈服强度、耐永久应变性等的元素。V量的下限优选为0.05％以上、更优选为0.10％以上。但是，若V量过量，则在淬火加热时未固溶于奥氏体中的碳化物量增大，难以得到充分的强度、硬度，而且招致氮化物的粗大化，容易产生疲劳折损。另外，若V量过量，则残留奥氏体量增加，弹簧的硬度降低。为此，V量的优选的上限为0.5％以下、更优选为0.4％以下。
接着，对制造本发明的弹簧用钢线材的方法进行说明。在本发明中，为了得到所需氧化物系夹杂物的组成及个数，重要的是尤其留意熔炼工序、热加工的各工序来进行制造。但是，除此以外的工序并无特别限定，可以适当选择使用在弹簧用钢线材的制造中通常所使用的方法。
本发明中使用的优选的熔炼工序及热间工序如以下所示。
(熔炼工序)
首先，实施采用Si的脱氧，并按照本发明中规定的组成添加C、Si、Mn、Cr、Ti、Al、Ni、V，之后，依据常规方法，使用CaO－SiO2系焊渣实施焊渣精炼，控制为CaO－Al2O3－SiO2－MgO－MnO－TiO2的组成。此时，使上述焊渣充分悬浮于钢水，由此可以使短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数为规定的范围。予以说明，在本发明中含有规定量的TiO2作为氧化物系夹杂物，该控制方法也无特别限定，基于本发明的技术领域中通常使用的方法，在熔炼时按照使钢中的Ti量控制为0.0003～0.010％的范围内的方式添加Ti即可。Ti的添加方法并无特别限定，例如可以添加含有Ti的铁系合金进行调整，或者可以通过焊渣组成的控制来控制钢水中的Ti浓度。
(热间工序)
将所得的铸片在加热炉中加热到1100～1300℃后，在900～1200℃实施开坯轧制。之后，在800～1100℃进行轧制。实施热轧至所需的直径。
这样得到本发明的弹簧用钢材，但是，也可以在上述热轧后进一步进行拉丝加工而制成弹簧用钢线材。拉丝条件并无特别限定，可以采用通常所使用的方法。
本发明的弹簧用钢线材作为要求高疲劳特性的加工品的原材而非常有用。作为上述加工品，可列举例如：用于汽车的发动机、悬架等的阀弹簧、离合器弹簧、制动弹簧、悬架弹簧等弹簧类；钢帘线等钢线类等。
上述弹簧的制造方法并无特别限定，可以利用常规方法来制造。具体而言，将上述弹簧用钢线材根据需要进行退火处理后，进行剥皮处理、铅淬火处理、拉丝加工、油回火处理，从而制造弹簧。
以下，利用实施例对本发明进行更具体地说明，但是，本发明并不受下述实施例的限制，能够在可以适合于上下文记载的主旨的范围内进行变更后再实施，它们均包含在本发明的技术范围内。
实施例
[铸片的制造]
使用容量150kg/1ch的小型熔化炉，对下述表1所示的各种化学成分的供试钢进行熔炼，制作成φ245mm×480mm的铸片。就熔炼而言，在熔炼时使用MgO系耐火物的坩埚，添加C、Si、Mn及Cr，并根据需要添加Ni及V中的至少一种，调整为规定的浓度后，按照Ti→Ca的顺序进行投入，调整Ti及Ca的各浓度。在本实施例中，作为添加到钢水中的Ca，使用Ni－Ca合金，作为Ti源，使用Fe－Ti合金。将这样得到的铸片的化学成分示于表1中。
[表1]
将所得的铸片在加热炉中以1100～1300℃的温度进行加热后，在900～1200℃进行开坯轧制。之后，在830～1100℃进行热轧，由此得到直径：8.0mm的热轧材。
(氧化物系夹杂物的组成及个数的测定)
对这样得到的热轧材(直径：8.0mm)，按照包含该热轧材的中心轴的方式，在长度方向(相当于轧制方向)切割1个20mmL(L为轧制方向长度)以上的微小试样，对包含上述中心轴的截面进行研磨。使用日本电子DATUM公司制的电子探针X射线微区分析仪(ElectronProbeX－ray Micro Analyzer；EPMA、商品名“JXA－8500F”)对该研磨面进行观察，并对短径为1μm以上的氧化物系夹杂物的成分组成进行定量分析。研磨面的观察面积为100～1000mm2，利用特征X射线的波长色散光谱分光对氧化物系夹杂物在中央部的成分组成进行定量分析。分析对象元素为Ca、Al、Si、Ti、Mn、Mg、Na、Cr、Zr，使用已知物质预先将各元素的X线强度与元素浓度的关系制成校准曲线，由从作为分析对象的上述氧化物系夹杂物得到的X射线强度和上述校准曲线对各试样所含的元素量进行定量，并进行氧化物换算，由此求得氧化物系夹杂物的平均组成。Ti氧化物可以采用多个价数，但是全部按照TiO2来计算。
另外，在存在于上述研磨面中的氧化物系夹杂物中，将短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数除以上述观察面积(100～1000mm2)所得的值设为氧化物系夹杂物的夹杂物个数(个/mm2)。
[疲劳强度试验(折损率)]
将上述热轧材(直径：8.0mm)剥皮，拉丝至直径：7.4mm后，进行铅淬火，并冷拉丝加工至直径：4.0mm。接着，连续进行油淬火和在约450℃的铅浴中的回火而进行油回火处理后，得到直径4.0mm×长650mm的线材。对这样得到的线材，在400℃进行相当于去应力退火的处理后，进行喷丸加工，并进行200℃的低温退火，制作成疲劳强度测定用试验片。
对上述试验片，使用中村式旋转弯曲试验机，在公称应力：970MPa、转速：4000～5000rpm、中止次数：2×107次的条件下进行试验。在分断的试验片中，分别测定以夹杂物为起点而发生折损的试验片的个数A及由于达到规定的中止次数而中止了上述试验的试验片的个数B，按照下述式求出折损率。
折损率(％)＝[A/(A+B)]×100
将它们的结果记载于表2中。予以说明，表2的试验No.表示使用相同数字的表1的供试钢No.。
[表2]
在表2的试验No.1～11、17、18中均满足本发明中规定的化学成分组成及氧化物组成，可见疲劳特性优异。
与此相对，在试验No.12～16中未满足本发明的任意要件，因此疲劳特性降低。
在试验No.12中，由于Si量及Al量为本发明的范围内，但是Si量和Al量均较低，因此氧化物系夹杂物中的CaO量变多，疲劳特性降低。
在试验No.13中，由于Ti量及Al量为本发明的范围内，但是，所含的Ti和Al的量比其他实施例多，因此氧化物系夹杂物中的SiO2量变少，疲劳特性降低。
在试验No.14中，由于Ti量少，因此氧化物系夹杂物中的TiO2量变少，疲劳特性降低。
在试验No.15中，由于Ti量多，因此氧化物系夹杂物中的TiO2量变多，疲劳特性降低。
在试验No.16中，由于焊渣精炼时的搅拌与其他的例子相比为弱搅拌，因此悬浮不充分，短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数变少，疲劳特性降低。
参照特定的实施方式对本发明进行了详细地说明，但对本领域技术人员而言明显可以在不脱离本发明的主旨和范围的条件下加以各种变更、修改。
本申请是基于2014年1月29日申请的日本专利申请(日本特愿2014－014633)的申请，其内容作为参照援引于此。
产业上的可利用性
就本发明的弹簧用钢线而言，迄今为止，疲劳特性更为优异，并且适合预阀弹簧、悬架弹簧等。

Claims (4)

1.一种疲劳特性优异的弹簧用钢线材，其特征在于，以质量％计含有
C：0.2～1.2％
Si：1.0～3％、
Mn：0.1～2％、
Cr：3％以下且不包括0％、
Al：0.0002～0.005％、
Ca：0.0002～0.002％、及
Ti：0.0003～0.010％，
余量由铁及不可避免的杂质构成，
在与钢材的长度方向平行的截面上存在的短径为1μm以上的氧化物系夹杂物的平均组成以质量％计满足
CaO：35％以下且包括0％、Al2O3：40％以下且包括0％、SiO2：30～95％、MgO：8％以下且包括0％、MnO：5％以下且包括0％、TiO2：3～10％及CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+TiO2≥80％，并且
在所述截面上存在的短径为2μm以上的氧化物系夹杂物的个数超过0.002个/mm2。
2.根据权利要求1所述的弹簧用钢线材，其中，所述氧化物系夹杂物的平均组成以质量％计还满足ZrO2：不足1％且不包括0％、Na2O：不足5％且包括0％。
3.根据权利要求1或2所述的弹簧用钢线材，其还含有Ni：0.5％以下且不包括0％、Cu：0.5％以下且不包括0％及V：0.5％以下且不包括0％中的至少一种。
4.一种弹簧，其使用权利要求1～3中任一项所述的弹簧用钢线材而得到。
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