高强度不锈钢丝及弹簧

技术领域

本发明涉及弹簧用的高强度不锈钢丝及弹簧，涉及可兼顾奥氏体系不锈钢丝的温热区域中的耐疲劳特性和耐热弹力衰减性(耐熱へたり性)的技术。

背景技术

不锈钢弹簧因耐蚀性优异而多用于工业设备及汽车部件等。此外，近年来，因轻量化的要求高涨而在研究高强度化。如果使不锈钢弹簧原材料即不锈钢丝高强度化，则拉丝时的纵向裂纹成为问题，所以提出了通过控制化学成分、加工诱导马氏体量、结晶粒径或氢量，来防止纵向裂纹的技术(专利文献1、2)。

另一方面，在近年的高强度不锈钢弹簧中，其应用扩展到多种用途。随着应用的扩大，提高温热区域中的耐疲劳性及温热区域中的耐热弹力衰减性的要求也高涨。例如，不锈钢弹簧在温度上升到汽车发动机室等的大约200℃附近的环境中长时间使用的情况在增加。所以，除了可与节省空间化对应的弹簧高强度化-轻量化以外，还要求温热区域(例如大约200℃左右)中的耐疲劳强度及耐热弹力衰减性。

专利文献3中，为了提高疲劳强度，提出了对由奥氏体系不锈钢构成的弹簧原材料在氟气气氛中进行表层渗碳处理的表面方法。但是，氟气气氛中的表面处理因处理时间长、需要特殊处理而使成本上升，所以不仅需要由拉丝原材料高品质地制作的批量生产技术，而且也没有对于提高温热区中的耐疲劳强度及耐热弹力衰减性的技术的见解。

专利文献4中，为了提高耐热弹力衰减性，提出了用含有Mo、Al的准温度γ系不锈钢丝，通过生成加工诱导马氏体而使NiAl微细析出。但是，因含有Al及Ti、Nb系的夹杂物而难以确保耐疲劳特性。

这样一来，对于以往的弹簧用高强度奥氏体系不锈钢丝，还未提出能够使直至大约200℃左右的常温～温热区域中的耐疲劳特性和耐热弹力衰减性得以兼顾的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3542239号公报

专利文献2：日本专利第4489928号公报

专利文献3：日本特开2005-200674号公报

专利文献4：日本专利第6259579号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述实情而完成的，其课题在于提供一种高强度的、温热区中耐疲劳性和耐热弹力衰减性优异的弹簧用高强度不锈钢丝及弹簧。

用于解决课题的手段

本发明人等为了解决上述课题而进行了研究，结果发现：在强拉丝的准稳定奥氏体系不锈钢丝中，通过控制精拉丝减低钢丝表层的残余应力，同时谋求含有对丝坯料的晶粒微细化和时效时的氮聚集成簇有效的N，另外通过控制Al量、O量及铸造时的凝固速度来控制表层附近的微细的脱氧产物的组成，由此可在高强度弹簧材中使温热区域中的耐疲劳强度和弹性减衰性得以兼顾。本发明是基于上述见解而完成的。

也就是说，作为本发明主旨的构成如下所述。

[1]一种高强度不锈钢丝，其中，钢的化学组成以质量％计含有：

C：0.08～0.13％、

Si：0.2～2.0％、

Mn：0.3～3.0％、

P：0.035％以下、

S：0.008％以下、

Ni：5.0％以上且低于8.0％、

Cr：14.0～19.0％、

N：0.04～0.20％、

Al：0.10％以下、

O：0.012％以下、

Ca：0.0040％以下、

Ti、Nb、Ta及W的合计：0.50％以下、

剩余部分：Fe及杂质，

用下述式(1)表示的Md30的值为0(℃)～30(℃)，

钢丝强度为1800MPa以上，

加工诱导马氏体量为20～80vol.％(体积％)，

钢丝表层的长度方向的拉伸残余应力为500MPa以下；

Md30(℃)＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo(1)

其中，式(1)中的元素符号为钢化学组成中的各元素的含量(质量％)，在不含时代入0。

[2]根据上述[1]所述的高强度不锈钢丝，其中，

所述化学组成中的Al、O及Ca以质量％计为：

Al：0.01～0.08％、

O：0.005％以下、

Ca：0.0005～0.0040％，

钢中的直径为1～2μm的脱氧产物的平均组成为Al：10～35％、Ca：5～30％、Cr：10％以下、Mn：5％以下。

[3]根据上述[1]所述的高强度不锈钢丝，其中，

所述化学组成中的Al、O及Ca以质量％计为：

Al：低于0.01％、

O：0.003～0.008％、

Ca：0.0010％以下，

钢中的直径为1～2μm的脱氧产物的平均组成为Al：低于10％、Ca：低于10％、Cr：10～45％、Mn：10～30％。

[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的高强度不锈钢丝，其中，替代Fe的一部分，进一步以质量％计含有Mo：0.1～2.0％、Cu：0.8％以下、V：0.5％以下中的1种或两种以上。

[5]一种弹簧，其中，由上述[1]～[3]中任一项所述的高强度不锈钢丝形成。

[6]一种弹簧，其中，由上述[4]所述的高强度不锈钢丝形成。

发明效果

本发明的高强度不锈钢丝由于强度高，在温热区中耐疲劳性和耐热弹力衰减性优异，所以即使在制成弹簧时，也能够兼顾温热区域中的耐疲劳强度及耐热弹力衰减性，能够实现弹簧的轻量化及温热区中的高耐久化。

此外，本发明的弹簧能够兼顾温热区域中的耐疲劳强度及耐热弹力衰减性，能够实现弹簧的轻量化、温热区中的高耐久化。此外，本发明的弹簧能够作为精密部件用的螺旋弹簧使用。

具体实施方式

本发明的实施方式涉及一种高强度不锈钢丝，钢的化学组成以质量％计含有C：0.08～0.13％、Si：0.2～2.0％、Mn：0.3～3.0％、P：0.035％以下、S：0.008％以下、Ni：5.0％以上且低于8.0％、Cr：14.0～19.0％、N：0.04～0.20％、Al：0.10％以下、O：0.012％以下、Ca：0.0040％以下、Ti、Nb、Ta及W的合计：0.50％以下、剩余部分：Fe及杂质，用下述式(1)表示的Md30的值为0(℃)～30(℃)，钢丝强度为1800MPa以上，加工诱导马氏体量为20～80vol.％，钢丝表层的长度方向的拉伸残余应力为500MPa以下。

Md30(℃)＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo(1)

其中，式(1)中的元素符号为钢化学组成中的各元素的含量(质量％)，在不含时代入0。

此外，本发明的实施方式的弹簧由上述高强度不锈钢丝形成。本实施方式的弹簧优选为螺旋弹簧，也可以是压缩螺旋弹簧，也可以是拉伸螺旋弹簧，也可以是扭曲盘簧。

以下，对高强度不锈钢丝的化学成分进行说明。有关钢的化学组成的“％”意味着质量％。此外，采用“～”表示的数值范围意味着作为下限值及上限值包含“～”前后记载的数值的范围。再者，在“～”前后记载的数值上附加“超过”或“低于”时的数值范围，意味着作为下限值或上限值不包含这些数值的范围。

C为了在拉丝加工和时效后以高强度(尤其1800MPa以上)得到耐疲劳强度和耐热弹力衰减性，以质量％计含有0.08％以上(以下％全部为质量％)。但是，如果超过0.13％含有C，则在晶界析出Cr碳化物，使耐疲劳特性劣化，所以将C含量限定在0.13％以下。优选为0.09～0.12％。

Si为了通过脱氧减低粗大夹杂物而含有0.2％以上。但是，如果超过2.0％含有Si，则脱氧产物粗大化，使耐疲劳特性劣化，所以将Si含量限定在2.0％以下。优选为0.3～1.5％。

Mn为了脱氧，而且为了通过将拉丝后的加工诱导马氏体量控制在本发明的范围内而减低拉丝材的表层残余应力，防止纵向裂纹，得到规定的强度及耐疲劳特性而含有0.3％以上。但是，如果超过3.0％含有Mn，则拉丝后的加工诱导马氏体量降低，强度下降，而且耐疲劳特性及耐热弹力衰减性下降，所以将Mn含量限定在3.0％以下。优选为0.5～2.0％。

P由于通过晶界偏析使原材料脆化，促进微孔生成及拉丝纵向裂纹，使耐疲劳强度降低，因而限定在0.04％以下。优选为0.03％以下。优选P含量较低，但因增加精炼成本而允许含有0.005％以上。

S由于形成硫化物，拉丝时生成微孔，降低耐疲劳强度，因而限定在0.008％以下。优选为0.005％以下。优选S含量较低，但因增加精炼成本而允许含有0.0001％以上。

Ni为了确保拉丝后的韧性、防止拉丝纵向裂纹、以及将加工诱导马氏体控制在本发明的范围内而得到规定的强度、耐疲劳强度，含有5.0％以上。但是，如果含有8.0％以上的Ni，则拉丝后的目标的加工诱导马氏体量减少，强度、耐疲劳强度下降，所以将Ni含量限定在低于8.0％。优选为6.0～7.5％。

Cr为了使加工诱导马氏体量适当，确保精密弹簧等制品的耐蚀性而含有14.0％以上。但是，如果含有超过19.0％，则拉丝后的目标的加工诱导马氏体量减少，使强度、耐疲劳强度、耐热弹力衰减性劣化，因此将Cr含量限定在19.0％以下。优选为15.0～18.0％。

N为了在拉丝加工和时效后以高强度(尤其1800MPa以上)得到耐疲劳强度和耐热弹力衰减性，以质量％计含有0.04％以上。N尤其通过拉丝-弹簧加工后的250～550℃时效热处理而形成N系簇状物，对于使强度、耐疲劳强度、耐热弹力衰减性全部并存是非常有效的。但是，如果超过0.20％含有N，则在晶界析出Cr碳氮化物，相反使耐疲劳特性劣化，因此将N含量限定在0.20％以下。优选为0.05～0.15％。

Ti、Nb、Ta、W是强力的碳氮化物形成元素，作为晶界的钉扎粒子对于晶粒微细化是有效的。因此，这些元素也可以合计含有0.05％以上。其另一方面，这些元素生成粗大的碳氮化物，促进微孔的生成，使耐疲劳强度降低。因此，可根据需要将Ti、Nb、Ta及W的合计含量限定在0.50％以下，优选限定在0.20％以下。优选的合计含量为0.15％以下。再者，Ti、Nb、Ta、W也可以含有其中的至少1种，也可以含有两种以上，也可以含有全部。

此外，本实施方式的高强度不锈钢丝含有Al：0.10％以下、O：0.012％以下、Ca：0.0040％以下。Al及Ca对于通过促进脱氧减低各种夹杂物量，提高钢强度是有效的元素。此外，O(氧)除了以钢中的杂质含有以外，还含在后述的脱氧产物中。再者，Al的下限也可以为0.001％以上，O的下限也可以为0.0001％以上，Ca的下限也可以为0.0001％以上。关于Al、Ca及O的含量，将在脱氧产物的说明中详细叙述。

关于上述式(1)中出现的Md30(℃)，根据各元素对大约70％的强拉丝加工后的母材中的加工诱导马氏体量所产生的影响的调査结果，示出了对加工诱导马氏体量有效果的元素和影响度。如果Md30的值低于0(℃)，则强拉丝加工后的加工诱导马氏体量少，钢丝的抗拉强度低于1800MPa，本发明的效果降低，因此将Md30的值规定为0℃以上。此外，如果Md30的值超过30℃，则强拉丝加工后的加工诱导马氏体量超过80vol.％的可能性增大，容易发生拉丝纵向裂纹，因此使Md30的值规定在30℃以下。

另外，本实施方式的高强度不锈钢丝也可以含有Mo：0.1～2.0％、Cu：0.8％以下、V：0.5％以下中的1种或两种以上。Mo、Cu、V的下限也可以为0％以上。

Mo对耐蚀性是有效的，因此也可以根据需要含有0.1％以上。但是，即使超过2.0％含有Mo，不仅其效果饱和，而且因加工诱导马氏体量减少还使强度及疲劳强度降低。因此，将上限限定在2.0％。

Cu由于抑制奥氏体的加工硬化，使拉丝后的钢丝强度降低，因而限定在0.8％以下。

V通过生成微细的碳氮化物而使奥氏体结晶粒径微细化，从而提高耐热弹力衰减性，所以也可以根据需要含有0.5％以下。但是，如果含有超过0.5％的V，则碳氮化物粗大化，促进微孔的生成，使耐疲劳特性劣化，因此限定在0.5％以下。V含量的下限也可以为0.03％以上。

上述以外的剩余部分为Fe及杂质。作为杂质，有时Pb、Bi、Sn、Co等分别最大含有0.1％左右，B、Mg、Zr、REM分别最大含有0.01％左右。

再者，本实施方式中，为了通过抑制拉丝后的显微裂纹的生成来提高耐疲劳强度，优选根据需要将氢限定在4ppm以下。

本实施方式的高强度不锈钢丝的拉伸强度为1800MPa以上，优选为2000MPa以上。当拉伸强度低于1800MPa时，耐疲劳强度并不充分。所以，通过调整钢的化学组成和拉丝加工率，以使强度达到1800MPa以上。优选为2000MPa以上。

将高强度不锈钢丝中的加工诱导马氏体量规定在20～80vol.％的范围。为了确保1800MPa以上的强度、时效后的耐疲劳强度和耐热弹力衰减性，可通过根据化学组成及拉丝加工条件进行调整，使加工诱导马氏体量为20Vol.％以上。但是，如果加工诱导马氏体量超过80vol.％，则在脱氧产物及碳氮化物的周边，生成由显微裂纹造成的微孔，使耐疲劳强度劣化，因此限定为80vol.％以下。优选为30～70vol.％。

将钢丝表层的长度方向的残余应力规定为500MPa以下。如果存在超过500MPa的拉伸残余应力，则时效后的弹簧的耐疲劳强度和耐热弹力衰减性劣化，所以将上限限定在500MPa以下。再者，残余应力可通过最终精拉丝率的断面收缩率、拉丝加工中使用的拉模的模口角度(die angle)、拉丝速度的调整加以控制。优选为400MPa以下。

接着，对本实施方式的不锈钢丝所含的脱氧产物和Al、Ca及O的更优选的含有范围进行说明。在以下的说明中，按Al量为0.01～0.08％的情况和低于0.01％的情况，分情况进行说明。

(Al量为0.01～0.08％的情况)

本实施方式的不锈钢丝的化学组成中的Al、O及Ca以质量％计，为Al：0.01～0.08％、O：0.005％以下、Ca：0.0005～0.0040％，钢中的直径为1～2μm的脱氧产物的平均组成优选为Al：10～35％、Ca：5～30％、Cr：10％以下、Mn：5％以下。关于Cr优选规定为1％以上，也可以规定为2％以上。另外为了氧化物的微细化，优选为Al：10～35％、Ca：5～30％、Cr：2～9％、Mn：3％以下。

Al通过脱氧而使脱氧产物减低，通过在含有Ca的同时将铸造时的表层的凝固速度控制在较快的水平(10～500℃/s)，可抑制粗大的脱氧产物。由此，可提高高强度不锈钢丝及弹簧的耐疲劳强度。此外，通过生成微细的AlN而使高强度不锈钢丝的晶粒微细化至30μm以下的范围，从而提高耐热弹力衰减性。因此，含有0.01％以上的Al。但是，如果超过0.08％含有Al，则成为强脱氧，生成粗大的脱氧产物及粗大的AlN，使耐疲劳强度下降。所以，将Al含量限定在0.01～0.08％。优选为0.015～0.05％。

Ca通过与Al一同含有，可抑制粗大的脱氧产物，提高耐疲劳强度。所以，在含有0.01％以上的Al时，使其含有0.0005％以上的Ca。但是，如果超过0.0040％含有Ca，则成为强脱氧，生成粗大的脱氧产物，使耐疲劳强度下降。因此，将Ca含量限定在0.0040％以下。优选为0.0010～0.0030％。

O与Al、Ca一同对脱氧产物的量、组成、尺寸施加影响，为了得到脱氧产物，限定在0.005％以下的范围。更优选为0.004％以下。也可以将O的下限规定为0.0001％以上。

在本实施方式的高强度不锈钢丝中，含有直径1～2μm的脱氧产物。如此微细的脱氧产物的组成作为表示对疲劳施加较大影响的脱氧产物全体的尺寸分布偏差的指标是有效的。直径1～2μm的微细的脱氧产物的平均组成按平均组成规定为Al：10～35％、Ca：30％以下、Cr：2～10％、Mn：5％以下。另外，脱氧产物作为剩余部分也可以含有O、Si、Ti、Fe等。

再者，脱氧产物的平均组成采用电解提取法从高强度不锈钢丝提取脱氧产物。再者，在所提取的析出物-夹杂物中，将含氧的当量圆粒径为1～2μ的析出物-夹杂物作为脱氧产物。对所提取的脱氧产物采用SEM·EDS进行元素分析，作为将所检测的总元素量设为100％时的各元素的含有率。详细的测定方法通过实施例进行说明。测定时，将含氧的提取物作为脱氧产物。此外，按(长径+短径)/2计算脱氧产物的直径。

得知：在本实施方式的高强度不锈钢丝中，通过将主要的脱氧产物的形成温度调整至材料的凝固点附近，抑制粗大的脱氧产物以及在其周边生成的微孔的生成，能够提高高强度不锈钢丝及弹簧的耐疲劳强度。再者，为了使脱氧产物的组成范围在上述范围，控制有助于脱氧的Al、Ca、Si、Mn、Cr的含量和铸造凝固时的冷却速度是重要的，通过以不使脱氧产物粗大化的方式调整成分使其骤冷凝固是有效的。因此，在本发明中，根据需要如前所述对凝固时生成的直径1～2μm的脱氧产物的平均组成进行限定。

(Al量低于0.01％的情况)

本实施方式的不锈钢丝的化学组成中的Al、O及Ca以质量％计，为Al：低于0.01％、O：0.003～0.008％、Ca：0.0010％以下，钢中的直径为1～2μm的脱氧产物的平均组成也可以为Al：低于10％、Ca：低于10％、Cr：10～45％、Mn：10～30％。进而优选为Al：5％以上且低于10％、Ca：低于5％、Cr：10～45％、Mn：10～30％。

通过将Al规定为低于0.01％，此外通过将铸造时的表层凝固速度控制在10～500℃/s，使脱氧产物的组成的主体成为Cr及Mn，而且使脱氧产物微细化。由此，通过使钢中的结晶粒径微细化而提高耐热弹力衰减性，同时还提高制品的耐疲劳强度。因此，将Al含量规定为低于0.01％。

Ca在低Al量的情况下，与Si一同生成粗大的脱氧产物，使耐疲劳强度降低。所以，在Al量低于0.01％时，将Ca含量限定在0.0010％以下。Ca也可以为0.0001％以上。

O为了得到与Al、Ca一同对脱氧产物的量、组成、尺寸施加影响的上述规定的脱氧产物，限定在0.003～0.008％的范围。

即便在使Al低于0.01％时，微细的脱氧产物的组成作为表示脱氧产物全体的尺寸分布偏差的指标也是有效的。也就是说，通过将直径1～2μm的微细的脱氧产物的平均组成规定为含有Al：低于10％、Ca：低于10％、Cr：10～45％、Mn：10～30％的组成，可抑制粗大的脱氧产物的生成，提高高强度不锈钢丝及弹簧的耐疲劳强度。此外，微细的脱氧产物通过钉扎晶界而使钢中的晶粒微细化，从而提高耐热弹力衰减性。为了使脱氧产物的组成在上述范围内，通过调整有助于脱氧的Al、Ca、Si、Mn、Cr量，在铸造时使钢骤冷凝固是有效的。因此，根据需要，如前所述限定直径为1～2μm的脱氧产物的组成。再者，脱氧产物的组成的剩余部分可以含有O、Si、Ti、Fe等。脱氧产物的平均组成的测定方法的概要如以上所述。

本实施方式的高强度不锈钢丝作为用作弹簧原材料的不锈钢丝是有用的。高强度不锈钢丝的线径优选在0.1～3.0mm的范围。由此，例如容易加工成精密弹簧。

以下，对本实施方式的高强度不锈钢丝的制造方法进行说明。

本实施方式的高强度不锈钢丝通过对调整到规定成分的钢水进行铸造而形成铸坯，对所得到的铸坯进行热轧，形成直径为5.5～15.0mm的线材。接着，对所得到的线材反复进行拉丝加工、退火处理、冷却，形成直径为0.1～3.0mm的高强度不锈钢丝。

在将钢水通过铸造形成铸坯时，为了控制脱氧氧化物的组成，优选将铸造时的冷却速度控制在5～500℃/s。将该冷却速度作为从即将铸造之前的温度(例如中间包内的钢水的温度)到铸坯表面温度被冷却至1300℃之间的平均冷却速度。如果冷却速度低于5℃/s或超过500℃/s，则得不到所希望的脱氧氧化物，因而是不优选的。冷却速度也可以为10～500℃/s，也可以为20～400℃/s，也可以为40～300℃/s。

对铸坯进行热轧的条件不需要特别的限制。除热轧以外，也可以根据需要进行热锻造。

作为从由不锈钢形成的线材制造高强度不锈钢丝的条件，对通过经由中间阶段的冷拉丝加工、退火处理及冷却所得到的中间退火材，进行最终的冷拉丝加工。最终的冷拉丝加工将断面收缩率设定为55～85％，将最终拉模的断面收缩率设定为3～25％，优选设定为5～20％，更优选设定为8～15％，将最终拉模的拉模进线角度作为半角设定为3～15°，优选设定为4～10°，更优选设定为5～8°的范围。通过经由这样条件的拉丝加工，可得到强度为1800MPa以上、钢中的加工诱导马氏体量为20～80vol.％、钢丝表层的长度方向的拉伸残余应力为500MPa以下的高强度不锈钢丝。

此外，在从高强度不锈钢丝制造螺旋弹簧时，进行将高强度不锈钢丝卷绕成螺旋状的绕线工序，接着进行时效处理。优选时效处理在250℃～550℃的范围加热10～300分钟。时效处理的处理温度也可以为300～450℃的范围，也可以为350～400℃的范围。处理时间也可以为20～200分钟的范围，也可以为30～60分钟的范围。

本实施方式的高强度不锈钢丝成为强度高，且在温热区中耐疲劳性和耐热弹力衰减性优异的钢丝。由此，即便是作为弹簧时，也能够兼顾温热区域中的耐疲劳强度及耐热弹力衰减性，能够实现弹簧的轻量化及温热区中的高耐久化。

此外，本实施方式的弹簧能够兼顾温热区域中的耐疲劳强度及耐热弹力衰减性，能够实现弹簧的轻量化、温热区中的高耐久化。

实施例

(实验例1)

在用150kg的真空熔炼炉，以大约1600℃将具有表1A及表1B所示的化学组成的钢熔化后，在直径170mm的铸模中铸造。再者，根据Al、Si、Mn等脱氧元素的含量和从脱氧元素投入钢水中至向铸模中的出钢的时间变更O量。将从即将铸造之前的温度(中间包内的钢水的温度)到铸坯表面温度被冷却至1300℃之间的平均冷却速度规定为40℃/秒。然后，通过热轧将各个铸坯热加工成直径6mm的线材。

然后，通过进一步反复进行拉丝加工、1100℃的退火、骤冷，制成直径3.0～4.5mm的不锈钢丝的退火材。继续，对退火材进行最终的拉丝加工。具体地讲，实施断面收缩率为55～80％的冷拉丝加工，以最终拉模的断面收缩率为7％、拉模进线角度作为半角为7°的条件精加工成直径为2.0mm的钢丝。这样一来，便制成高强度不锈钢丝。

然后，对高强度不锈钢丝，假设制作螺旋弹簧，通过400℃-30分钟的时效处理来进行N聚集成簇化的处理。

接着，测定最终拉丝前的Ф3.0～4.5mm的退火材的奥氏体的结晶粒径、最终拉丝后的高强度不锈钢丝的加工诱导马氏体量、抗拉强度、表层的长度方向的残余应力、表层的微细的脱氧产物的平均组成、耐热弹力衰减性、疲劳强度。表2A及表2B中示出了测定结果。

表2A

下划线表示在本发明的范围外

表2B

关于拉丝前的退火材的奥氏体结晶粒径，通过对退火材的横断面在10％硝酸液中进行电解腐蚀，用光学显微镜观察金属组织，采用JIS G0551：2013所规定的切断法求出粒度号码，将其作为结晶粒径。

最终拉丝后的高强度不锈钢丝的抗拉强度按照JIS Z2241：2011进行测定。

最终拉丝后的高强度不锈钢丝的加工诱导马氏体量从通过直流式磁滞回线仪(BHtracer)测定的饱和磁化值算出。

最终拉丝后的高强度不锈钢丝表层的长度方向的残余应力采用X射线应力测定装置进行测定。

钢丝表层的微细的脱氧产物的测定方法如下所述。在将最终拉丝后的高强度不锈钢丝的表层以#500研磨后，在非水溶液中进行电解，将基体溶解。用过滤器将电解后的非水溶液过滤，提取氧化物。将非水溶液规定为含有3％的马来酸和1％的氯化四甲铵的甲醇溶液。将电解条件规定为100mV的恒电压。然后，对于残留在过滤器上的直径1～2μm的氧化物，通过SEM-EDS，任意分析20个组成，算出平均组成。平均组成设定为将由SEM-EDS检测出的总元素量设为100％时的各元素的含有率。再者，所谓氧化物，为EDS分析中含有O、含有Al、Ca、Mn、Si、Fe、Cr、Ti等的非金属夹杂物。按(长径+短径)/2计算氧化物的直径。将如此得到的平均组成作为脱氧产物的平均组成。

关于时效处理后的高强度不锈钢丝的耐热弹力衰减性，假设由螺旋弹簧的扭转应力造成的应力松弛，通过钢丝扭转试验进行评价。关于评价条件，将夹头间距离规定为150mm，在200℃进行加热，按规定的初期的扭转应力τ0固定在规定的扭转位置，测定因24小时保持后的应力松弛而降低的扭转应力τ，通过应力松弛率S＝(1-τ/τ0)×100(％)进行确定。

将应力松弛率为10％以上的耐热弹力衰减性评价为“×”，将5％以上且低于10％的耐热弹力衰减性评价为“△”，将3％以上且低于5％的耐热弹力衰减性评价为“〇”，将低于3％的耐热弹力衰减性评价为“◎”。△、〇及◎为合格。

关于时效处理后的高强度不锈钢丝的耐疲劳特性，假设由螺旋弹簧的反复扭转应力造成的疲劳，通过钢丝扭转试验进行评价。关于评价条件，将夹头间距离规定为150mm，在200℃进行加热，使设定应力τ在200～700MPa间变化，按振幅应力τa为τa/τ＝0.3、速度为25Hz将反复扭转应力施加到10

将疲劳极限为200MPa以下的耐热疲劳特性评价为“×”，将超过200MPa且250MPa以下的耐热疲劳特性评价为“△”，将超过250MPa且350MPa以下的耐热疲劳特性评价为“○”，将超过350MPa的耐热疲劳特性评价为“◎”。△、〇及◎为合格。

如表1A～表2B所示的那样，本发明例的No.1a～19a的化学组成在发明范围内，强度、加工诱导马氏体量及表层残余应力在发明范围内，制造条件也在优选范围，因此耐热弹力衰减性及耐热疲劳强度为合格水平。此外，退火材的平均结晶粒径也大半为30μm以下，为良好。

此外，No.7a、8a、13a～15a及19a使Al量在0.01～0.08％、使Ca量在0.005以下，主要通过Al脱氧将O量控制在0.005～0.0040％，脱氧产物中的各元素的组成为优选的范围，耐热弹力衰减性及疲劳强度为“○”或“◎”，耐热弹力衰减性及耐热疲劳强度达到更高的水平。

另外，No.9a～12a、16a～18a使Al量低于0.01％、使Ca量为0.0010％以下，主要通过Si脱氧将O量控制在0.003～0.008％，脱氧产物中的各元素的组成为优选范围，耐热弹力衰减性及疲劳强度为“◎”，耐热弹力衰减性及耐热疲劳强度达到更高的水平。

另一方面，在比较例的No.1b～20b中，钢成分及Md30偏离适当范围，而且强度、加工诱导马氏体量、表层的残余应力偏离适当范围，耐热疲劳强度较差。此外，No.3b、7b、8b、11b～15b、18b、19b的耐热弹力衰减性也差。

(实验例2)

接着，为了调查钢丝的表层残余应力的影响，对由所制造的钢A及钢H形成的直径4mm的退火材，按表3所示的条件进行最终拉丝加工。也就是说，对直径4.0mm的退火材实施断面收缩率为75％的冷拉丝加工，将最终拉模的断面收缩率规定为1～26％，将进线半角变更为2～16°。如此，精加工成直径2.0mm的高强度不锈钢丝。然后，假设制作螺旋弹簧制品，在400℃实施30分钟的时效处理。如此，制造No.20a～24a、21b～27b的高强度不锈钢丝。然后，与表2的情况同样地测定加工诱导马氏体量、强度、表层的残余应力，评价耐热弹力衰减性、耐热疲劳强度。表3中示出了结果。

如表3所示，得知：表层的残余应力随最终的拉丝加工条件而发生变化。比较例的No.21b～27b因为按偏离优选条件的条件进行最终拉丝加工，所以残余应力偏离本发明的范围，耐热弹力衰减性及耐热疲劳强度处于劣势。

另一方面，得知：在发明例的No.20a～24a中，通过使表层的残余应力在500MPa以下而得到优异的耐热弹力衰减性和耐热疲劳特性，通过使表层的残余应力为400MPa以下，其效果变得显著。

(实验例3)

接着，为了调查铸坯表层的冷却速度的影响，用150kg的真空熔炼炉，以大约1600℃熔炼钢G及钢J的钢，然后用直径100～250mm的铸模进行铸造。将铸模的材质规定为铁系、氧化镁系、氧化硅系。而且根据罩(カーウール)的有无，变更钢G、钢J的凝固时的平均冷却速度。

对所得到的铸坯，通过磨削表层，制成将铸坯内部组织作为表层组织的轧制用原材料(钢坯)。轧制用原材料表层中的铸造时的冷却速度与磨削前的铸坯表层中的冷却速度相比有所减慢。再者，凝固时的平均冷却速度是通过测定铸坯断面的表层附近的2次枝晶臂间隔(λ)，从λ的平均值根据平均冷却速度(℃/s)＝(110/λ)

然后，与实验例1同样地制作直径4.0mm的不锈钢丝退火材，另外与实验例1同样地通过进行最终的拉丝加工，制成直径2.0mm的高强度不锈钢丝，另外与实验例1同样地进行时效处理。然后，与表2的情况同样地，测定加工诱导马氏体量、强度、表层的残余应力、脱氧产物的平均组成，评价耐热弹力衰减性、耐热疲劳强度。表4中示出了结果。

如表4所示，得知在发明例的No.25a～28a中，使Al、Ca、O等成分最优化和通过在骤冷侧控制凝固速度而使微细的脱氧产物的组成最优化，从而提高耐热弹力衰减性和耐热疲劳强度。

产业上的可利用性

正如由以上的各实施例所表明的那样，根据本发明，能够稳定地提供耐热弹力衰减性及耐热疲劳特性优异的弹簧用高强度不锈钢丝，能够使温热区中使用的精密弹簧轻量化，而且能够提高耐久性，在产业上是非常有用的。