JP3233188B2 - 高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 - Google Patents
高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法Info
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Description
特に自動車エンジン弁ばね等に用いられる高強度ばね用
として好適な靱性に優れるオイルテンパー線に関するも
のである。
転で用いられており、最も厳しい使用環境にあるばねで
ある。そして近年、自動車エンジンの小型化、低燃費化
のためにさらに厳しい条件下で使用されるようになって
きている。このため弁ばね用材料としては更なる高強度
化が要求されている。弁ばね用材料としては主として弁
ばね用クロムバナジウム鋼オイルテンパー線や弁ばね用
シリコンクロム鋼オイルテンパー線が用いられており、
これらの高強度化が進んでいる。しかし、これらの材料
を高強度化すると材料の靱延性が劣化し、ばね成形中に
折損を起すという問題がある。
おいては、添加V量と焼入条件を特定して、結晶粒度を
10以上にすることにより、特開平3-162550号において
は、オイルテンパー線の焼戻し後のマトリックス組織で
ある焼戻しマルテンサイト中に、残留オーステナイト相
を5〜20%存在させることにより、靱性を確保すること
が提案されている。
上では飛躍的な強度と靱性の向上が期待し難く、後者に
おいては、残留オーステナイト相が多量に存在するとば
ねとしての使用中、残留オーステナイト相がマルテンサ
イト相に変態して、体積膨張により永久歪を生じ、耐へ
たり性が劣化するおそれがあり、なお問題を残してい
る。
解決しようとする課題は、ばね使用中の耐へたり性を劣
化させることの無い、高強度でかつ高靱性を有するばね
用オイルテンパー線を提供することにある。
の耐へたり性を劣化させること無く、高強度ばね用オイ
ルテンパー線の靱性を向上させることに鋭意研究を重ね
た結果、残留オーステナイト相が焼戻しマルテンサイト
中に体積率で1%以上5%以下の範囲で微細に分散して
存在していること、および粒子径が0.05μm以上の未固
溶炭化物の存在密度が組織観察写真上で5ヶ/μm2以
下であることによって耐へたり性を劣化させること無く
靱性を向上していることを確認できることを見出した。
たもので、その特徴とするところは、重量%でC: 0.5
〜0.8 、Si: 1.2〜2.5 、Mn: 0.4〜0.8 、Cr:
0.7〜1.0 、Al: 0.005以下、Ti: 0.005以下を含
有する鋼であって、かつ焼入焼戻し後において、粒子径
が0.05μm以上である炭化物の組織内密度が組織観察写
真上で5ヶ/μm 2 以下に特定したことである。さら
に、重量%でMo:0.05〜0.5 、W:0.05〜0.15、N
b:0.05〜0.15の1種以上を添加してもよい。
製造するため、焼入れ焼戻し条件を特定することも本発
明の特徴である。
説明する。先ず本発明における鋼組成の限定理由を説明
する。 C: 0.5〜0.8 重量% Cは鋼線の強度を高めるために必須の元素であるが、
0.5%未満では十分な強度が得られず、逆に 0.8%を越
えると靱性が低下し、さらに鋼線の疵感受性が増大し、
信頼性が低下するためである。 Si: 1.2〜2.5 重量% Si:はフェライトの強度を向上させ、耐へたり性を向
上させるのに有効な元素である。 1.2%未満ではその十
分な効果が無く、逆に 2.5%を越える場合は冷間加工性
を低下させるとともに熱間加工性や熱処理による脱炭を
助長するからである。 Mn: 0.4〜0.8 重量% Mnは鋼の焼入れ性を向上させ、鋼中のSを固定してそ
の害を阻止するが、 0.4%未満ではその効果が無く、逆
に 0.8%を越えると靱性が低下するためである。 Cr: 0.7〜1.0 重量% CrはMn同様、鋼の焼入れ性を向上させ、かつ熱間圧
延後のパテンティング処理により靱性を付与し、焼入れ
した後、焼戻し時の軟化抵抗性を高め、高強度化するの
に有効な元素である。 0.7%未満ではその効果が少な
く、逆に 1.0%を越えると炭化物の固溶を抑制し、強度
の低下を招くとともに、焼入れ性の過度の増大となって
靱性の低下をもたらすためである。
元素であるが、0.05%未満ではその効果が少ない。ま
た、0.15%を越えると焼入れ加熱時に炭化物を多く形成
し、靱性の低下をまねくからである。 Mo:0.05〜0.5 重量% Moは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させ
る元素であるが、0.05%未満ではその効果は少なく、ま
た 0.5%を越えると伸線加工性を低下させるからであ
る。 W:0.05〜0.15重量% Wは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させる
元素であるが、0.05%未満ではその効果が少ない。ま
た、0.15%を越えると焼入れ加熱時に炭化物を多く形成
し、靱性の低下をまねくからである。 Nb:0.05〜0.15重量% Nbは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させ
る元素であるが、0.05%未満ではその効果が少ない。ま
た、0.15%を越えると焼入れ加熱時に炭化物を多く形成
し、靱性の低下をまねくからである。
、TiOを生成する。これらの介在物は硬質で、鋼線
表面直下に存在した場合、疲労強度を著しく低下させ
る。このため、不可避的不純物とはいえ、いずれも 0.0
05%以下とした。原料において、これら不純物濃度が低
いものを用いればよい。
理由 焼戻しマルテンサイト中に存在する残留γ相は靭性を向
上するが、体積率1%未満ではその効果がなく、5%を
越えるとばね使用中のマルテンサイト変態により耐へた
り性が大きくなるからである。
上で5ヶ/m2以下に特定した理由 粒子径0.05μm以上の未固溶炭化物は組織内に存在する
とばね成形時等において破壊の起点となり得る。この存
在密度が組織観察写真上で5ヶ/m2を越えると靱性が
著しく低下するからである。
処理によって得られる。焼入れ焼戻し工程における焼入
れ加熱に関しては、冷却開始までの時間を15秒以内とし
なければ結晶粒が粗大化し、靱性が劣化し、加熱速度が
150℃/sec 以下であれば冷却開始までの15秒間で十分
な炭化物の固溶ができない。また、加熱温度が1100℃以
上であれば結晶粒粗大化による靱性劣化や脱炭が起こ
り、T(℃)= 500+ 750・C+ 500・V以下であれ
ば、十分な炭化物の固溶ができないためである。焼入れ
焼戻し工程における焼戻しに関しては、加熱速度を 150
℃/sec 、冷却開始までの時間を15秒以内としなければ
残留オーステナイト相が体積率1%未満に消失してしま
うためである。
熱処理、伸線によって線径 4.0mmの線とし、所定の条件
の焼入れ焼戻しを行った後にX線による残留γ相量測
定、組織観察による炭化物量測定および引張試験を行い
絞り値によって靱性評価を行った。
しを行った後に残留γ量測定および引張試験を行った。
このうちA、B、C、Iの結果を表3に示す。
た場合、残留γ量が1〜5vol %となり、靱性に優れて
いることが判る。
しを行った後に炭化物(0.05μm以上)量測定および引
張試験を行った。このうちA、B、D、Hの結果を表5
に示す。
ものは、炭化物量が5ヶ/μm2以下となり、靱性に優
れていることが判る。
明によればばね使用中の耐へたり性を劣化することな
く、高強度でかつ高靱性を有するばね用オイルテンパー
線を提供することができる。
Claims (6)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.5〜0.8、Si:1.2〜
2.5、Mn:0.4〜0.8、Cr:0.7〜1.0、Al:0.005以
下、Ti:0.005以下を含有し、残部がFeと不可避的
不純物である鋼であって、焼入れ焼戻し後において、残
留γが体積率で1〜5%で、かつ粒子径が0.05μm以上
である炭化物の組織内密度が、組織観察写真上で5ヶ/
μm2以下であることを特徴とする高靱性ばね用オイル
テンパー線。 - 【請求項2】 更に、重量%でV:0.05〜0.15を含有す
る鋼であることを特徴とする請求項1に記載のオイルテ
ンパー線。 - 【請求項3】 重量%でMo:0.05〜0.5、W:0.05〜
0.15、Nb:0.05〜0.15の1種以上を添加してなる鋼で
あることを特徴とする請求項1又は2に記載のオイルテン
パー線。 - 【請求項4】 鋼を焼入れ焼戻しする工程を具えるオイ
ルテンパー線の製造方法であって、 前記鋼は、重量%で、C:0.5〜0.8、Si:1.2〜2.5、
Mn:0.4〜0.8、Cr:0.7〜1.0、Al:0.005以下、
Ti:0.005以下を含有し、残部がFeと不可避的不純
物であり、 焼入れ焼戻し工程における焼入れ加熱を加熱速度150℃
/sec以上で1100℃以下でT(℃)=500+750・C+500
・Vで決まる温度以上の範囲に加熱し、加熱開始から水
または油による冷却開始までの時間を15秒以内とし、さ
らに焼入れ焼戻し工程における焼戻し加熱速度150℃/s
ec以上で450℃〜600℃に加熱し、加熱開始から水等の冷
媒を用いた冷却開始までの時間を15秒以内とすることを
特徴とするオイルテンパー線の製造方法。 - 【請求項5】 更に、重量%でV:0.05〜0.15を含有す
る鋼を用いることを特徴とする請求項4に記載のオイル
テンパー線の製造方法。 - 【請求項6】 重量%でMo:0.05〜0.5、W:0.05〜
0.15、Nb:0.05〜0.15の1種以上を添加してなる鋼を
用いることを特徴とする請求項4又は5に記載のオイル
テンパー線の製造方法。
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