JP2002194491A

JP2002194491A - ばね用鋼材

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Publication number: JP2002194491A
Application number: JP2000398449A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Goto; 勝志後藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】熱間圧延後の全面グラインダ研削を行うこと
が不要であるばね用鋼材を提供する。【解決手段】Ｃ：０.３〜０.６重量％，Ｓｉ：１.０
〜２.０重量％，Ｍｎ：０.１〜０.５重量％，Ｃｒ：０.
４〜１.５重量％，Ｖ：０.１〜０.３重量％，Ｎｉ：０.
２〜１.２重量％，Ｃｕ：０.１〜０.３重量％，Ｓ：０.
０３０重量％以下，Ｏ：０.００２０重量％以下，Ｐ：
０.０１５重量％以下，Ｂ：０.０００５〜０.００３５
重量％，Ｎｂ：０.０１〜０.０５重量％、残部がＦｅと
不可避的不純物から成る鋼種の熱間圧延材であって、冷
却工程の終了時点における表面のフェライト脱炭の最大
深さが０.０２mm以下であるばね用鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば自動車の懸架
用ばねの素材として用いて有用なばね用鋼材に関し、更
に詳しくは、製造直後の時点において、表面でのフェラ
イト脱炭がほとんど起こっていないので、表面の全面グ
ラインダ研削を行うことなく、そのまま供給先に供給す
ることができるばね用鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車の懸架用ばね用の鋼材
は、概ね、次のような連続工程で製造されている。すな
わち、所定鋼種のばね鋼材の鋼片を加熱炉で所定温度に
加熱したのち抽出し、抽出した鋼片を圧延列で熱間圧延
して所定径の棒線材にし、ついで、その棒線材の巻線を
行ったのち冷却処理を施して、懸架用ばねの素材である
ばね用鋼材が製造される。

【０００３】そして、この巻線コイル（ばね用鋼材）は
ばねメーカーに出荷され、そこで、この巻線コイルに対
する冷間での引き抜き加工が行われたのち、目的とする
懸架用ばねが製造される。このようにして製造されるば
ね用鋼材にとっての重要な問題は、フェライト組織の析
出に伴う鋼材表面での脱炭（フェライト脱炭という）が
起こっていないことである。また、仮にフェライト脱炭
が起こっていたとしても、その脱炭層の深さが極めて浅
いということである。このフェライト脱炭が深い場合に
は、ばね用鋼材の特性、とりわけ疲労強度が大きく低下
し、表面での亀裂も発生しやすくなり、ばねの素材とし
ては不適格になるからである。

【０００４】しかしながら、実際問題として、前記した
一連の製造工程はいずれも熱間で実施されていて、ばね
用鋼材が巻線コイルとして製造される過程においては必
ずフェライト組織が析出する温度領域（Ａ１変態点とＡ
３変態点の間の温度領域）を通過するので、フェライト
脱炭の発生は不可避となる。そのため、このフェライト
脱炭を発生させないように、低温圧延，熱間圧延の制御
や制御冷却など、各種の対応策が従来から検討されてい
る。

【０００５】しかしながら、これらの対応策は非常に複
雑な条件設定が必要となり、そのことに伴ってばね用鋼
材の製造ラインの全面的または部分的な変更をも要求さ
れることになるので、工業的には問題がある。このよう
なことから、従来は、熱間圧延が終了した時点で、製造
されたばね用鋼材（棒線材）の全表面をある深さだけグ
ラインダ研削して表面のフェライト脱炭層を除去するこ
とにより、ばね用鋼材としての特性と信頼性を確保する
という処置が一般に実施されている。

【０００６】しかしながら、このような処置は、材料歩
留まりを低下させ、またグラインダ研削工程が付加され
ているため、結局は、ばね用鋼材の製造コストを高める
ことになる。また、ばね用鋼材を使用する側からすれ
ば、ばね用鋼材は適正に軟質であり、巻線コイルの冷間
引き抜き時に断線や表面亀裂を発生しないことが必要と
される。具体的には、硬度（ＨＲＣ）が３５以下の軟質
化な材料が要求されている。

【０００７】以上を総括すると、ばね用鋼材には、通常
の一般特性は勿論のことであるが、熱間圧延後における
表面のフェライト脱炭の深さが極度に浅く、同時に軟質
化しているということが重要な問題として要求されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した要求
に応えるべく開発されたばね用鋼材であって、熱間圧延
に続く冷却工程の終了時点におけるフェライト脱炭の深
さが極度に浅く、事実上、表面の全面グラインダ研削を
行う必要もなく、そして同時に、軟質化の要求も満たし
ていて、使用者側の使い勝手も良好なばね用鋼材の提供
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、Ｃ：０.３〜０.６重量％，
Ｓｉ：１.０〜２.０重量％，Ｍｎ：０.１〜０.５重量
％，Ｃｒ：０.４〜１.５重量％，Ｖ：０.１〜０.３重量
％，Ｎｉ：０.２〜１.２重量％，Ｃｕ：０.１〜０.３重
量％，Ｓ：０.０３０重量％以下，Ｏ：０.００２０重量
％以下，Ｐ：０.０１５重量％以下，Ｂ：０.０００５〜
０.００３５重量％，Ｎｂ：０.０１〜０.０５重量％、
残部がＦｅと不可避的不純物から成る鋼種の熱間圧延材
であって、冷却工程の終了時点における表面のフェライ
ト脱炭の最大深さが０.０２mm以下であることを特徴と
するばね用鋼材が提供される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のばね用鋼材は、後述する
組成のばね鋼の熱間圧延品である。そして、熱間圧延に
続けて実施される冷却工程が終了した時点で、表面のフ
ェライト脱炭の最大深さが０.０２mm以下になっている
ことを特徴とする。まず最初に、各成分とその含有量の
限定理由について説明する。

【００１１】Ｃは鋼材の靭性と強度を確保するための成
分であり、その含有量は０.３〜０.６重量％に設定され
る。０.３重量％より少ない場合は、焼入れ、焼戻し後
に必要強度が得られなくなり、また０.６重量％より多
くすると、焼入れ、焼戻し後の靭性低下を招くととも
に、疲労強度と耐遅れ破壊特性が劣化してばね材として
不適格になる。

【００１２】Ｓｉは基地へ固溶して鋼材の耐へたり性を
高める成分であり、その含有量は１.０〜２.０重量％に
設定される。１.０重量％より少ない場合は、耐へたり
性が不充分である。しかしながら、２.０重量％よりも
多くすると、熱間圧延時におけるフェライト脱炭が深く
なって不都合である。Ｍｎは脱酸剤として必要な成分で
ある。そして、鋼材の強度を確保するためにその含有量
は０.１重量％以上であることが必要である。また、Ｍ
ｎはＭｎＳの形でＳを固定する働きもする。しかしなが
ら、このＭｎＳは熱間圧延時に延伸され、そこが腐食環
境下で腐食ピットになって亀裂発生の起点となって、耐
遅れ破壊特性を劣化させる。このようなことから、Ｍｎ
Ｓの生成量を少なくするために、Ｍｎの含有量の上限は
０.５重量％に設定される。

【００１３】Ｃｒは鋼材の焼入れ性を確保するための成
分であり、その含有量は０.４〜１.０重量％に設定され
る。０.４重量％より少ない場合は、充分な焼入れ性を
確保することができず、また１.０重量％より多くする
と、鋼材組織が不均一となり、耐へたり性が劣化する。
Ｖは微細な炭化物を形成して鋼材組織の緻密化と耐へた
り性を向上させる成分であり、その含有量は０.１〜０.
３重量％に設定される。０.１重量％より少ない場合は
上記した効果が充分に得られず、また０.３重量％より
多くすると、炭化物の析出量が多くなって鋼材の靭性低
下を招き、また耐へたり性の劣化も招くようになる。

【００１４】Ｎｉは鋼材の焼入れ性と靭性を高める成分
であり、その含有量は０.５〜１.２重量％に設定され
る。０.５重量％より少ない場合は上記した効果が充分
に得られず、また１.２重量％より多くしても、その効
果は飽和し、徒にコストアップを招くようになる。Ｃｕ
は鋼材の耐候性を高める成分として有効であり、その含
有量は０.１〜０.３重量％に設定される。０.１重量％
より少ない場合は上記した効果が得られず、また０.３
重量％より多くすると、熱間圧延時の加工性が劣化す
る。

【００１５】ＳはＭｎと結合してＭｎＳとなり、前記し
たように、腐食環境下で腐食ピットを生成する成分であ
るため、ＭｎＳの生成量を少なくするために、その含有
量は０.００５重量％以下に規制される。Ｏは鋼材に酸
化物系非金属介在物を形成して、それが疲労亀裂や遅れ
破壊亀裂の起点となるので、この非金属介在物の生成量
を少なくするために、含有量は０.００１５重量％以下
に規制される。

【００１６】Ｐは鋼材の結晶粒界に偏析して結晶粒界を
脆化させるので、その含有量は０.０１５重量％以下に
規制される。Ｂは鋼材の結晶粒界に優先的に侵入し、前
記したＰやＳの侵入、とりわけ水素脆化の要因である水
素の侵入を予防して強度向上に資する成分であり、その
含有量は０.０００５〜０.００３５重量％に設定され
る。０.０００５重量％より少ない場合は上記した効果
が充分に得られず、また０.００３５重量％よりも多く
なると鋼材の靭性低下が引き起こされる。

【００１７】Ｎｂは結晶粒を微細化して鋼材の靭性を高
める成分であり、その含有量は０.０１０〜０.０５０重
量％に設定される。０.０１０重量％より少ない場合は
上記した効果が得られず、また０.０５０重量％より多
くしても、効果が飽和に達するだけではなく、熱間圧延
時の加工性や冷間引き抜き時の加工性が低下するように
なる。

【００１８】なお、上に列記した成分のうち、ＢとＮｂ
は、その理由は明確ではないが、他の成分との相互作用
の下で、熱間圧延時におけるフェライト脱炭の発生を抑
制する働きも備えている。本発明のばね溶鋼材は、前記
した一連の製造工程、すなわち、加熱−抽出−熱間圧延
−巻線−冷却の各工程を経て製造されることは従来の場
合と変わらない。

【００１９】その場合、熱間圧延は従来と同様の運転条
件下で実施してもよいが、本発明においては、その熱間
圧延に続けて実施される冷却工程の冷却速度を制御する
ことが重要である。すなわち、本発明では、上記冷却速
度を制御することにより、フェライト脱炭の最大深さを
０.０２mm以下にすることができ、同時に、硬度（ＨＲ
Ｃ）を３５以下にして軟質化を実現することができる。

【００２０】具体的には、熱間圧延（または巻線）の終
了後、鋼材を０.５〜３.０℃／秒の冷却速度で冷却す
る。この冷却速度が０.５℃／秒より遅い場合には、鋼
材の軟質化は実現できても、フェライト脱炭の発生比率
が高くなり、しかもその深さは０.０２mmよりも深くな
る。逆に、冷却速度が３.０℃／秒より速くなると、フ
ェライト脱炭の発生比率は事実上ゼロになるが、今度は
ベイナイト組織が析出しはじめて鋼材は硬化し、冷間引
き抜き性が著しく低下する。

【００２１】このような冷却速度では、熱間圧延終了時
点での鋼材の温度，作業環境の温度などにより、例え
ば、フード冷却，ブロア冷却，単純な空冷など適宜に選
択実施して実現することができる。ただし、水冷を実施
することは避けるべきである。復熱に伴う表層炭素と水
蒸気との反応で脱炭促進の虞があるからである。

【００２２】

【実施例】Ｃ：０.３９重量％，Ｓｉ：１.７９重量％，
Ｍｎ：０.１８重量％，Ｃｒ：０.９６重量％，Ｖ：０.
１６重量％，Ｎｉ：０.４８重量％，Ｃｕ：０.２３重量
％，Ｓ：０.００３重量％，Ｏ：０.００１１重量％，
Ｐ：０.０１１重量％，Ｂ：０.００１２重量％，Ｎｂ：
０.０２２重量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成
るばね鋼の鋼片を用意した。

【００２３】この鋼片を温度１０５０℃で加熱炉から抽
出したのち、通常の方法で熱間圧延を行い、線径１３mm
の鋼材にした。ついで、表面温度９００℃で巻線を行っ
たのち、温度７００℃まで表１で示した冷却速度の制御
冷却を行った。得られた鋼材につき、下記の仕様でフェ
ライト脱炭の深さと中心部の硬度（ＨＲＣ）を測定し
た。

【００２４】フェライト脱炭の深さ：線径１３mmの巻取
線材の先端部，中央部，後端部のそれぞれから試料を採
取し、そのミクロ組織を観察して脱炭深さを測定。硬度（ＨＲＣ）：線径１３mmの巻取線材の先端部，中央
部，後端部のそれぞれから試料を採取し、その硬度をロ
ックウェル硬度計で測定。表中の数字は、先端部，中央
部，後端部の測定値の平均値である。

【００２５】以上の結果を表１に示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明らかなように、冷却速度を０.
５〜３.０℃／秒の間に設定することにより、鋼材のフ
ェライト脱炭の深さは全て０.０２mm以下になってお
り、同時に軟質化も達成されている。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
ばね用鋼材は、熱間圧延に続く冷却工程後における表面
のフェライト脱炭の最大深さが０.０２mm以下であるた
め、従来のように、全面グラインダ研削を行う必要もな
い。同時に、その硬度（ＨＲＣ）も３５以下となってい
るため軟質であり、冷却加工性にも優れている。

【００２９】これは、熱間圧延後の冷却工程における冷
却速度を０.５〜３.０℃／秒の範囲内に制御することに
より、フェライト脱炭の発生比率を低下せしめると同時
にベイナイト組織の析出を抑制して製造した結果であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０.３〜０.６重量％，Ｓｉ：１.０
〜２.０重量％，Ｍｎ：０.１〜０.５重量％，Ｃｒ：０.
４〜１.５重量％，Ｖ：０.１〜０.３重量％，Ｎｉ：０.
２〜１.２重量％，Ｃｕ：０.１〜０.３重量％，Ｓ：０.
０３０重量％以下，Ｏ：０.００２０重量％以下，Ｐ：
０.０１５重量％以下，Ｂ：０.０００５〜０.００３５
重量％，Ｎｂ：０.０１〜０.０５重量％、残部がＦｅと
不可避的不純物から成る鋼種の熱間圧延材であって、冷
却工程の終了時点における表面のフェライト脱炭の最大
深さが０.０２mm以下であることを特徴とするばね用鋼
材。