JP2014101569A - ばね用鋼線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の化学成分組成を有する鋼材を加熱炉に入れ、少なくとも750〜850℃の温度域の昇温速度が20℃/分以上となるようにしながら950℃まで加熱し、次いで温度950〜1150℃、時間15分以上、60分以下の均熱をして加熱炉から抽出し、鋼材温度950〜1150℃を維持しながら圧延および巻取りを行い、この巻取り後5℃/秒以上の平均冷却速度で温度700℃以下まで冷却する。
【選択図】図1
Description
文献1:N Birks and G H meier: Introduction to High Temperature Oxidation of Metals ,1988
文献2:Akie Ichihara and Yoshio Nuri: Sanyo Technical Report Vol.8 No.1 (2001)
t :時間(秒)
A:内部の脱炭限界(92%を代入)
kc:内方酸化スケールの成長速度(下記(3)式を代入)
Cb:フェライト中の炭素の溶解度(質量%)
t :時間(秒)
D2:純鉄中の炭素の拡散係数(下記(5)式を代入)
C1:懸架ばねの炭素濃度[0.54質量%(代表値)を代入]
Cは、鋼線材の強度に影響する元素であり、その含有量が多いほど高強度が得られる。本発明の鋼線材を高強度懸架ばね等に適用する上で、必要な強度を確保するためには0.35%以上含有させる必要がある。C含有量の好ましい下限は0.40%以上(より好ましくは0.45%以上)である。しかしながら、C含有量が過剰になると耐食性が劣化するため、0.65%以下とする必要がある。C含有量の好ましい上限は0.60%以下(より好ましくは0.55%以下)である。
Siは、ばねに必要な耐へたり性の向上に有効な元素であり、本発明の鋼線材を高強度懸架ばね等に適用するには、1.4%以上含有させる必要がある。Si含有量の好ましい下限は1.6%以上(より好ましくは1.8%以上)である。しかしながら、Si含有量が過剰になると、延性・靱性を低下させる他、表面の脱炭が増加して疲労特性を低下させるため、3.0%以下とする必要がある。Si含有量の好ましい上限は2.5%以下(より好ましくは2.2%以下)である。
Mnは、靭性劣化元素であるSをMnSとして固定し、Sを無害化する上で有用な元素であり、このような効果を十分に発揮させるためには、0.1%以上含有させる必要がある。Mn含有量の好ましい下限は0.15%以上(より好ましくは0.2%以上)である。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、鋳造時の凝固偏析が顕著になり、偏析部で破壊が生じやすくなるため、1.0%以下とする必要がある。Mn含有量の好ましい上限は0.85%以下(より好ましくは0.75%以下)である。
Crは、耐食性向上に寄与する元素であり、このような効果を発揮させるためには、0.1%以上含有させる必要がある。Cr含有量の好ましい下限は0.15%以上(より好ましくは0.2%以上)である。しかしながら、Crの含有量が過剰になると、粗大なCr系炭化物が生成し、靱性が低下するため、その含有量は2.0%以下とする必要がある。Cr含有量の好ましい上限は1.8%以下(より好ましくは1.6%以下)である。
Pは、粒界偏析によって靭性を低下させる不可避不純物であるため、少ないほど良い。本発明では高強度懸架ばねとしての特性を確保するという観点から、その上限を0.025%以下とした。P含有量の好ましい上限は0.020%以下(より好ましくは0.015%以下)である。
Sは、粒界脆化や粗大な硫化物形成によって靭性を低下させる不可避不純物であるため、少ないほど良い。本発明では高強度懸架ばねとしての特性を確保するという観点から、その上限を0.025%以下とした。S含有量の好ましい上限は0.020%以下(より好ましくは0.015%以下)である。
Alは、脱炭を促進する元素であるため、できるだけ少ない方が良い。こうした観点から、Al含有量は0.1%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以下であり、更に好ましくは0.03%以下である。
Oは、粗大酸化物を形成して伸線加工性の劣化をもたらすため、できるだけ少ない方がよく、こうした観点から、O含有量は0.0030%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.0020%以下であり、更に好ましくは0.0015%以下である。
Nが固溶状態で存在すると、伸線加工性を劣化させるため、できるだけ少ない方がよく、こうした観点から、N含有量は0.006%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.004%以下であり、更に好ましくは0.003%以下である。
NiおよびCuは、耐食性向上元素として有用な元素である。しかしながら、過剰に含有させると、残留オーステナイトの増加によって、最終製品のばねの特性(引張強さ)が低下する。こうした観点から、いずれも1.0%以下とすることが好ましい。より好ましくはNiで0.7%以下(更に好ましくは0.6%以下)であり、Cuで0.8%以下(更に好ましくは0.6%以下)である。尚、これらの元素を含有させるときの好ましい下限は、Niで0.2%以上(より好ましくは0.3%以上)であり、Cuで0.1%以上(より好ましくは0.2%以上)である。
V、Ti、NbおよびZrは、いずれも炭・窒化物(炭化物、窒化物および炭窒化物)形成元素であり、微細組織の生成によって靭性を向上させる効果がある。しかしながら、過剰に含有させると炭・窒化物が粗大化し、靭性が劣化する。こうした観点からして、これらの元素を含有するときは、Vで0.3%以下、Ti、NbおよびZrで0.1%以下とすることが好ましい。より好ましくは、Vで0.2%以下、Ti、NbおよびZrで0.07%以下(更に好ましくはNbおよびZrで0.05%以下)である。尚、上記の効果を有効に発揮させるためには、Vで0.12%以上であり、Ti、NbおよびZrで0.01%以上(より好ましくはTiで0.05%以上)である。
Moは、ばね用鋼の強度確保に有効である他、Pの粒界偏析による靭性低下などの悪影響を低減し、強靭化に有効な元素である。しかしながら、Moは凝固偏析しやすい元素であり、過剰に含有させると偏析部で破壊する虞がある。こうした観点からMo含有量は、1.0%以下とすることが好ましく、より好ましい上限は0.7%以下(更に好ましくは0.5%以下)である。尚、上記の効果を有効に発揮させるためのMo含有量の好ましい下限は、0.1%以上であり、より好ましくは0.2%以上(更に好ましくは0.3%以上)である。
線材コイルのトップ部(圧延始め)およびボトム部(圧延終わり)から、それぞれ5巻き目を寸断した。トップ側およびボトム側の1巻きを、それぞれ8等分に分割し(1本当たり20mm)で、合計8本の線材片(サンプル)を作製した。このサンプルを、切断面(横断面)が表面に出るようにしながら樹脂に埋め込み、エメリー紙およびダイヤモンド粒子を用いて湿式研磨し、次いでピクラール液でエッチングして、合計8個の脱炭層深さ測定用試験片を作製した。これら試験片を光学顕微鏡にて観察倍率200倍で観察し、表層のトータル脱炭層深さおよびフェライト脱炭層深さを測定した。この測定法は、JIS G 0558の顕微鏡による測定法に従った。8個のサンプルの中で、トータル脱炭層深さおよびフェライト脱炭層深さの最大値を評価した。評価基準は、トータル脱炭層深さが0.07mm以下の場合を良好、それより深い場合を不良とした。またフェライト脱炭層深さは、0.01μm以下の場合を合格(「○」印)、それよりも深い場合を不合格(「×」印)とした。
鋼線材の地鉄表層から0.03mm位置の部分(表層)について、炭素含有量を測定し、鋼材全体の炭素含有量に対する割合(質量%)を測定した。この値が大きい方が、脱炭が抑制されていることを示しており、80%以上を合格と評価した。
Claims (4)
- C:0.35〜0.65%(「質量%」の意味、以下同じ)、Si:1.4〜3.0%、Mn:0.1〜1.0%、Cr:0.1〜2.0%、P:0.025%以下(0%を含まない)およびS:0.025%以下(0%を含まない)を夫々含み、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼材を加熱炉に入れ、少なくとも750〜850℃の温度域の昇温速度が20℃/分以上となるようにしながら950℃まで加熱し、次いで温度950〜1150℃、時間15分以上、60分以下の均熱をして加熱炉から抽出し、鋼材温度950〜1150℃を維持しながら圧延および巻取りを行い、この巻取り後5℃/秒以上の平均冷却速度で温度700℃以下まで冷却することを特徴とするばね用鋼線材の製造方法。
- 前記鋼材は、更にNi:1.0%以下(0%を含まない)および/またはCu:1.0%以下(0%を含まない)を含むものである請求項1に記載のばね用鋼線材の製造方法。
- 前記鋼材は、V:0.3%以下(0%を含まない)、Ti:0.1%以下(0%を含まない)、Nb:0.1%以下(0%を含まない)およびZr:0.1%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上を含むものである請求項1または2に記載のばね用鋼線材の製造方法。
- 前記鋼材は、更にMo:1.0%以下(0%を含まない)を含むものである請求項1〜3のいずれかに記載のばね用鋼線材の製造方法。
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