JP2018012868A - ばね用鋼線 - Google Patents
ばね用鋼線 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018012868A JP2018012868A JP2016143589A JP2016143589A JP2018012868A JP 2018012868 A JP2018012868 A JP 2018012868A JP 2016143589 A JP2016143589 A JP 2016143589A JP 2016143589 A JP2016143589 A JP 2016143589A JP 2018012868 A JP2018012868 A JP 2018012868A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- steel wire
- less
- feo
- iron oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 104
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 104
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 296
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 138
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 91
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 68
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 68
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 36
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 19
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 19
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 24
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 9
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 9
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 5
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 3
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005480 shot peening Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
ばね用鋼線は、一般に以下のようにして製造される。まず、ビレットなどの鋼片を加熱し、熱間にて粗圧延および仕上圧延を施して所定の線径まで減面加工した後、コイル状に巻き取り圧延鋼線材を得る。
次いで、得られた圧延鋼線材に皮削り加工を行い、皮削り加工により生じた表面の加工層除去のための焼鈍処理またはパテンティング処理を行なうか、または、当該圧延鋼線材に皮削り加工を行わずに、そのまま焼鈍処理またはパテンティング処理を行なう。次に、表面に潤滑処理を施して所定の線径まで冷間で伸線加工した後、必要に応じて表面に形成される潤滑皮膜を電解酸洗または熱処理などで除去する。
その後、上記鋼線材(伸線材)をオーステナイト域まで加熱(焼入れ加熱)して保持し、焼入れ焼戻し処理してばね用鋼線を得る。このようにして得られたばね用鋼線をコイリングマシンでばね形状にコイリング加工し、必要に応じて座研磨等の加工およびショットピーニング処理等の表面処理を行うことにより、ばねを得ることができる。また、コイリング加工時に、ばね用鋼線の表面に潤滑処理が施される場合もある。
そこで、鉄酸化物スケールを適切に残存させることによって、潤滑性を有する鉄酸化物スケールをコイリングピンとばね用鋼線の地鉄部分(コア部を形成している金属(鋼)部分)との間に介在させ、コイリングピンとばね用鋼線の地鉄部分との接触を抑制してコイリング性能を向上させる技術が用いられている。
例えば非特許文献1には、鉄酸化物スケール中のFe3O4の比率が高ければ高い程、鉄酸化物スケールの密着性が良好になることが開示されている。
また、特許文献1には、Fe3O4を主成分として、脆くて剥離し易いFeO(ウスタイト)を10%以下に抑制することでスケール剥離量を大幅に抑制できることが開示されている。
特許文献2には、Fe3O4の占める割合を80体積%に制御して剥離しにくい酸化皮膜を有し、ばね成形性などを高める方法が開示されている。
特許文献3には、Fe3O4を50体積%以上およびFe2O3(ヘマタイト)を20体積%以上含有する酸化皮膜を設けることにより、良好な伸線性を得る技術が開示されている。
しかしながら、本発明者らの実験結果によれば、Fe3O4の比率を高めるだけでは、コイリング性は必ずしも改善されないことが明らかになった。すなわち、鉄酸化物スケールの密着性を高めることによってコイリングピンと鋼線表面との接触は抑制される反面、鉄酸化物スケール自体がコイリングピンにダメージを与え、コイリングピンが変形することで鋼線表面に疵が生じる場合があることが判明した。
1.鋼線
本発明の鋼線は高い強度、とりわけ高い疲労強度を得ること目的に、金属組織を焼戻しマルテンサイトにするために焼入れ焼戻し処理を行う。焼入れ焼戻し処理、とりわけ焼入れのための加熱時に鋼線表面に鉄酸化物スケールから成るスケール層が形成される。従って、本発明の鋼線は、金属(鋼)より成るコア部とコア部の表面に形成されたスケール層を含む。通常は、本発明の鋼線は、コア部とスケール層から成る。
・スケール層の組成:FeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計量に対する(すなわち、FeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計を100体積%とした場合)FeOの比率が1体積%以上、30体積%以下であり、Fe2O3の比率が0体積%超、15体積%以下である。
・表面スケール層の平均厚さが0.3〜1.0μmである。
以下、各要件について詳述する。
本発明に係る鋼線では、脆くて剥離し易いなどの理由により、従来はその量を抑制していたスケール層中のFeOをFeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計量に対する比率を1体積%以上、30体積%以下となるように含有させ積極的に活用すると共に、Fe2O3についてはFeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計量に対する比率を0体積%超、15体積%以下に制御した点に特徴がある。
本明細書において、各酸化物の体積比率は、上述のようにスケール層に含まれるFeO、Fe2O3、Fe3O4、およびFe2SiO4の合計量を100体積%としたときの値である。スケール層には、上記酸化物の他、(Fe,Mn)Oなどの酸化物が製造過程で不可避的に含まれることもあるが、これらの生成量は極めて僅かであるため、スケール組成を適正化する際に考慮する必要が無いことも上述した通りである。
残りの成分であるFe3O4とFe2SiO4のうちFe2SiO4の生成は、焼入れ時の加熱温度やその保持時間によって大きく影響される。例えば加熱温度が約900℃以上と高い場合、保持時間によってFe2SiO4は生成され易くなるが、後述する本発明に係る製造方法における加熱保持条件ではFe2SiO4の生成量は極めて少ない。そのため、主な残部成分はFe3O4である。
また、Fe3O4は、鉄酸化物スケールの密着性に大きな影響を与えるFeOと、鉄酸化物スケールの剥離性に大きな影響を与えるFe2O3との中間に存在するため、上述のFeOとFe2O3の比率を満足する限り、Fe3O4の比率を更に制御する必要はない。
本発明の鋼線におけるスケール層の平均厚さは0.3〜1.0μmである。この範囲に制御することによって鉄酸化物スケールはコイリング時に潤滑剤として有効に機能して、良好なコイリング性が確保される。
スケール層の平均厚さが0.3μm未満になると、鉄酸化物スケールの剥離量が不十分となり、残存する鉄酸化物スケールよってコイリングピンに疵が付き、その疵が鋼線に転写されてツールマークが発生する。スケール層の平均厚さは、好ましくは0.4μm以上、より好ましくは0.5μm以上である。一方、スケール層の平均厚さが2.0μmを超えると、鉄酸化物スケールの内部応力が増加して鉄酸化物スケールが割れ易くなり、剥離する鉄酸化物スケール片のサイズが大きくなるため、潤滑性能が有効に発揮されない。スケール層の平均厚さは、好ましくは0.9μm以下、より好ましくは0.8μm以下である。
本発明に係る鋼線のコア部の成分は、ばね用鋼線に通常用いられるものであれば特に限定されず、これにより、ばね用鋼線に要求される基本的な特性(強度(疲労強度を含む)、靭性、耐へたり性など)を得ることができる。具体的には、C、Si、Mn、P、S、Crを基本成分として含み、Cu、Ni、Mo、Ti、NbおよびVから選択される1つ以上を選択成分として含むことができる。また、残部はFeおよび不可避不純物である。以下、各成分の限定理由を説明する。
Cは、鋼材の強度、並びにばねの疲労強度および耐へたり性を確保するために有用な元素である。Cの含有量が少ないと必要な引張強度が確保できず、更に疲労強度および耐へたり性が低下するため、Cの含有量を0.3質量%以上とする。Cの含有量は、好ましくは0.35質量%以上であり、より好ましくは0.4質量%以上である。一方、Cが過剰になると粗大なセメンタイトが多量に析出し、延性や靱性などが低下してばね特性に悪影響を与えるため、Cの含有量を0.7質量%以下とする。Cの含有量は、好ましくは0.68質量%以下であり、より好ましくは0.65質量%以下である。
Siは、ばね用鋼線の耐へたり性を確保するために必要な元素である。また製鋼時の脱酸剤としても有用な元素である。これらの効果を有効に発揮させるためには、Siの含有量を1.5質量%以上とする。Siの含有量は、好ましくは1.6質量%以上、より好ましくは1.7質量%以上である。しかしながら、Siの含有量が過剰になると、材料を硬化させて冷間加工性を低下させるため、Siの含有量を2.5質量%以下とする。Si含有量は、好ましくは2.3質量%以下、より好ましくは2.1質量%以下である。
Mnは、鋼材の焼入れ性を高めてばねの強度や靭性の向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Mnの含有量を0.2質量%以上とする。Mnの含有量は、好ましくは0.25質量%以上であり、より好ましくは0.3質量%以上である。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、焼入れ性が過度に向上するため、圧延時にマルテンサイト、ベイナイトなどの過冷組織が生成して靭性を低下させるため、Mnの含有量を0.8質量%以下とする。Mnの含有量は、好ましくは0.75質量%以下であり、より好ましくは0.7質量%以下である。
Pは不可避不純物であり、できるだけ少ないほうが好ましい。特にPは、結晶粒界に偏析し易い元素であり、靱性を低下させ、加工性を低下させる場合があるため、Pの含有量を0.05質量%以下とする。Pの含有量は、好ましくは0.04質量%以下であり、より好ましくは0.03質量%以下である。Pの含有量は少ない程良いが、工業的に0.001質量%未満とすることは困難であるため、好ましくは概ね、0.001質量%以上である。
Sは不可避不純物であり、できるだけ少ないほうが好ましい。特にSは硫化物系介在物MnSを形成し、熱間加工時に偏析することで鋼材を脆化させる場合があるため、Sの含有量を0.05質量%以下とする。Sの含有量は、好ましくは0.04質量%以下であり、より好ましくは0.03質量%以下である。Sの含有量は少ない程良いが、工業的に0.001質量%未満とすることは困難であるため、好ましくは概ね、0.001質量%以上である。
Crは、圧延後および焼入れ焼戻し処理を含む熱処理後の強度を向上させるために有用な元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Crの含有量を0.6質量%以上とする。Crの含有量は、好ましくは0.7質量%以上であり、より好ましくは0.8質量%以上である。しかしながら、Crの含有量が過剰になると、焼入れ性が過度に向上するため、圧延時にマルテンサイト、ベイナイトなどの過冷組織が生成し、延性が著しく低下するため、Crの含有量を2質量%以下とする。Crの含有量は、好ましくは1.9質量%以下であり、より好ましくは1.8質量%以下である。
本発明のばね用鋼線は上記成分を含み、残部:鉄および不可避的不純物である。
なお、例えば、PおよびSのように、通常、含有量が少ないほど好ましく、従って不可避不純物であるが、その組成範囲について上記のように別途規定している元素がある。このため、本明細書において、残部を構成する「不可避不純物」という場合は、別途その組成範囲が規定されている元素を除いた概念である。
本発明では、更に以下の選択成分を含有してよい。
これらの選択成分は鋼線の強度を高めるのに有用な元素である。これらは単独で含有してもよいし、二種以上を併用してもよい。好ましい含有量は以下のとおりである。
Cuは、鋼線の強度を高めるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるため、Cuの好ましい含有量は0質量%超である。Cuの含有量は、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、更により好ましくは0.2質量%以上である。一方、Cuの含有量が過剰になると、高温(1356K)で液相となり、熱間圧延での変形中にオーステナイト結晶粒界に偏析して表面割れを発生させるため、Cuの含有量は0.5質量%以下であることが好ましい。Cuの含有量は、より好ましくは0.4質量%以下であり、更に好ましくは0.3質量%以下である。
Niは、鋼線の強度および靱性を高めるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Niの好ましい含有量は0質量%超である。Niの含有量は、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、更により好ましくは0.2質量%以上である。一方、Niの含有量が過剰になると、鋼線表面に不均一に濃化し、鋼線表面の凹凸が大きくなって表面性状を悪化させるため、Niの含有量は1質量%以下であることが好ましい。Niの含有量は、より好ましくは0.9質量%以下であり、更に好ましくは0.8質量%以下である。
Moは、鋼線の強度および靱性を高めるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Moの好ましい含有量は0質量%超である。Moの含有量は、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.08質量%以上、更により好ましくは0.10質量%以上である。一方、Mo含有量が過剰になると、延性の低下により、ばね加工性やばね特性に悪影響を与えるため、Moの含有量は1質量%以下であることが好ましい。Moの含有量は、より好ましくは0.8質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下である。
これらの選択成分は鋼線の靱性向上に有用な元素である。これらは単独で含有しても良いし、二種以上を併用しても良い。好ましい含有量は以下のとおりである。
Tiは、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することによって、鋼線の靱性向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Tiの含有量は0質量%超であることが好ましい。Tiの含有量は、より好ましくは0.02質量%以上、更に好ましくは0.03質量%以上である。一方、Tiの含有量が過剰になると鋼線の靭性を低下させるため、Tiの含有量は0.1質量%以下であることが好ましい。Tiの含有量は、より好ましくは0.08質量%以下であり、更に好ましくは0.05質量%以下である。
Nbは、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することによって、鋼線の靱性向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Nbの含有量は0質量%超であることが好ましい。Nbの含有量は、より好ましくは0.02質量%以上、更に好ましくは0.04質量%以上、更により好ましくは0.06質量%以上である。一方で、Nbの含有量が過剰になると、コストが増加するだけでなく、降伏点(降伏比)を上昇させて加工性を劣化させるため、Nbの含有量は0.5質量%以下であることが好ましい。Nbの含有量は、より好ましくは0.4質量%以下であり、更に好ましくは0.3質量%以下である。
Vは、炭窒化物を形成して結晶粒を微細化することによって、鋼線の靱性向上に寄与する元素である。このような効果を有効に発揮させるためには、Vの含有量は、0質量%超であることが好ましい。Vの含有量は、より好ましくは0.02質量%以上、更に好ましくは0.04質量%以上、更により好ましくは0.06質量%以上である。一方、Vの含有量が過剰になると、コストが増加するだけでなく、降伏点(降伏比)を上昇させて加工性を劣化させるため、Vの含有量は1質量%以下であることが好ましい。Vの含有量は、より好ましくは0.8質量%以下であり、更に好ましくは0.6質量%以下である。
鋼線材から鋼線を得るための工程は既知の一般的な製造方法を用いてよい。ばね用鋼では鋼線材(圧延線材)の表面近傍の脱炭層、疵等を取除く目的で皮削りを行い、その後、皮削りにより表面部に生じた加工層を軟化させるために軟化焼鈍処理またはパテンティング等の熱処理を行う。そして、さらに所望の線径に引抜き加工(伸線)し、その後焼入れ焼戻し処理を施して鋼線を得る。
なお、ばねの用途、使用条件に応じて、皮削り、および軟化焼鈍処理またはパテンティング等の熱処理は省略してよい。
次に、上述した本発明の鋼線を製造する方法について説明する。
本発明の製造方法は、上記にて説明したコア部の組成を満足する鋼線材を焼入れ焼戻し処理する際の焼入れ時の熱処理を下記に示す条件で行った後、焼入れおよび焼戻しを行う点に特徴がある。これにより、鋼線表面に形成されるスケール層の厚さおよびスケール層の鉄酸化物スケール組成を適正な範囲に調整することができる。なお、上記加熱温度は、鋼線の表面温度で管理したものである。例えば、放射温度計を用いることにより測定できる。
加熱温度:860〜1000℃の間の加熱温度(最高加熱温度)まで1〜10秒で加熱
焼入条件:700〜800℃の間の焼入れ温度まで、800℃から焼入れ温度に達するまでの間が10〜120秒となるように冷却した後、焼入れ
熱処理雰囲気:酸素が0.1体積%以下、水蒸気30〜80体積%、残部が窒素
まず、上記のコア部と実質的に同じ組成の鋼を用い、熱間圧延により鋼線材を得た後、得られた鋼線材を伸線加工して伸線後の鋼線(伸線材)を得る。
鋼線材の製造は、ばね用鋼線に用いる鋼線材の通常の製造方法により行ってよい。例えば、鋳造および分塊圧延により、上述の本発明の鋼線のコア部と同じ組成のビレットを得て、このビレットを加熱し、熱間にて粗圧延および仕上圧延を施して所定の線径まで減面加工した後、必要に応じて制御冷却を行い、コイル状に巻き取り鋼線材(圧延線材)を得る。
次いで、得られた圧延線材に皮削り加工を行い、皮削り加工により生じた表面の加工層除去のための焼鈍処理またはパテンティング処理を行なうか、または、当該圧延材のまま焼鈍処理またはパテンティング処理を行なう。その後、表面に潤滑処理を施して所定の線径まで冷間で伸線加工を行い、伸線材を得る。得られた、伸線材は、その表面に付着している潤滑皮膜または伸線潤滑剤を除去することが好ましい。これら潤滑皮膜または伸線潤滑剤の除去は、酸洗(浸漬による酸洗または電解酸洗)、ショットブラストまたは熱処理などにより行ってよい。
図1(a)は、本発明の焼入れ条件を模式的に示すダイヤグラムであり、図1(b)は従来の焼入れ条件を模式的に示すダイヤグラムである。本発明の鋼線の製造方法では、860℃〜1000℃の間の加熱温度(最高加熱温度)T1まで加熱した後、700℃〜800℃の間の焼入れ温度(焼入れ開始温度)T2まで冷却し、焼入れ温度T2から焼入れを行う。室温から加熱温度T1までの加熱時間t1を1〜10秒とする。そして、加熱温度T1から焼入れ温度T2まで冷却する際に800℃から焼入れ温度T2までに達する時間t2が10〜120秒となるように冷却する。これら一連の熱処理は、酸素0.1体積%以下、水蒸気30〜80体積%、残部が窒素である雰囲気中で行う。そして焼入れ温度T2から例えば、焼入れ油または水のような冷媒を用いて焼入れを行う。
加熱開始温度(室温)から加熱温度T1までの加熱時間t1は上述のように1〜10秒と短く、急速加熱を行う必要がある。このため、高周波誘導加熱により加熱することが好ましい。
また、加熱温度T1から焼入れ温度T2までの冷却は、焼入れ温度T2よりも低い温度に設定した保持炉内で保持することにより行ってよい。
以下に本発明の焼入れ熱処理の詳細を説明する。
オーステナイト化のための加熱温度T1を860〜1000℃とする。鉄酸化物スケールの組成および厚さは加熱温度(最高加熱温度)T1に最も影響を受ける。加熱温度T1を860〜1000℃の範囲に制御することでスケール層の平均厚さを0.3〜1.0μmの範囲内に制御することができる。加熱温度T1が1000℃を超えると、鉄酸化物スケール形成のために必要な鉄と酸素の供給バランスが崩れるため、鉄酸化物スケールに気泡や割れなどの欠陥が生じやすくなり、鉄酸化物スケールが脆化することによって脱離し、鉄酸化物スケールの潤滑性能を得ることができなくなる。また、スケール層の厚さも過剰になる。加熱温度T1の好ましい上限は960℃であり、より好ましくは950℃である。
なお、図1(a)に示す実施形態では加熱温度T1に到達後、保持時間なしに焼入れ温度T2まで冷却しているが、加熱温度T1で例えば、5秒以下のような短い時間、保持してもよい。
加熱開始温度(室温)から加熱温度T1に到達するまでの時間t1を1〜10秒とする。最高加熱温度T1に到達するまでの時間は、スケール層の組成および鋼線の脱炭に影響を及ぼす。加熱温度T1に到達するまでの時間を1〜10秒の範囲とすることで、スケール層の鉄酸化物スケールの組成をその後の熱処理で適切に制御することができる。加熱時間t1が1秒未満になると、鉄酸化物スケールがほとんど生成せずに、次の保持工程で鋼線が酸化雰囲気に曝される。このため、スケールが急速に生成し、スケール層の平均厚さが過剰になる。また、脱炭が急激に進行し、ばね製品の疲労寿命が著しく低下する。加熱時間t1は、好ましくは2秒以上、より好ましくは3秒以上である。
加熱温度T1に達した後、700℃〜800℃の間に設定した焼入れ温度T2まで冷却する間に焼入れ温度T2から800℃までの温度域で10〜120秒の間保持する。これは、焼入れにより焼入れ温度T2から700℃までは極めて短い時間時間で到達することから実質的には700〜800℃の温度域で10〜120秒の間保持することと等価である。
加熱温度よりも少し低い700〜800℃で保持することによって、スケール層を適切な鉄酸化物スケール組成および厚さに制御することができる。焼入れ温度T2が800℃を超えると、FeOが過剰に生成することによってFeO中に欠陥が生じやすくなり、鉄酸化物が脆化することによって脱離、鉄酸化物スケールの潤滑性能を果たすことができなくなる。焼入れ温度T2は、好ましくは790℃以下、より好ましくは780℃以下である。
なお、図1に示す実施形態では、800℃から焼入れ温度T2の間の温度領域で保持している間、鋼線の温度は連続的に低下しているが、800℃および焼入れ温度T2を含む、800℃から焼入れ温度T2の間の任意の一定の温度で保持する工程を含んでよい。例えば、焼入れ温度T2が800℃の場合、加熱温度T1から800℃まで冷却し、そこで10〜120秒保持し、焼き入れてよい。
次に、加熱・保持中の雰囲気について説明する。加熱雰囲気を適切に制御することが極めて重要である。オーステナイト化加熱温度において鋼線表面に鉄酸化物スケールが形成されるが、酸素を多く含む雰囲気で加熱した場合、Fe2O3の生成が促進されるため、好ましくない。このような観点から、上記の焼入れ直前までの熱処理は、水蒸気の比率が30〜80体積%で、酸素の比率が0.1体積%以下となるような窒素雰囲気下で行なう必要がある。
雰囲気は、上述した酸素と水蒸気の他、残部は窒素である。窒素の他、炭酸ガスなどの不可避的に混入されるガスも微量に含まれ得るが、これらの成分は所望とする鉄酸化物スケールの生成に殆ど影響しない。
以上により本発明の鋼線を得ることができる。
表1に示す鋼種A〜Gを溶製してビレットを作製した後、ビレットを加熱し、熱間圧延を施して、直径(線径)が8.0mmの圧延線材を得た。
次いで、得られた圧延線材の表面を皮削り処理した後、冷間伸線加工を施して直径(線径)が3.5mmの鋼線(伸線材)を得た。
なお、表1において、残部はFeと不可避不純物である。また、表1に示すビレットの成分は最終的に得られた鋼線のコア部の成分と一致する。
加熱温度T1までの加熱は高周波誘導加熱により行い、加熱温度T1から焼入れ温度T2までの冷却は、焼入れ温度T2よりも低い温度に設定した保持炉内に保持することで行った。加熱開始温度は20℃であった。また、油焼入れに用いた焼入れ油の温度は60℃とした。
焼戻し温度は引張強度を一定(2000MPa±50MPa)にするため、400〜500℃の範囲で変化させた。焼戻し時間は30秒と一定にした。
なお、表2において、上述した本発明の鋼線の製造方法に示した条件から外れる場合が、その条件に下線を付した。
このようにして得られた各鋼線について、下記の方法で鉄酸化物スケールの特性(スケール層の平均厚さおよび組成)、およびコイリング性を評価した。
スケール層の厚さは、それぞれの試験サンプルを樹脂に埋込み、横断面をSEM(Scanning electron microscope:走査型電子顕微鏡)により観察して測定した。測定は、鋼線の外周部において等間隔(72°毎)となる5箇所で測定し、その平均値をスケール層の平均厚さとした。
得られた鋼線サンプル(試験サンプル)のスケール層の鉄酸化物スケールの組成、すなわち、FeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計量に対するFeOおよびFe2O3の比率は、X線回折法により求めた。CoのKα線を用いて、FeOの(200)ピークと、Fe2O3の(012)、(104)ピークと、Fe3O4の(220)、(400)ピークと、Fe2SiO4の(031)ピークのピーク強度の積分比から求めた。
1つの試験サンプルで表面3箇所において、測定を行い、それぞれについて、FeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計量に対するFeOおよびFe2O3の比率を算出した後、平均値を求めた。
コイリング性は、得られたサンプルを用いて、コイリングマシンにより、ばねを製造することによって評価した。詳細には、D/d=3のばねを3000個連続で製造し、100個ごとに得られたばねを抜き取り、ばねの表面のツールマーク発生の有無を目視で観察することによってコイリング性を評価した。
これら結果を、表3に示す。
表3において、「ツールマークの有無」欄の「無」は、100個ごとの抜き取りで3000個までツールマークが認められなかったことを意味し、100個ごとの抜き取りでツールマークが認められた場合は、「ツールマークの有無」欄に「有」と記載する共に、最初にツールマークが認められたばねが何個目の抜き取りサンプルかを「ツールマークの発生個数」欄に記載した。
これらの結果より次のように考察できる。
保持時間t2が本発明の鋼線の製造方法が規定する条件の下限を下回る条件で製造した試験No.17では、鉄酸化物スケールの組成は良好であったが、スケール層の平均厚さが小さいため、500個目のばね表面にツールマークが発生した。一方、保持時間t2が本発明の鋼線の製造方法が規定する条件の上限を超える条件で製造した試験No.20では、鉄酸化物スケールの組成のうち、FeO体積率は良好であったが、スケール層の平均厚さが大きく、また、Fe2O3の体積率が上限を超えており、500個目のばね表面にツールマークが発生した。
これに対し、雰囲気の酸素量が本発明の鋼線の製造方法が規定する条件の上限を超える条件で製造した試験No.22では、鉄酸化物スケールの平均厚さは良好であったものの、鉄酸化物スケールがFeO、Fe2O3共に体積率が本発明の範囲から外れるため、1000個目のばね表面にツールマークが発生した。
これに対し、水蒸気量が本発明の鋼線の製造方法が規定する条件の下限を下回る条件で製造した試験No.23では、FeOの比率が少なくなって、1000個目のばね表面にツールマークが発生した。
一方、水蒸気量が本発明の鋼線の製造方法が規定する条件の上限を超える条件で製造した試験No.27では、FeOの比率が多くなって、1500個目のばね表面にツールマークが発生した。
Claims (4)
- C :0.3〜0.7質量%、
Si:1.5〜2.5質量%、
Mn:0.2〜0.8質量%、
P :0質量%超、0.05質量%以下、
S :0質量%超、0.05質量%以下、
Cr:0.6〜2質量%、
を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなるコア部と、
鉄酸化物スケールから成り、前記コア部の表面に形成されたスケール層と、
を含み、
前記スケール層において、FeOとFe2O3とFe3O4とFe2SiO4の合計量に対するFeOの比率が1体積%以上、30体積%以下であり、Fe2O3の比率が0体積%超、15体積%以下であり、
前記スケール層の平均厚さが0.3〜1.0μmである鋼線。 - 前記コア部が、
Cu:0質量%超、0.5質量%以下、
Ni:0質量%超、1質量%以下、および
Mo:0質量%超、1質量%以下
よりなる群から選ばれる1種類以上を更に含有する請求項1に記載の鋼線。 - 前記コア部が、
Ti:0質量%超、0.1質量%以下、
Nb:0質量%超、0.5質量%以下、および
V :0質量%超、1質量%以下
よりなる群から選ばれる1種類以上を更に含有する請求項1または2に記載の鋼線。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋼線を製造する方法であって、
前記コア部の組成を満足する鋼線材を酸素が0.1体積%以下、水蒸気が30〜80体積%、残部が窒素である雰囲気下で、860〜1000℃の間の加熱温度まで1〜10秒で加熱し、700〜800℃の間の焼入れ温度まで、800℃から前記焼入れ温度に達するまでの時間が10〜120秒となるように冷却した後、焼入れ焼戻しを行う工程を含む鋼線の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016143589A JP6691452B2 (ja) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | ばね用鋼線 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016143589A JP6691452B2 (ja) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | ばね用鋼線 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018012868A true JP2018012868A (ja) | 2018-01-25 |
JP6691452B2 JP6691452B2 (ja) | 2020-04-28 |
Family
ID=61019315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016143589A Expired - Fee Related JP6691452B2 (ja) | 2016-07-21 | 2016-07-21 | ばね用鋼線 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6691452B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020111794A (ja) * | 2019-01-11 | 2020-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 軟磁性部材の製造方法 |
WO2021255776A1 (ja) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | 住友電気工業株式会社 | ばね用鋼線 |
CN115485409A (zh) * | 2020-06-17 | 2022-12-16 | 住友电气工业株式会社 | 弹簧用钢线 |
DE112022002968T5 (de) | 2021-08-05 | 2024-03-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Stahldraht für Federn |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007138259A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Kobe Steel Ltd | 酸洗い性に優れたばね用鋼線材 |
JP2007308785A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | オイルテンパー線およびその製造方法 |
JP2009235523A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | オイルテンパー線とその製造方法、及びばね |
-
2016
- 2016-07-21 JP JP2016143589A patent/JP6691452B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007138259A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Kobe Steel Ltd | 酸洗い性に優れたばね用鋼線材 |
JP2007308785A (ja) * | 2006-05-22 | 2007-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | オイルテンパー線およびその製造方法 |
JP2009235523A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | オイルテンパー線とその製造方法、及びばね |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020111794A (ja) * | 2019-01-11 | 2020-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | 軟磁性部材の製造方法 |
JP7260304B2 (ja) | 2019-01-11 | 2023-04-18 | トヨタ自動車株式会社 | 軟磁性部材の製造方法 |
WO2021255776A1 (ja) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | 住友電気工業株式会社 | ばね用鋼線 |
JPWO2021255776A1 (ja) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | ||
US20220186803A1 (en) * | 2020-06-15 | 2022-06-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spring steel wire |
DE112020006562T5 (de) | 2020-06-15 | 2023-01-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Federstahldraht |
JP7287403B2 (ja) | 2020-06-15 | 2023-06-06 | 住友電気工業株式会社 | ばね用鋼線 |
US11892048B2 (en) | 2020-06-15 | 2024-02-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spring steel wire |
CN115485409A (zh) * | 2020-06-17 | 2022-12-16 | 住友电气工业株式会社 | 弹簧用钢线 |
US11807923B2 (en) | 2020-06-17 | 2023-11-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Spring steel wire |
DE112022002968T5 (de) | 2021-08-05 | 2024-03-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Stahldraht für Federn |
KR20240045214A (ko) | 2021-08-05 | 2024-04-05 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 스프링용 강선 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6691452B2 (ja) | 2020-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5200540B2 (ja) | 高強度ばね用熱処理鋼 | |
US20170058376A1 (en) | Rolled material for high strength spring, and wire for high strength spring | |
JPWO2007114491A1 (ja) | 高強度ばね用熱処理鋼 | |
JP5333682B2 (ja) | 熱間鍛造用圧延棒鋼または線材 | |
JP4872846B2 (ja) | 窒化歯車用粗形品および窒化歯車 | |
JP6691452B2 (ja) | ばね用鋼線 | |
JP6241136B2 (ja) | 肌焼鋼鋼材 | |
JP6065121B2 (ja) | 高炭素熱延鋼板およびその製造方法 | |
JP2017082251A (ja) | 熱処理鋼線の製造方法 | |
JP6065120B2 (ja) | 高炭素熱延鋼板およびその製造方法 | |
JP6448529B2 (ja) | コイリング性に優れた鋼線およびその製造方法 | |
JP5533712B2 (ja) | 表面硬化用熱間加工鋼材 | |
JP5630523B2 (ja) | 窒化処理用鋼板およびその製造方法 | |
JP2018012874A (ja) | ボルト用鋼線の製造方法 | |
JP5754077B2 (ja) | 転動疲労特性に優れた軸受鋼の製造方法および軸受鋼 | |
JP2001220650A (ja) | 鋼線、ばね及びそれらの製造方法 | |
JP2009235523A (ja) | オイルテンパー線とその製造方法、及びばね | |
JP5796781B2 (ja) | ばね加工性に優れた高強度ばね用鋼線材およびその製造方法、並びに高強度ばね | |
WO2017191792A1 (ja) | ばね巻き性に優れるばね用鋼線及びその製造方法 | |
JP6460883B2 (ja) | 加工性に優れた熱処理鋼線の製造方法 | |
JP5986434B2 (ja) | 中空ばね用シームレス鋼管 | |
JP6208611B2 (ja) | 疲労特性に優れた高強度鋼材 | |
JP6453693B2 (ja) | 疲労特性に優れた熱処理鋼線 | |
JP4133515B2 (ja) | 耐へたり性及び耐割れ性に優れたばね用鋼線 | |
JP2017193732A (ja) | 高強度鋼線用熱間圧延線材およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190708 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200311 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200317 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200410 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6691452 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |