JP2019039049A - Spring excellent in fatigue resistance, and production method thereof - Google Patents

Spring excellent in fatigue resistance, and production method thereof Download PDF

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尚男 冨士川
Hisao Fujikawa
尚男 冨士川
輝彦 西川
Teruhiko Nishikawa
輝彦 西川
守弘 藤田
Morihiro Fujita
守弘 藤田
宮本 篤
Atsushi Miyamoto
篤 宮本
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Abstract

To provide a spring excellent in fatigue resistance.SOLUTION: A spring has a steel base material with spring properties and a nitrided layer formed on the surface of the steel base material. The steel base material contains one or two or more additive elements having a higher activity to nitrogen than iron has. The nitrided layer has a nitrogen compound layer formed on the outermost surface, the nitrogen compound layer containing γ-FeN and a nitride of the additive elements. A hard and fragile ε-FeN layer formed on a nitrogen compound layer obtained in a conventional nitriding is not formed on the outermost surface in the invention. The nitrogen compound layer containing γ-FeN and a nitride of the additive elements is nearly free from fissures even under repeated stress and cracking and peeling caused by shot-peening. Therefore, the fatigue resistance of the spring is greatly improved.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、耐疲労性に優れたばね、その製造方法に関するものである。   The present invention relates to a spring excellent in fatigue resistance, and a method of manufacturing the same.

従来から、自動車をはじめとする各種の工業分野において、軽量化・高出力化・寿命延長などの性能を向上させる取り組みが行われている。これに伴い、機械装置に使用されるばねも、負荷応力の高いもの、疲労強度に優れたもの、が必要である。たとえば、自動車のエンジンやサスペンションに用いられるばねについても、そのような特性が求められる。   In the past, in various industrial fields including automobiles, efforts have been made to improve performance such as weight reduction, high output and life extension. Along with this, springs used in mechanical devices also need to have high load stress and excellent fatigue strength. For example, such characteristics are also required for springs used in automobile engines and suspensions.

ばねの疲労強度をあげる手法は、いくつか存在する。本願は、窒化処理によって耐疲労性を向上させるものである。
窒化処理によってばねの疲労強度を向上させる先行技術文献として、出願人は下記の特許文献1〜6を把握している。
また、ばね以外の歯車やクランクを対象として窒化処理を行う技術について、出願人は下記の特許文献7〜8を把握している。
There are several ways to increase the fatigue strength of a spring. The present application is to improve fatigue resistance by nitriding treatment.
The applicant grasps the following patent documents 1-6 as a prior art document which improves the fatigue strength of a spring by nitriding treatment.
Moreover, the applicant grasps | ascertains the following patent documents 7-8 about the technique which performs nitriding processing with gear wheels and cranks other than a spring.

特許第3142689号公報Patent No. 3142689 特開平7−179985号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 7-179985 特許第4615208号公報Patent No. 4615208 gazette 特開2015−86890号公報JP, 2015-86890, A 特開2016−148068号公報JP, 2016-148068, A 特許第4711403号公報Patent No. 4711403 特開2013−221203号公報JP, 2013-221203, A 特開2017−36509号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2017-36509

上記特許文献1には、つぎの記載がある。
[請求項1]
重量比でC:0.4〜0.8%Si:0.8〜4.0%Mn:0.2〜2.0%Cr:0.4〜3.0%を含有し、更にV:0.05〜0.50%Nb:0.05〜0.50%Ni:0.2〜2%Mo:0.1〜1.0%よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含み、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼を窒化処理してなり、表面から10μm以内の窒素量が0.5〜2%、窒素拡散深さが0.07mm以上、内部硬さがビッカース硬さで470以上であることを特徴する疲労強度に優れたばね。
The following patent document 1 has the following description.
[Claim 1]
C: 0.4 to 0.8% Si: 0.8 to 4.0% Mn: 0.2 to 2.0% Cr: 0.4 to 3.0% by weight ratio, and further V: 0.05 to 0.50% Nb: 0.05 to 0.50 Ni: 0.2 to 2% Mo: at least one element selected from the group consisting of 0.1 to 1.0%, The steel consisting of the balance Fe and unavoidable impurities is nitrided, and the amount of nitrogen within 10 μm from the surface is 0.5 to 2%, the nitrogen diffusion depth is 0.07 mm or more, and the internal hardness is 470 or more in Vickers hardness A spring excellent in fatigue strength characterized by being.

上記特許文献2には、つぎの記載がある。
[請求項1]
C:0.3〜0.7%(重量%の意味、以下同じ)Si:1〜4%Mn:0.2〜1.5%を含有し、残部鉄および不可避不純物からなり、表面に50μm以上の窒素拡散層が形成されると共に、最表層部は厚さ3μm以上のε鉄窒化物層であり、内部硬さがHRC49.0以上であることを特徴とする耐食性に優れた高強度懸架ばね。
The following patent document 2 has the following description.
[Claim 1]
C: 0.3 to 0.7% (meaning weight percent, the same applies hereinafter) Si: 1 to 4% Mn: 0.2 to 1.5% contained, the balance being iron and unavoidable impurities, 50 μm on the surface While the above nitrogen diffusion layer is formed, the outermost layer portion is an ε iron nitride layer having a thickness of 3 μm or more, and the internal hardness is HRC 49.0 or more. Spring.

上記特許文献3には、つぎの記載がある。
[請求項2]
重量比にしてC:0.50〜1.00%、Si:1.20〜2.50%、Mn:1.0%以下、Ni:0.5%以下、Cr:0.40〜1.50%、Mo:0.5%以下、V:0.60%以下を含有する鋼を素材とするコイルばねを、次式(1)〜(3)の全てを満足する温度T(絶対温度K)及び時間t(s)で窒化処理を施すことを特徴とする弁ばねの製造方法。
(1) (-1.60Si+0.20Cr+2.14)>=0の場合、T>{700-(1205Si+2.2Cr-867)}/(-1.60Si+0.20Cr+2.14)
(-1.60Si+0.20Cr+2.14)<0 の場合、T<{700-(1205Si+2.2Cr-867)}/(-1.60Si+0.20Cr+2.14)
(2) (-0.23Si+1.85Mo-0.42)>=0の場合、T>{550-(236Si-1054Mo+735)}/(-0.23Si+1.85Mo-0.42)
(-0.23Si+1.85Mo-0.42)<0 の場合、T<{550-(236Si-1054Mo+735)}/(-0.23Si+1.85Mo-0.42)
(3) t>{0.015/exp((40.4C-2.8Mn-15.5V+17.2Mo-7.9Ni-21.5)-(254C-105V+127Mo-40.7Ni-96.4)*1000/R/T)}2
[0043]
以上の重回帰分析の結果をまとめると、弁ばねの窒化深さが30μm以上、表面硬さがHv700以上、内部硬さがHv550以上という条件を満たすためには、含有成分と窒化温度T(絶対温度K)及び時間t(秒)の関係は、次の3つの不等式を全て満たさなければならないことになる。
(-1.5985Si+0.202Cr+0.5238Mo+2.1414)T+(1204.9Si+2.2Cr-867.4)>700 (9)
(-0.2275Si+1.8458Mo-0.4153)T+(236.4Si-1053.6Mo+734.7)>550 (10)
2√(t)exp((40.4C-2.8Mn-15.5V+17.2Mo-7.9Ni-21.5)-(253.5C-105.3V+127Mo-40.7Ni-96.4)*1000/R/T)>0.03 (11)
これらの式を変形することにより、第2発明が導かれたものである。
The following patent document 3 has the following description.
[Claim 2]
In weight ratio, C: 0.50 to 1.00%, Si: 1.20 to 2.50%, Mn: 1.0% or less, Ni: 0.5% or less, Cr: 0.40 to 1.50%, Mo: 0.5% or less, V: 0.60% or less The valve spring is characterized in that the coil spring made of the steel to be treated is nitrided at a temperature T (absolute temperature K) and time t (s) satisfying all of the following equations (1) to (3) Production method.
(1) When (-1. 60 Si + 0.20 Cr + 2. 14)> = 0, T> {700-(1205 Si + 2.2 Cr-867)} / (-1. 60 Si + 0.20 Cr + 2.14)
In the case of (-1. 60 Si + 0.20 Cr + 2. 14) <0, T <{700-(1205 Si + 2.2 Cr-867)} / (-1. 60 Si + 0.20 Cr + 2. 14)
(2) When (−0.23Si + 1.85Mo−0.42)> = 0, T> {550− (236Si-1054Mo + 735)} / (− 0.23Si + 1.85Mo−0.42)
If (−0.23 Si + 1.85 Mo−0.42) <0, then T <{550− (236 Si-1054 Mo + 735)} / (− 0.23 Si + 1.85 Mo−0.42)
(3) t> {0.015 / exp ((40.4C-2.8Mn-15.5V + 17.2Mo-7.9Ni-21.5)-(254C-105V + 127Mo-40.7Ni-96.4) * 1000 / R / T)} 2
[0043]
Summarizing the results of the above multiple regression analysis, in order to meet the condition that the nitriding depth of the valve spring is 30 μm or more, the surface hardness is Hv 700 or more, and the internal hardness is Hv 550 or more, The relationship between temperature K) and time t (seconds) must satisfy all the following three inequalities.
(−1.5985 Si + 0.202 Cr + 0.5238 Mo + 2.1414) T + (1204.9 Si + 2.2 Cr−867.4)> 700 (9)
(-0.2275Si + 1.8458Mo-0.4153) T + (236.4Si-1053.6Mo + 734.7)> 550 (10)
2√ (t) exp ((40.4C-2.8Mn-15.5V + 17.2Mo-7.9Ni-21.5)-(253.5C-105.3V + 127Mo-40.7Ni-96.4) * 1000 / R / T)> 0.03 (0.03) 11)
The second invention is derived by modifying these equations.

上記特許文献4には、つぎの記載がある。
[請求項1]
鋼材層と、鋼材層の表面に形成された窒化物を含有する化合物層とを有しており、
化合物層は、ε相を含んでおり、そのε相の圧縮残留応力が800〜1400MPaとされている、ばね。
[請求項5]
ばねを製造する方法であり、
ばね線材の表面に形成された表面キズを除去する工程と、
表面キズが除去されたばね線材を窒化処理する工程と、
窒化処理工程後に、ばね線材の表面にショットピーニング処理する工程と、を有しており、
ショットピーニング処理工程では、複数回のショットピーニングが行われ、最後に行われるショットピーニングに用いられる投射材の硬度が1100〜1300HVとされている、ばねの製造方法。
The following patent document 4 has the following description.
[Claim 1]
A steel layer and a compound layer containing nitride formed on the surface of the steel layer,
The compound layer contains an ε phase, and the compressive residual stress of the ε phase is set to 800 to 1,400 MPa.
[Claim 5]
A method of manufacturing a spring,
Removing surface flaws formed on the surface of the spring wire;
Nitriding the spring wire material from which the surface flaws have been removed;
Shot peening the surface of the spring wire after the nitriding step;
The shot-peening process process WHEREIN: The shot peening of multiple times is performed, The manufacturing method of the spring made into the hardness of 1100-1300 HV of the projection material used for shot-peening performed finally.

上記特許文献5には、つぎの記載がある。
[請求項1]
表面に窒化層が形成された金属製ばねの製造方法であって、
所定のばね形状に形成された金属製ばね本体を気密性雰囲気炉内に配置させた状態で炉内温度を所定窒化処理温度まで上昇させる昇温工程と、
炉内温度を前記所定窒化処理温度に保持しつつ、前記炉内の窒化ポテンシャルが所定の高レベル値となるようにアンモニアガスを供給する第1窒化工程と、
炉内温度を前記所定窒化処理温度に保持しつつ、前記炉内へのアンモニアガスの供給を停止し且つ前記炉内に水素ガス及び窒素ガスを3:1の割合で供給して、前記炉内の窒化ポテンシャルを前記金属製ばね本体に化合物層が生成しない低レベル値まで低下させる窒化ポテンシャル低下工程と、
炉内温度を前記所定窒化処理温度に保持し且つ前記炉内の窒化ポテンシャルを前記低レベル値に保持する第2窒化工程とを含み、
前記第1窒化工程における窒化ポテンシャルの前記高レベル値は、当該第1窒化工程を所定時間以上に亘って継続すると前記金属線ばね本体に化合物層の生成を招く濃度とされており、前記第1窒化工程の処理時間は前記所定時間より短い時間とされていることを特徴とする金属製ばねの製造方法。
[0022]
本発明に係る金属製ばねの製造方法及び製造装置によれば、高濃度の窒化ポテンシャルで窒化処理を行っているので深い窒化層を金属製ばね本体の表面全体に可及的に均一に形成することができ、さらに、高濃度の窒化ポテンシャルでの窒化処理を時間によって制限しているので金属製ばね本体に化合物層が生成することを確実に防止することができる。
The following patent document 5 has the following description.
[Claim 1]
A method of manufacturing a metal spring having a nitrided layer formed on its surface, comprising:
A temperature raising step of raising the temperature in the furnace to a predetermined nitriding treatment temperature in a state in which a metal spring main body formed in a predetermined spring shape is disposed in an airtight atmosphere furnace;
A first nitriding step of supplying ammonia gas so that the nitriding potential in the furnace becomes a predetermined high level value while maintaining the furnace temperature at the predetermined nitriding treatment temperature;
In the furnace, the supply of ammonia gas into the furnace is stopped and the hydrogen gas and the nitrogen gas are supplied into the furnace at a ratio of 3: 1 while maintaining the temperature in the furnace at the predetermined nitriding treatment temperature. A nitriding potential lowering step of lowering the nitriding potential of the metal spring main body to a low level value at which no compound layer is formed in the metal spring body;
Maintaining a furnace temperature at the predetermined nitriding temperature and holding a nitriding potential in the furnace at the low level value;
The high level value of the nitriding potential in the first nitriding step is a concentration that causes the formation of a compound layer in the metal wire spring body when the first nitriding step is continued for a predetermined time or more. The process time of the nitriding process is made into time shorter than the said predetermined time, The manufacturing method of the metal spring characterized by the above-mentioned.
[0022]
According to the method and apparatus for manufacturing a metal spring according to the present invention, since a nitriding process is performed with a high concentration of nitriding potential, a deep nitrided layer is formed as uniformly as possible on the entire surface of a metal spring body. Further, since the nitriding treatment at a high concentration of nitriding potential is limited by time, the formation of a compound layer on the metal spring body can be surely prevented.

上記特許文献6には、つぎの記載がある。
[請求項1]
少なくとも、重量%で0.4〜1.0%のC、0.9〜3.0%のSi、0.1〜2.0%のMn、2.5%以下のCr、0.7%以下のV、0.25%以下のMo、1.0%以下のWを含む鋼材からなる下地上に少なくとも窒素拡散層が設けられた鋼製ばね部材であって、
最表面から20μmの深さに至るまでの部位のビッカース硬度が750以上であるとともに、前記部位よりも深い芯部のビッカース硬度が600以上であり、
前記窒素拡散層の上方に化合物層が存在する場合、該化合物層の厚みが最大で0.5μmであり、
さらに、疲労強度が639MPa以上を示すことを特徴とする鋼製ばね部材。
The following Patent Document 6 has the following description.
[Claim 1]
At least 0.4% to 1.0% C, 0.9 to 3.0% Si, 0.1% to 2.0% Mn, 2.5% or less Cr, 0.7% by weight A steel spring member in which at least a nitrogen diffusion layer is provided on a base made of a steel material containing the following V, 0.25% or less of Mo, and 1.0% or less of W,
The Vickers hardness of the portion from the outermost surface to the depth of 20 μm is 750 or more, and the Vickers hardness of the core portion deeper than the portion is 600 or more,
When a compound layer is present above the nitrogen diffusion layer, the thickness of the compound layer is at most 0.5 μm,
Furthermore, a steel spring member having a fatigue strength of 639 MPa or more.

上記特許文献7には、つぎの記載がある。
[0001]
本発明は、ガス雰囲気中での窒化処理により、表面を窒化した窒化鋼部材およびその製造方法に関する。さらには自動車等の歯車に用いられ、耐ピッチング性と曲げ疲労強度を向上された高強度・窒化鋼部材に関する。
[0008]
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、所定の組成の鋼部材に所定の構造を有する鉄窒化化合物層を、該鋼部材の表面に生成することで、低歪かつ優れた耐ピッチング性と曲げ疲労強度を有する高強度・低歪窒化鋼部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
[0030]
なお、本発明において、「鉄窒化化合物層」とは、ガス軟窒化処理によって形成された鋼部材表面のγ’相−FeNやε相−Fe2−3Nに代表される鉄の窒化化合物をいう。鉄窒化化合物層は、γ’相、ε相であり、層状態として析出している。本発明では、鋼部材(母材)の表面に、これらγ’相、ε相からなる鉄窒化化合物層が、厚さ2〜17μmの範囲で形成されている。一方、鋼部材(母材)は、先に説明した所定の成分範囲を有する鋼からなるが、鉄窒化化合物層直下(鉄窒化化合物層と鋼部材(母材)との境界面に接している位置での鋼部材(母材))は、鋼中に合金炭窒化物が微細に整合析出した状態になっている。鉄窒化化合物層直下では、このように合金炭窒化物が析出しているので、母材芯部に比べ硬度が高くなっている。
[0033]
本発明の窒化鋼部材の表面に形成された鉄窒化化合物層のX線管球Cuを使用したX線回折(XRD)プロファイルによる2θ:41.2度付近に出現するγ’相−FeNの(111)結晶面のX線回折ピーク強度IFeN(111)と2θ:43.7度付近に出現するε相−Fe2−3Nの(111)結晶面のX線回折ピーク強度IFeN(111)において、IFeN(111)/{IFeN(111)+IFeN(111)}で表される強度比が0.5以上となる。前述の通り、「鉄窒化化合物層」は、ε相−Fe2−3N及び/またはγ’相−FeN等からなる層であり、鋼部材表面についてX線回折分析を実施したとき、前記X線ピーク強度の比を測定することによりγ’相が主成分であるか否かを判定する。本発明においては前記強度比が0.5以上であれば、窒化鋼部材の表面に形成された鉄窒化化合物層はγ’相が主成分であると判定することができ、窒化鋼部材の耐ピッチング性と曲げ疲労強度が優れたものとなる。前記強度比は0.8以上が好ましく、さらには0.9以上であることがより好ましい。
The following Patent Document 7 has the following description.
[0001]
The present invention relates to a nitrided steel member whose surface is nitrided by nitriding treatment in a gas atmosphere and a method of manufacturing the same. Further, the present invention relates to a high-strength nitrided steel member which is used for a gear of an automobile or the like and which has improved pitting resistance and bending fatigue strength.
[0008]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have produced an iron nitride compound layer having a predetermined structure on a steel member of a predetermined composition on the surface of the steel member, thereby reducing distortion and It has been found that a high strength, low strain nitrided steel member having excellent pitting resistance and bending fatigue strength can be obtained, and the present invention has been completed.
[0030]
In the present invention, “iron nitride compound layer” refers to the nitriding of iron represented by γ ′ phase −Fe 4 N and ε phase −Fe 2-3 N on the surface of steel members formed by gas soft nitriding treatment. Refers to a compound. The iron nitride compound layer is a γ 'phase and an ε phase, and is precipitated as a layer state. In the present invention, an iron nitride compound layer composed of the γ ′ phase and the ε phase is formed on the surface of the steel member (base material) in a thickness range of 2 to 17 μm. On the other hand, the steel member (base material) is made of steel having the predetermined component range described above, but directly below the iron nitride compound layer (in contact with the interface between the iron nitride compound layer and the steel member (base material) The steel member (base material) at the position is in a state in which alloy carbo-nitrides are finely aligned and precipitated in the steel. Immediately below the iron nitride compound layer, since the alloy carbonitrides are thus precipitated, the hardness is higher than that of the core portion of the base material.
[0033]
The γ 'phase -Fe 4 N appearing around 2θ: 41.2 degrees according to an X-ray diffraction (XRD) profile using an X-ray tube Cu of the iron nitride compound layer formed on the surface of the nitrided steel member of the present invention X-ray diffraction peak intensity IFe 4 N (111) of (111) crystal face of E and X-ray diffraction peak intensity IFe of (111) crystal face of ε phase -Fe 2-3 N appearing near 2θ: 43.7 degrees In 3 N (111), the intensity ratio represented by IFe 4 N (111) / {IFe 4 N (111) + IFe 3 N (111)} is 0.5 or more. As described above, the “iron nitride compound layer” is a layer composed of ε phase −Fe 2-3 N and / or γ ′ phase −Fe 4 N, etc., and when X-ray diffraction analysis is performed on the surface of a steel member, Whether or not the γ 'phase is the main component is determined by measuring the ratio of the X-ray peak intensities. In the present invention, if the strength ratio is 0.5 or more, it can be determined that the iron nitride compound layer formed on the surface of the nitrided steel member is mainly composed of the γ 'phase, and the resistance of the nitrided steel member The pitching property and the bending fatigue strength become excellent. The strength ratio is preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more.

上記特許文献8には、つぎの記載がある。
[0007]
本発明の目的は、高い耐ピッチング性と曲げ強度を有し、さらに浸炭や浸炭窒化処理と比較して低歪である高強度・低歪窒化鋼部材の製造方法を提供することである。
[0008]
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、機械構造用炭素鋼・合金鋼からなる鋼部材に所定の窒化処理を実施し、構造(組織)が制御された鉄窒化化合物層を鋼部材の表面に生成することで、低歪かつ十分な耐ピッチング性と曲げ強度を有する高強度・低歪窒化鋼部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
[0010]
なお、本明細書中において、「鉄窒化化合物層」とは、ガス窒化処理によって形成された鋼部材表面のγ’相-FeNやε相-FeN等に代表される鉄の窒化化合物をいう。
The following Patent Document 8 has the following description.
[0007]
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high strength and low strain nitrided steel member which has high pitting resistance and bending strength and which is low in strain as compared with carburizing or carbonitriding treatment.
[0008]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have carried out predetermined nitriding treatments on steel members made of carbon steel and alloy steel for machine structure, and controlled the iron nitride compound having a controlled structure (structure). By forming a layer on the surface of a steel member, it has been found that a high strength, low strain nitrided steel member having low strain and sufficient pitting resistance and flexural strength can be obtained, and the present invention has been completed.
[0010]
In the present specification, “iron nitride compound layer” refers to the nitriding of iron represented by γ ′ phase −Fe 4 N and ε phase −Fe 3 N on the surface of steel members formed by gas nitriding treatment. Refers to a compound.

本発明の窒化鋼部材の表面に形成された鉄窒化化合物層の、X線管球として銅管球を使用したときのX線回折(XRD)プロファイルによる2θ:41.2度付近に出現するγ’相-Fe4Nの(111)結晶面のX線回折ピーク強度IFe4N(111)と2θ:43.7度付近に出現するε相-Fe3Nの(111) 結晶面のX線回折ピーク強度IFe3N(111)において、IFe4N(111)/ {IFe4N(111)+IFe3N(111) }で表される強度比が0.5以上となる。前述の通り、「鉄窒化化合物層」は、ε相-FeN及び/またはγ’相-FeN等からなる層であり、鋼部材表面についてX線回折分析を実施したとき、前記X線ピーク強度の比を測定することによりγ’相が主成分であるか否かを判定する。本発明においては前記強度比が0.5以上であれば、窒化鋼部材の表面に形成された鉄窒化化合物層はγ’相が主成分であると判定することができ、窒化鋼部材の耐ピッチング性と曲げ強度が優れたものとなる。前記強度比は0.8以上が好ましく、さらには0.9以上であることがより好ましい。
Γ 'phase appearing around 2θ: 41.2 degrees according to an X-ray diffraction (XRD) profile when using a copper tube as an X-ray tube, of the iron nitride compound layer formed on the surface of the nitrided steel member of the present invention X-ray diffraction peak intensity IFe 4 N (111) of (111) crystal face of -Fe 4 N and X phase diffraction intensity IFe of (111) crystal face of ε-Fe 3 N appearing near 2θ: 43.7 degrees In 3 N (111), the intensity ratio represented by IFe 4 N (111) / {IFe 4 N (111) + IFe 3 N (111)} is 0.5 or more. As described above, the “iron nitride compound layer” is a layer composed of ε phase −Fe 3 N and / or γ ′ phase −Fe 4 N or the like, and when X-ray diffraction analysis is performed on the surface of a steel member, the above X It is determined whether the γ 'phase is the main component by measuring the ratio of the line peak intensities. In the present invention, if the strength ratio is 0.5 or more, it can be determined that the iron nitride compound layer formed on the surface of the nitrided steel member is mainly composed of the γ 'phase, and the resistance of the nitrided steel member Pitching property and bending strength become excellent. The strength ratio is preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more.

上記特許文献1は、疲労強度に優れたばねに関するものである。
しかしながら、文献1は、所定の成分範囲に限定した鋼に窒化処理を行い、表層部の窒素量、窒素拡散深さ、内部硬さを特定し、開示するに過ぎない。
つまり、文献1では、窒化層(化合物層)については、窒素量が記載されているだけで、その構造については一切言及されていない。なお、通常の窒化で得られる窒化層は、表面にε−Fe2〜3N層が生成し、その下にγ’−FeNを主体とする層が生成したものである。
The said patent document 1 is related with the spring excellent in fatigue strength.
However, the document 1 nitrides the steel limited to a predetermined component range, specifies the nitrogen amount in the surface layer, the nitrogen diffusion depth, and the internal hardness, and only discloses it.
That is, in the document 1, the nitrogen amount is described only for the nitrided layer (compound layer), and the structure is not mentioned at all. Note that the nitrided layer obtained by ordinary nitriding is a layer in which an ε-Fe 2 to 3 N layer is formed on the surface, and a layer mainly composed of γ'-Fe 4 N is formed therebelow.

上記特許文献2は、高強度懸架ばねに関するものである。
しかしながら、文献2は、所定の成分範囲に限定した鋼において、表面の窒素拡散層、最表層部のε鉄窒化物層、内部硬さを特定し、開示するに過ぎない。
つまり、文献2では、窒化層(化合物層)については、窒素拡散層と最表層部のε鉄窒化物層が特定されているに過ぎない。
The patent document 2 relates to a high strength suspension spring.
However, Document 2 only specifies and discloses the nitrogen diffusion layer on the surface, the ε-iron nitride layer on the outermost layer, and the internal hardness in the steel limited to the predetermined component range.
That is, in the reference 2, as for the nitrided layer (compound layer), only the nitrogen diffusion layer and the ε-iron nitride layer of the outermost layer portion are specified.

上記特許文献3は、弁ばねの製造方法に関するものである。
しかしながら、文献3は、所定の合金元素を含有する鋼について、窒化処理時の温度と時間を、成分元素の濃度によって設定する方法を開示するに過ぎない。この方法は、繰り返し負荷を受ける弁ばねの特性として、窒化深さを30μm以上、表面硬さをHv700以上、内部硬さをHv550以上とする条件を満たすことを目指すものである。
つまり、文献3では、窒化層(化合物層)については、窒化深さと表面および内部の硬さが特定されているに過ぎない。
The said patent document 3 is related with the manufacturing method of a valve spring.
However, Document 3 only discloses a method of setting the temperature and time at the time of nitriding treatment according to the concentrations of component elements for steel containing a predetermined alloying element. This method aims at satisfying the condition that the nitriding depth is 30 μm or more, the surface hardness is Hv 700 or more, and the internal hardness is Hv 550 or more as the characteristics of the valve spring which receives repeated load.
That is, in the case of Reference 3, with regard to the nitrided layer (compound layer), only the nitriding depth and the hardness of the surface and the inside are specified.

上記特許文献4は、ばね及びばねの製造方法に関するものである。
しかしながら、文献4は、化合物層がε相を含むこと、ε相の圧縮残留応力が800〜1400MPaとすること、ばね線材の表面にショットピーニング処理することを開示するに過ぎない。
つまり、文献4では、窒化層(化合物層)については、化合物層がε相を含むことと、その圧縮残留応力が特定されているに過ぎない。
The patent document 4 relates to a spring and a method of manufacturing the spring.
However, reference 4 only discloses that the compound layer contains an ε phase, that the compressive residual stress of the ε phase is 800 to 1,400 MPa, and that the surface of the spring wire is shot peened.
That is, in the reference 4, with respect to the nitrided layer (compound layer), the compound layer includes only the ε phase, and the compressive residual stress thereof is specified.

上記特許文献5は、金属製ばねの製造方法に関するものである。
しかしながら、文献5は、窒化雰囲気の窒化ポテンシャルを2段階に分けて処理することにより、表面に化合物層を生成させず、かつ深い窒化層(拡散層)を生成させるものである。
つまり、文献5では、窒化層(化合物層)については、化合物層がなく、深い拡散層が生成されたものが開示されているに過ぎない。
The said patent document 5 is related with the manufacturing method of a metal spring.
However, Document 5 does not form a compound layer on the surface and forms a deep nitrided layer (diffusion layer) by processing the nitriding potential of the nitriding atmosphere in two steps.
That is, Document 5 discloses only a nitride layer (compound layer) having no compound layer and in which a deep diffusion layer is formed.

上記特許文献6は、鋼製ばね部材に関するものである。
しかしながら、文献6は、所定の組成の鋼材の下地上に窒素拡散層が設けられ、表層および深部の硬度と、化合物層が存在する場合に、その厚みと疲労強度を特定し、開示するに過ぎない。
つまり、文献6では、窒化層(化合物層)については、厚みと疲労強度が特定されているに過ぎない。
The said patent document 6 is related with a steel spring member.
However, Document 6 only specifies and discloses the thickness and fatigue strength of the surface and deep portions, and the compound layer, if any, provided with a nitrogen diffusion layer on the lower surface of the steel of a predetermined composition. Absent.
That is, in Document 6, the thickness and the fatigue strength are only specified for the nitrided layer (compound layer).

上記特許文献7は、窒化鋼部材に関するものである。
しかしながら、文献7は、「鉄窒化化合物層」が、ε相−Fe2−3N及び/またはγ’相−FeN等からなる層であり、X線回折分析を実施したとき、X線ピーク強度の比を測定することによりγ’相が主成分であるか否かを判定することを開示するに留まる。
つまり、文献7は、窒化層(化合物層)については、ε相−Fe2−3Nとγ’相−FeNが単に混在するものを開示するに過ぎない。
Patent Document 7 mentioned above relates to a nitrided steel member.
However, Document 7 is a layer in which the “iron nitride compound layer” is formed of ε phase −Fe 2-3 N and / or γ ′ phase −Fe 4 N, etc., and when X-ray diffraction analysis is performed, X-rays are obtained. It remains to disclose to determine whether the γ 'phase is the main component by measuring the ratio of peak intensities.
That is, Document 7 only discloses a nitride layer (compound layer) in which ε phase −Fe 2-3 N and γ ′ phase −Fe 4 N are simply mixed.

上記特許文献8は、窒化鋼部材の製造方法に関するものである。
しかしながら、文献8は、「鉄窒化化合物層」が、ε相−Fe2−3N及び/またはγ’相−FeN等からなる層であり、X線回折分析を実施したとき、X線ピーク強度の比を測定することによりγ’相が主成分であるか否かを判定することを開示するに留まる。
つまり、文献8は、窒化層(化合物層)については、ε相−Fe2−3Nとγ’相−FeNが単に混在するものを開示するに過ぎない。
Patent Document 8 mentioned above relates to a method of manufacturing a nitrided steel member.
However, Document 8 is a layer in which the “iron nitride compound layer” is formed of ε phase −Fe 2-3 N and / or γ ′ phase −Fe 4 N etc., and when X-ray diffraction analysis is performed, X-rays are obtained. It remains to disclose to determine whether the γ 'phase is the main component by measuring the ratio of peak intensities.
That is, Document 8 only discloses a nitride layer (compound layer) in which ε phase −Fe 2-3 N and γ ′ phase −Fe 4 N are simply mixed.

以上のような従来の窒化処理には、以下の問題がある。
すなわち、一般的な窒化処理で得られる窒素化合物層は、最表面にε−Fe2〜3N層が生成し、その内側にγ´−FeNを主体とした層が生成している。より窒素濃度の高い化合物が表面側に、その内側に窒素濃度の低い化合物ができるのである。最表面にできるε−Fe2〜3Nは硬くて脆い物性をもつ。したがって、ばねのような繰り返し負荷を受ける部材では、上記最表面に早期に亀裂が入る。また、ショットピーニングをおこなうと割れたり剥がれたりする。このような亀裂,割れ,剥がれが、疲労破壊の原因となる。
The conventional nitriding treatment as described above has the following problems.
That is, in the nitrogen compound layer obtained by general nitriding treatment, an ε-Fe 2 to 3 N layer is formed on the outermost surface, and a layer mainly composed of γ′-Fe 4 N is formed on the inner side thereof. A compound with a higher nitrogen concentration forms on the surface side a compound with a lower nitrogen concentration on the inside. The outermost surface of ε-Fe 2-3 N has hard and brittle physical properties. Therefore, in a member subjected to repeated loading such as a spring, the outermost surface is cracked early. In addition, when shot peening is performed, it may be broken or peeled off. Such cracks, cracks and peeling cause fatigue failure.

本発明は、上記課題を解決するため、つぎの目的をもってなされたものである。
ばね特性が付与された鋼母材に対し、所定の窒素ポテンシャルによる窒化処理を行うことにより、ばねの疲労強度を著しく向上させる。このような、耐疲労性に優れたばね、その製造方法を提供する。
The present invention has been made with the following object in order to solve the above problems.
The fatigue strength of the spring is remarkably improved by performing nitriding treatment with a predetermined nitrogen potential on the steel base material to which the spring characteristics are imparted. Provided is such a spring with excellent fatigue resistance, and a method of manufacturing the same.

請求項1記載の耐疲労性に優れたばねは、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
ばね特性が付与された鋼母材と、
上記鋼母材の表面に形成された窒化層とを有し、
上記鋼母材は、窒素に対する活性が鉄より高い、1または2以上の添加元素を含み、
上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成されたものである。
The spring with excellent fatigue resistance according to claim 1 adopts the following constitution in order to achieve the above object.
A steel base material to which a spring characteristic is given,
And a nitride layer formed on the surface of the steel base material;
The steel base material contains one or more additional elements having higher activity to nitrogen than iron,
The nitrided layer is formed by forming a nitrogen compound layer containing γ′-Fe 4 N and a nitride of the additional element on the outermost surface.

請求項2記載の耐疲労性に優れたばねは、請求項1記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記窒素化合物層は、厚み5μm以下である。
The spring having excellent fatigue resistance according to claim 2 adopts the following constitution in addition to the constitution according to claim 1.
The nitrogen compound layer has a thickness of 5 μm or less.

請求項3記載の耐疲労性に優れたばねは、請求項1または2記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記窒素化合物層は、少なくとも最表層部の結晶粒径が1μm以下である。
The spring with excellent fatigue resistance according to claim 3 adopts the following configuration in addition to the configuration according to claim 1 or 2.
In the nitrogen compound layer, the crystal grain diameter of at least the outermost layer portion is 1 μm or less.

請求項4記載の耐疲労性に優れたばねは、請求項1〜3のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記窒素化合物層は、45度方向の圧縮残留応力が1000MPa以上である。
The spring with excellent fatigue resistance according to claim 4 adopts the following constitution in addition to the constitution according to any one of claims 1 to 3.
The above-mentioned nitrogen compound layer has a compressive residual stress in the 45 ° direction of 1000 MPa or more.

請求項5記載の耐疲労性に優れたばねは、請求項1〜4のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記窒化層は、上記最表面の窒素化合物層の下に窒素拡散層が形成されたものである。
The spring having excellent fatigue resistance according to claim 5 adopts the following constitution in addition to the constitution according to any one of claims 1 to 4.
In the nitrided layer, a nitrogen diffusion layer is formed under the nitrogen compound layer on the outermost surface.

請求項6記載の耐疲労性に優れたばねは、請求項5記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記窒素拡散層は、厚み20〜150μmである。
The spring with excellent fatigue resistance according to claim 6 adopts the following constitution in addition to the constitution according to claim 5.
The nitrogen diffusion layer has a thickness of 20 to 150 μm.

請求項7記載の耐疲労性に優れたばねは、請求項5または6記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだには、層状になった他の化合物層が存在しない。
In the spring with excellent fatigue resistance according to claim 7, in addition to the constitution according to claim 5 or 6, the following constitution is adopted.
Between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer, there is no other compound layer layered.

請求項8記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
ばね特性が付与された鋼母材に対し、
窒化ポテンシャルKと絶対温度Tを、下記の式(1)(2)(3)に従う範囲に制御したガス窒化処理を行う。
(1)133.52exp(−0.008T)≦K≦5449.1exp(−0.01T)
(2)623K≦T≦923K
(3)K=(NHの分圧)/〔(Hの分圧)3/2
The method for manufacturing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 8 adopts the following configuration in order to achieve the above object.
For steel base material to which spring characteristics are given,
A gas nitriding process is performed in which the nitriding potential K N and the absolute temperature T are controlled in the range according to the following equations (1) (2) (3).
(1) 133.52 exp (-0.008 T) K K N 544 5449.1 exp (-0.01 T)
(2) 623 K ≦ T ≦ 923 K
(3) K N = (partial pressure of NH 3 ) / [(partial pressure of H 2 ) 3/2 ]

請求項9記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、請求項8記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記ガス窒化処理に先立って、上記鋼母材に対し、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化する微細化処理を行う。
The method for producing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 9 adopts the following constitution in addition to the constitution according to claim 8.
Prior to the gas nitriding treatment, the steel base material is subjected to a refining treatment for refining the crystal of the surface layer portion of the steel base material.

請求項10記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、請求項9記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記微細化処理がハロゲン化処理である。
The method of manufacturing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 10 adopts the following configuration in addition to the configuration according to claim 9.
The above-mentioned miniaturization process is a halogenation process.

請求項11記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、請求項9記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記微細化処理がショットピーニングである。
The method for manufacturing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 11 adopts the following configuration in addition to the configuration according to claim 9.
The above-described miniaturization process is shot peening.

請求項1記載の耐疲労性に優れたばねは、ばね特性が付与された鋼母材の表面に窒化層が形成されている。上記鋼母材は、窒素に対する活性が鉄より高い、1または2以上の添加元素を含む。上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成されている。
つまり、本発明は、従来の窒化処理で得られる窒素化合物層のように、硬くて脆いε−Fe2〜3N層を最表面に生成させない。最表面には、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成される。このような窒素化合物層は、繰り返し応力が加わっても亀裂が入りにくく、ショットピーニングによる割れや剥がれが生じにくい。これにより、ばねの疲労強度を格段に向上させることができるのである。
In the spring excellent in fatigue resistance according to claim 1, a nitrided layer is formed on the surface of a steel base material to which spring characteristics are imparted. The steel base material contains one or more additional elements having higher activity to nitrogen than iron. In the nitrided layer, a nitrogen compound layer containing γ′-Fe 4 N and a nitride of the above-described additive element is formed on the outermost surface.
That is, the present invention does not form a hard and brittle ε-Fe 2-3 N layer on the outermost surface like the nitrogen compound layer obtained by the conventional nitriding treatment. On the outermost surface, a nitrogen compound layer containing γ'-Fe 4 N and a nitride of the above additive element is formed. Such a nitrogen compound layer is less likely to crack even if stress is repeatedly applied, and is less likely to be cracked or peeled off by shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be significantly improved.

請求項2記載の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層は、厚み5μm以下である。
上記窒素化合物層の厚みを5μm以下に制限することにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance according to claim 2, the nitrogen compound layer has a thickness of 5 μm or less.
By limiting the thickness of the nitrogen compound layer to 5 μm or less, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項3記載の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層は、少なくとも最表層部の結晶粒径が1μm以下である。
上記窒素化合物層の結晶粒径を1μm以下に制限することにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance according to claim 3, in the nitrogen compound layer, the crystal grain diameter of at least the outermost layer portion is 1 μm or less.
By limiting the crystal grain size of the nitrogen compound layer to 1 μm or less, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項4記載の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層は、45度方向の圧縮残留応力が1000MPa以上である。
上記窒素化合物層の45度方向の圧縮残留応力を1000MPa以上とすることにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance according to claim 4, the nitrogen compound layer has a compressive residual stress in a 45 degree direction of 1000 MPa or more.
By setting the compressive residual stress in the 45 ° direction of the nitrogen compound layer to 1000 MPa or more, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項5記載の耐疲労性に優れたばねは、上記窒化層は、上記最表面の窒素化合物層の下に窒素拡散層が形成されたものである。
上記窒素拡散層は、窒素原子の拡散浸透によって強化される。上記最表面の窒素化合物層は、上記強化された窒素拡散層で下支えされる。したがって、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance according to claim 5, the nitrided layer has a nitrogen diffusion layer formed under the nitrogen compound layer on the outermost surface.
The nitrogen diffusion layer is strengthened by the diffusion and penetration of nitrogen atoms. The outermost nitrogen compound layer is supported by the reinforced nitrogen diffusion layer. Therefore, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項6記載の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素拡散層は、厚み20〜150μmである。
上記窒素拡散層の厚みを20〜150μmとすることにより、上記最表面の窒素化合物層が、上記厚みの窒素拡散層で下支えされる。したがって、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance according to claim 6, the nitrogen diffusion layer has a thickness of 20 to 150 μm.
By setting the thickness of the nitrogen diffusion layer to 20 to 150 μm, the nitrogen compound layer on the outermost surface is supported by the nitrogen diffusion layer of the thickness. Therefore, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項7記載の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだには、層状になった他の化合物層が存在しない。
上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだに層状になった他の化合物層が存在しないことにより、繰り返し応力やショットピーニングによる他の化合物層の亀裂,割れ,剥がれが生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
The spring with excellent fatigue resistance according to claim 7 has no other compound layer layered between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer.
The absence of another compound layer layered between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer makes it difficult to cause cracking, cracking or peeling of the other compound layer due to repeated stress or shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項8記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、ばね特性が付与された鋼母材に対し、窒化ポテンシャルKと絶対温度Tを、下記の式(1)(2)(3)に従う範囲に制御したガス窒化処理を行う。
(1)133.52exp(−0.008T)≦K≦5449.1exp(−0.01T)
(2)623K≦T≦923K
(3)K=(NHの分圧)/〔(Hの分圧)3/2
このようにすることにより、ばね特性が付与された鋼母材の表面に窒化層が形成される。上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成される。
つまり、得られるばねは、従来の窒化処理で得られる窒素化合物層のように、硬くて脆いε−Fe2〜3N層が最表面に生成しない。最表面には、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成される。このような窒素化合物層は、繰り返し応力が加わっても亀裂が入りにくく、ショットピーニングによる割れや剥がれが生じにくい。これにより、ばねの疲労強度を格段に向上させることができるのである。
The method for producing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 8 is characterized in that the nitriding potential K N and the absolute temperature T are expressed by the following formulas (1), (2), (3) for a steel base material to which spring characteristics are given. Control gas nitriding to a range according to
(1) 133.52 exp (-0.008 T) K K N 544 5449.1 exp (-0.01 T)
(2) 623 K ≦ T ≦ 923 K
(3) K N = (partial pressure of NH 3 ) / [(partial pressure of H 2 ) 3/2 ]
By this, a nitrided layer is formed on the surface of the steel base material to which the spring characteristics are imparted. As the nitrided layer, a nitrogen compound layer containing γ′-Fe 4 N and a nitride of the additive element is formed on the outermost surface.
That is, the resulting spring does not form a hard and brittle ε-Fe 2-3 N layer on the outermost surface like the nitrogen compound layer obtained by the conventional nitriding treatment. On the outermost surface, a nitrogen compound layer containing γ'-Fe 4 N and a nitride of the above additive element is formed. Such a nitrogen compound layer is less likely to crack even if stress is repeatedly applied, and is less likely to be cracked or peeled off by shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be significantly improved.

請求項9記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記ガス窒化処理に先立って、上記鋼母材に対し、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化する微細化処理を行う。
表層部の結晶が微細化された上記鋼母材に上述したガス窒化処理を行うことにより、形成される窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成され、しかも結晶粒径が1μm以下程度に微細化する。このような窒化層が形成されることにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the method for producing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 9, prior to the gas nitriding treatment, the steel base material is subjected to a refining treatment for refining the crystal of the surface layer portion of the steel base material.
By performing the above-described gas nitriding process on the above-described steel base material in which the crystal of the surface layer portion is refined, the nitrided layer to be formed has γ′-Fe 4 N and a nitride of the above additive element on the outermost surface. A nitrogen compound layer is formed, and the crystal grain size is refined to about 1 μm or less. The formation of such a nitrided layer makes it more difficult to cause cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

請求項10記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記微細化処理がハロゲン化処理である。
上記ハロゲン化処理により、上記鋼母材の表層部に微細なハロゲン化鉄が形成され、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化される。その後のガス窒化処理の際、微細なハロゲン化鉄からハロゲンが鋼母材から脱離し、鋼の微細な結晶を核として窒素が結合して結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。
In the method for producing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 10, the above-mentioned refining treatment is a halogenation treatment.
By the halogenation treatment, fine iron halide is formed in the surface layer portion of the steel base material, and the crystals in the surface layer portion of the steel base material are refined. During the subsequent gas nitriding treatment, the halogen is desorbed from the steel base material from the fine iron halide, and nitrogen is bonded by using fine crystals of the steel as nuclei to form a nitrogen compound having a fine crystal grain diameter.

請求項11記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記微細化処理がショットピーニングである。
上記ショットピーニングにより、上記鋼母材の表層部の結晶が加工による変形を受けて加工歪を起こす。その後のガス窒化処理の際、加熱され、変形した結晶が多角形の細粒に分割結晶し、微細化する。このような鋼の微細な結晶を核として窒素が結合し、結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。
In the method for producing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 11, the above-mentioned refining process is shot peening.
By the above-mentioned shot peening, the crystal of the surface layer portion of the above-mentioned steel base material receives modification by processing, and causes processing distortion. During the subsequent gas nitriding treatment, the heated and deformed crystal is divided into polygonal fine grains and refined. Nitrogen bonds with such fine crystals of steel as nuclei to form nitrogen compounds having a fine crystal grain size.

レーラー状態図である。FIG. 窒化ポテンシャルを算出するための線図である。It is a diagram for calculating the nitriding potential. 本実施例のばねの断面組織を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the cross-sectional structure of the spring of a present Example. 本実施例のばねの断面硬度分布をプロットした図である。It is the figure which plotted the cross-sectional hardness distribution of the spring of a present Example. 本実施例のばねの表面からのX線回折結果である。It is a X-ray-diffraction result from the surface of the spring of a present Example. 本実施例のばねの窒素化合物層の結晶粒を観察した電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph which observed the crystal grain of the nitrogen compound layer of the spring of a present Example.

つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。   Below, the form for implementing this invention is demonstrated.

◆ばねの説明
本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、ばね特性が付与された鋼母材と、上記鋼母材の表面に形成された窒化層とを有する。
Description of Spring The spring having excellent fatigue resistance according to this embodiment has a steel base material to which spring characteristics are imparted, and a nitrided layer formed on the surface of the steel base material.

〔鋼母材〕
上記鋼母材は、窒素に対する活性が鉄より高い、1または2以上の添加元素を含む。上記鋼母材を構成する鋼は、鉄をベースとして合金元素として炭素を含むものである。上記鋼には、不可避的不純物を含むことができる。
上記添加元素は、窒素に対する活性が鉄より高い合金元素であり、たとえば、クロム,マンガン,珪素,チタン,ニオブ,バナジウム,タングステンなどをあげることができる。上記鋼母材には、上記添加元素のうち1または2以上を含むことができる。
[Steel base material]
The steel base material contains one or more additional elements having higher activity to nitrogen than iron. The steel which comprises the said steel base material is based on iron, and contains carbon as an alloying element. The above steel can contain unavoidable impurities.
The additive element is an alloy element having higher activity to nitrogen than iron, and examples thereof include chromium, manganese, silicon, titanium, niobium, vanadium, tungsten and the like. The steel base material can contain one or more of the above-described additive elements.

上記鋼母材としては、ばね特性を付与できる鋼種を用いることができる。好適には、上記鋼母材として、ばね鋼を用いることができる。
上記ばね鋼としては、たとえば、C系であるSUP3、含Si系であるSUP6,SUP7(Si−Mn系),SUP12(SAE9245,Si−Cr系)、含Cr系であるSUP9,SAE5160(Mn−Cr系),SUP11,SAE51B60(Mn−Cr−B系),SUP10(Cr−V系),SUP13(SAE4160,Cr−Mo系)等をあげることができる。
As said steel base material, the steel type which can provide spring characteristics can be used. Preferably, spring steel can be used as the steel base material.
As the above-mentioned spring steel, for example, SUP3 which is C system, SUP6, SUP7 (Si-Mn system) which is Si system, SUP12 (SAE 9245, Si-Cr system), SUP 9 which is Cr system, SAE 5160 (Mn- Cr system), SUP11, SAE51 B60 (Mn-Cr-B system), SUP10 (Cr-V system), SUP13 (SAE 4160, Cr-Mo system), etc. can be mentioned.

上記鋼母材には、ばね特性が付与されている。
ばね特性を付与する方法としては、たとえば、素材を熱間または冷間成形して焼き入れ焼き戻しによって強化する方法、あらかじめパテンチングと冷間加工(硬鋼線,ピアノ線)または焼き入れ焼き戻し(オイルテンパ線)した線を冷間成形する方法、などをあげることができる。
Spring characteristics are imparted to the steel base material.
As a method of imparting spring characteristics, for example, a method of hot-forming or cold-forming a material and strengthening it by quenching and tempering, pre-patenting and cold working (hard steel wire, piano wire) or quenching and tempering ( Oil-tempered wire) can be mentioned as a method of cold-forming the wire.

本実施形態では、上記ばね特性が付与された鋼母材として、たとえば、ばね用オイルテンパー線(JIS G 3560),弁ばね用オイルテンパー線(JIS G 3561)などを適用することができる。   In the present embodiment, for example, an oil temper wire for spring (JIS G 3560), an oil temper wire for valve spring (JIS G 3561) or the like can be applied as a steel base material to which the above-mentioned spring characteristics are imparted.

〔窒化層〕
上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成されたものである。
[Nitrided layer]
The nitrided layer is formed by forming a nitrogen compound layer containing γ′-Fe 4 N and a nitride of the additional element on the outermost surface.

上記窒化層は、上記鋼母材に対して後述するガス窒化処理を行うことにより、上記鋼母材の表面に形成される。   The nitrided layer is formed on the surface of the steel base material by performing gas nitriding treatment described later on the steel base material.

上記添加元素の窒化物は、たとえば、クロム窒化物,窒化マンガン,窒化珪素,窒化チタン,窒化ニオブ,窒化バナジウム,窒化タングステンなどである。
上記窒素化合物層は、γ´−FeNと、上述したクロム窒化物,窒化マンガン,窒化珪素,窒化チタン,窒化ニオブ,窒化バナジウム,窒化タングステンなどのうち1または2以上を含む層である。
The nitride of the above-mentioned additive element is, for example, chromium nitride, manganese nitride, silicon nitride, titanium nitride, niobium nitride, vanadium nitride, tungsten nitride or the like.
The nitrogen compound layer is a layer containing γ′-Fe 4 N and one or more of the chromium nitride, manganese nitride, silicon nitride, titanium nitride, niobium nitride, vanadium nitride, tungsten nitride, etc. described above.

上記窒素化合物層は、厚みを5μm以下とするのが好ましい。
上記窒素化合物層の厚みが5μmを超えると、繰り返し応力が加わったときに亀裂が入ったり、ショットピーニングによる割れや剥がれが生じるリスクを高めるからである。上記窒素化合物層の厚みは、3μm以下であればより好ましく、2μm以下であれば一層好ましい。
上記窒素化合物層の厚みの下限値は、少なくともゼロμmでなければよい趣旨である。好ましい範囲として、上記窒素化合物層の厚みの下限を0.1μm以上とすることができる。上記窒素化合物層の厚みが0.1μm未満では、疲労強度および圧縮残留応力を向上させる効果が、十分に得られない場合があるからである。
The nitrogen compound layer preferably has a thickness of 5 μm or less.
If the thickness of the nitrogen compound layer exceeds 5 μm, the risk of cracking when repeated stress is applied or cracking or peeling due to shot peening may be increased. The thickness of the nitrogen compound layer is more preferably 3 μm or less, and even more preferably 2 μm or less.
The lower limit of the thickness of the nitrogen compound layer is preferably at least zero μm. As a preferable range, the lower limit of the thickness of the nitrogen compound layer can be 0.1 μm or more. If the thickness of the nitrogen compound layer is less than 0.1 μm, the effect of improving the fatigue strength and the compressive residual stress may not be sufficiently obtained.

上記窒素化合物層は、少なくとも最表層部の結晶粒径を1μm以下とするのが好ましい。
上記窒素化合物層の結晶粒径が1μmを超えると、繰り返し応力が加わったときに亀裂が入ったり、ショットピーニングによる割れや剥がれが生じるリスクを高めるからである。
上記窒素化合物層のうち、結晶粒径が1μm以下の上記最表層部は、表層部の1〜3μm程度であり、それより厚い部分は結晶粒径が1μmを超える緻密な層である。
It is preferable that the crystal grain diameter of at least the outermost layer portion of the nitrogen compound layer be 1 μm or less.
If the crystal grain size of the nitrogen compound layer exceeds 1 μm, the risk of cracking when repeated stress is applied or cracking or peeling due to shot peening is increased.
Of the nitrogen compound layer, the outermost layer portion having a crystal grain diameter of 1 μm or less is about 1 to 3 μm of the surface layer portion, and the thicker portion is a dense layer having a crystal grain diameter exceeding 1 μm.

上記窒素化合物層は、45度方向の圧縮残留応力を1000MPa以上とするのが好ましい。
上記圧縮残留応力が1000MPa未満では、耐疲労性能として、十分なものが得られないリスクが生じるからである。
上記圧縮残留応力は、たとえばX線応力測定法であるsinψ法によって測定することができる。この測定法は、走査法である並傾法(ψ0一定法;PSPC法)に基づき、特製X線としてCrKα線を用い、測定回折面にα−Fe(211)面を使用して測定する。このとき応力定数として、K=−318MPa/度(日本材料学会の標準値である)を使用する。ばねの素線の線方向に対して45度の方向を測定する。
The above-mentioned nitrogen compound layer preferably has a compressive residual stress in the 45 ° direction of 1000 MPa or more.
If the compressive residual stress is less than 1000 MPa, there is a risk that a sufficient fatigue resistance can not be obtained.
The compressive residual stress can be measured, for example, by the sin 2 ψ method which is an X-ray stress measurement method. This measurement method is measured based on the parallel inclination method (ψ0 constant method; PSPC method) which is a scanning method, using a CrKα ray as a specially made X-ray, and using an α-Fe (211) plane as a measurement diffraction plane. At this time, K = -318 MPa / degree (which is a standard value of the Japan Society for Materials Science) is used as a stress constant. Measure the direction of 45 degrees with respect to the wire direction of the spring wire.

上記窒化層は、上記最表面の窒素化合物層の下に窒素拡散層が形成されたものとするのが好ましい。
つまり、上記窒化層は、上記鋼母材の最表面に形成された窒素化合物層と、その下に形成された窒素拡散層との2層を含んで構成される。
上記窒素拡散層は、上記鋼母材中に、後述するガス窒化処理によって窒素原子が拡散浸透することにより形成されたものである。
The nitrided layer preferably has a nitrogen diffusion layer formed under the nitrogen compound layer on the outermost surface.
That is, the nitrided layer includes two layers of the nitrogen compound layer formed on the outermost surface of the steel base material and the nitrogen diffusion layer formed therebelow.
The nitrogen diffusion layer is formed by diffusion and penetration of nitrogen atoms into the steel base material by gas nitriding treatment described later.

上記窒素拡散層は、厚みを20〜150μmとするのが好ましい。
上記窒素拡散層の厚みが20μm未満では、窒素原子の拡散浸透による上記鋼母材の強化が十分でなく、表面の窒素化合物層を下支えして亀裂,割れ,剥がれを生じにくくする効果が十分に得られなくなるリスクが高まる。
上記窒素拡散層の厚みが150μmを超えると、上記鋼母材の強化によって表面の窒素化合物層を下支えする効果が飽和し、それ以上厚くすることはいたずらに窒化処理時間を延長することになる。
The nitrogen diffusion layer preferably has a thickness of 20 to 150 μm.
If the thickness of the nitrogen diffusion layer is less than 20 μm, the reinforcement of the steel base material by the diffusion and penetration of nitrogen atoms is not sufficient and the effect of supporting the surface nitrogen compound layer to make it difficult to cause cracking, cracking and peeling is sufficient. The risk of becoming unobtainable increases.
If the thickness of the nitrogen diffusion layer exceeds 150 μm, the strengthening of the steel base material saturates the effect of supporting the nitrogen compound layer on the surface, and making it thicker than that will unnecessarily extend the nitriding treatment time.

上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだには、層状になった他の化合物層が存在しないものとするのが好ましい。
つまり、最も好ましい形態は、鋼母材の最表面に、窒素化合物層としてγ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む層が形成され、その下に窒素拡散層が形成されたものである。この場合、上記窒素化合物層と上記窒素拡散層の間には、他の化合物層が存在しない。
Between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer, it is preferable that no other compound layer which is layered be present.
That is, in the most preferable form, a layer containing γ'-Fe 4 N and a nitride of the above additive element is formed as the nitrogen compound layer on the outermost surface of the steel base material, and the nitrogen diffusion layer is formed therebelow It is a thing. In this case, no other compound layer exists between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer.

また、上記窒素化合物層と上記窒素拡散層の間に、他の化合物が粒状で存在したものも、本発明の一態様として含む趣旨である。この場合、他の化合物は粒状なので、層状ではない。上記粒状で存在する他の化合物とは、たとえば、ε−Fe2〜3Nや、ε−Fe2〜3Nと上記添加元素の窒化物を含む化合物をあげることができる。
このような粒状の他の化合物は、上記窒素化合物層と上記窒素拡散層の界面における、上記窒素化合物層側に形成される。
Moreover, what the other compound present in the granular form between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer is also included as an aspect of the present invention. In this case, the other compounds are granular and not layered. Examples of the other compound existing in the form of particles include compounds containing ε-Fe 2 to 3 N, and ε-Fe 2 to 3 N and a nitride of the above-described additive element.
Such particulate other compounds are formed on the nitrogen compound layer side at the interface between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer.

◆製造方法の説明
本実施形態のばねの製造方法は、ばね特性が付与された鋼母材に対し、ガス窒化処理を行う。
Description of Manufacturing Method In the method of manufacturing a spring according to this embodiment, gas nitriding is performed on a steel base material to which spring characteristics are imparted.

上記鋼母材,ばね特性の付与については、上述したとおりである。   The application of the above-described steel base material and spring characteristics is as described above.

〔ガス窒化処理〕
上記ガス窒化処理は、窒素源を添加した雰囲気に上記鋼母材を加熱保持し、上記鋼母材の表面から窒素を浸透させ、上述した窒素化合物層および窒素拡散層を形成する。
[Gas nitriding treatment]
In the gas nitriding process, the steel base material is heated and held in an atmosphere to which a nitrogen source is added, nitrogen is permeated from the surface of the steel base material, and the above-described nitrogen compound layer and nitrogen diffusion layer are formed.

上記窒素源として、NHガスを使用する。NHガスは、下記の反応式(A)により、鋼母材に窒素原子[N]を供給する。
(A)2NH=2[N]+3H
上記反応式(A)は、つぎの式(B)に書き換えることができる。
(B)NH=[N]+3/2H
NH 3 gas is used as the nitrogen source. NH 3 gas supplies nitrogen atoms [N] to the steel base material according to the following reaction formula (A).
(A) 2NH 3 = 2 [ N] + 3H 2
The above reaction formula (A) can be rewritten as the following formula (B).
(B) NH 3 = [N] + 3 / 2H 2

上記雰囲気は、上述したようにNHを窒素源とし、N、CO、CO、Hなどを必要に応じて混合させた雰囲気を使用することができる。 As the atmosphere described above, an atmosphere in which NH 3 is used as a nitrogen source and N 2 , CO, CO 2 , H 2 and the like are mixed as needed can be used.

本実施形態では、上記ガス窒化処理を、窒化ポテンシャルKと絶対温度Tを、下記の式(1)(2)(3)に従う範囲に制御して行う。
(1)133.52exp(−0.008T)≦K≦5449.1exp(−0.01T)
(2)623K≦T≦923K
(3)K=(NHの分圧)/〔(Hの分圧)3/2
In the present embodiment, the gas nitriding process is performed by controlling the nitriding potential K N and the absolute temperature T in the ranges according to the following formulas (1), (2), and (3).
(1) 133.52 exp (-0.008 T) K K N 544 5449.1 exp (-0.01 T)
(2) 623 K ≦ T ≦ 923 K
(3) K N = (partial pressure of NH 3 ) / [(partial pressure of H 2 ) 3/2 ]

〔窒化ポテンシャル〕
上記窒化ポテンシャルKは、鋼母材の窒化反応に寄与する反応種の窒素ポテンシャルである。上述した式(B)に基づいて、雰囲気中のNHおよびHの分圧を用い、上記式(3)で与えられる。
[Nitriding potential]
The nitriding potential K N is a nitrogen potential of a reactive species that contributes to the nitriding reaction of the steel base material. The partial pressure of NH 3 and H 2 in the atmosphere is given by the above equation (3) based on the above equation (B).

図1は、レーラー状態図である。
レーラー状態図は、鉄の窒化において鉄窒化物(ε相、γ´相)が生成される状態を示したものである。この図は、縦軸とした窒化ポテンシャルKと、横軸とした温度との相関により、どのような鉄窒化物が相として生成されるかを示している。図1では、ε窒化物の窒素濃度が等しくなる等濃度線を描き入れている。
FIG. 1 is a Railer state diagram.
The Rayleigh phase diagram shows the formation of iron nitride (ε phase, γ ′ phase) in iron nitriding. This figure shows what kind of iron nitride is generated as a phase by the correlation between the nitriding potential K N taken on the vertical axis and the temperature taken on the horizontal axis. In FIG. 1, an isoconcentration line is drawn in which the nitrogen concentrations of ε nitrides become equal.

図1より、γ´−FeNが生成する温度範囲は350℃〜650℃である。絶対温度Tでは623K〜923Kとなる。これにより、上記式(2)が与えられる。 From FIG. 1, the temperature range in which γ′-Fe 4 N is generated is 350 ° C. to 650 ° C. The absolute temperature T is 623 K to 923 K. Thereby, the above equation (2) is given.

図2は、本発明の製造方法における式(1)を算出する線図である。
この図は、上記レーラー状態図をベースに、熱力学的な平衡が成り立っているという仮定のもと、化合物層の外面付近における窒素濃度の推定値をプロットしたものである。縦軸は窒化ポテンシャルK、横軸は絶対温度である。
窒化ポテンシャルKの高い側に並ぶプロットをつないで第1の直線が描かれる。窒化ポテンシャルKの低い側に並ぶプロットをつないで第2の直線が描かれる。上記第1の直線と上記第2の直線に挟まれる条件の範囲で、上記式(1)が与えられる。
FIG. 2 is a diagram for calculating equation (1) in the manufacturing method of the present invention.
This figure is a plot of estimated values of the nitrogen concentration near the outer surface of the compound layer under the assumption that thermodynamic equilibrium is established based on the above-mentioned Lehrer phase diagram. The vertical axis is the nitriding potential K N , and the horizontal axis is the absolute temperature.
First straight line is drawn by connecting the plots arranged in high nitriding potential K N side. Second straight line is drawn by connecting the plots arranged in a lower side of the nitride potential K N. The equation (1) is given within the range of the condition between the first straight line and the second straight line.

加熱保持の時間は、採用する加熱温度(上記の絶対温度T)や目的とする窒化層の特性に応じて適宜決定することができる。例えば、350〜650℃の範囲内の温度であれば、0.5〜24時間程度を採用することができる。   The heating and holding time can be appropriately determined according to the heating temperature (the above absolute temperature T) to be employed and the characteristics of the target nitrided layer. For example, if it is the temperature within the range of 350-650 ° C, about 0.5 to 24 hours can be adopted.

上記窒化処理により、鋼母材の表層部に上述した窒化層が形成される。   By the nitriding treatment, the above-described nitrided layer is formed on the surface layer portion of the steel base material.

上記窒化処理の後、必要に応じて表層の圧縮残留応力を向上させる処理を行うことができる。圧縮残留応力を向上させる処理としては、例えば、ショットピーニングなどを採用することができる。
After the nitriding treatment, a treatment for improving the compressive residual stress of the surface layer can be performed as needed. Shot peening etc. are employable as processing which improves compressive residual stress, for example.

〔微細化処理〕
本実施形態のばねの製造方法では、上述したガス窒化処理に先立って、上記鋼母材に対し、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化する微細化処理を行うことができる。
上記微細化処理により表層部の結晶が微細化された上記鋼母材に、上述したガス窒化処理を行うことにより、形成される窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成され、しかも結晶粒径が1μm以下程度に微細化する。このような窒化層が形成されることにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
[Micronization treatment]
In the spring manufacturing method of the present embodiment, prior to the above-described gas nitriding treatment, the above-described steel base material can be subjected to a refining process in which crystals of the surface layer portion of the above-described steel base material are refined.
By performing the above-described gas nitriding process on the steel base material in which the crystal of the surface layer portion is refined by the above-described refining process, the nitrided layer to be formed has γ′-Fe 4 N and the above addition on the outermost surface. A nitrogen compound layer containing an element nitride is formed, and the crystal grain size is refined to about 1 μm or less. The formation of such a nitrided layer makes it more difficult to cause cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

上記微細化処理としては、ハロゲン化処理またはショットピーニング処理を行うことができる。   A halogenation process or a shot peening process can be performed as the above-mentioned miniaturization process.

〔ハロゲン化処理〕
上記微細化処理としてのハロゲン化処理は、雰囲気を制御できる加熱炉を用い、ハロゲンを含む雰囲気ガス中において上記鋼母材を加熱保持することにより行う。
[Halogenation treatment]
The halogenation treatment as the above-mentioned refinement processing is performed by heating and holding the above-mentioned steel base material in the atmosphere gas containing halogen using a heating furnace which can control the atmosphere.

上記雰囲気ガスに用いるハロゲンとしては、たとえば、F、Cl、HCl、NFなどのハロゲンガスまたはハロゲン化物ガスを用いることができる。 The halogen used in the atmospheric gas, for example, can be used F 2, Cl 2, HCl, halogen gas or halide gas such as NF 3.

上記雰囲気ガスは、ハロゲンを0.5〜20容積%含み、残部を窒素ガス、水素ガスあるいは不活性ガスなどとした混合ガスを用いることができる。   As the above-mentioned atmosphere gas, a mixed gas containing 0.5 to 20% by volume of halogen and the remainder being nitrogen gas, hydrogen gas or inert gas can be used.

上記ハロゲン化処理は、上記雰囲気ガス中で、鋼母材を200〜550℃にて10分〜3時間程度、加熱保持することにより、鋼母材の表面を活性化させる。   The halogenation treatment activates the surface of the steel base material by heating and holding the steel base material at 200 to 550 ° C. for about 10 minutes to 3 hours in the atmosphere gas.

上記ハロゲン化処理によって活性化した鋼母材の表面に対し、上述した窒化ポテンシャルおよび絶対温度で上記ガス窒化処理を行うことにより、鋼母材の表面に、上述した窒化層が形成される。
上記鋼母材としてばね鋼を用いた場合、Cr,Al,Si等、Feよりも活性な合金元素が添加されることが多い。このような鋼母材にハロゲン化処理を行うことにより、その後のガス窒化処理により緻密で厚い窒化層を形成することができる。また、ハロゲン化によって鋼母材の表層部にハロゲン化鉄が生成される。その後のガス窒化処理において、表層部のハロゲンが離脱して微細な結晶粒の鉄となり、窒化により極めて微細な結晶粒の窒素化合物層が形成される。
By subjecting the surface of the steel base material activated by the halogenation treatment to the gas nitriding process at the above-described nitriding potential and absolute temperature, the above-described nitrided layer is formed on the surface of the steel base material.
When spring steel is used as the above-mentioned steel base material, alloy elements more active than Fe, such as Cr, Al, Si, etc., are often added. By subjecting such a steel base material to a halogenation treatment, a dense and thick nitrided layer can be formed by a subsequent gas nitriding treatment. In addition, halogenation produces iron halide in the surface layer portion of the steel base material. In the subsequent gas nitriding treatment, the halogen in the surface layer part is released to form iron of fine crystal grains, and the nitrogen compound layer of extremely fine crystal grains is formed by nitriding.

〔ショットピーニング処理〕
上記微細化処理としてのショットピーニング処理は、無数の鋼鉄あるいは非鉄金属の小さな球体を高速で鋼母材の表面に衝突させ、塑性変形による加工硬化、圧縮残留応力の付与を図るものである。鋼球のショット材の場合は、直径0.2〜4mm程度のものを使用することができる。投射する鋼球のスピードは、40〜数百m/s程度である。
[Shot peening processing]
The shot peening treatment as the above-mentioned refinement treatment makes small spheres of innumerable steels or non-ferrous metals collide with the surface of the steel base material at high speed, and aims at work hardening and compressive residual stress by plastic deformation. In the case of a shot material of steel balls, one having a diameter of about 0.2 to 4 mm can be used. The speed of the steel ball to be projected is about 40 to several hundreds m / s.

上記微細化処理としてショットピーニング処理を行うことにより、上記鋼母材の表層部の結晶が加工による変形を受けて加工歪を起こす。その後のガス窒化処理の際、加熱され、変形した結晶が多角形の細粒に分割結晶し、微細化する。このような鋼の微細な結晶を核として窒素が結合し、結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。   By performing shot peening as the above-mentioned refinement processing, the crystal of the surface layer portion of the above-mentioned steel base material receives deformation by processing and causes processing distortion. During the subsequent gas nitriding treatment, the heated and deformed crystal is divided into polygonal fine grains and refined. Nitrogen bonds with such fine crystals of steel as nuclei to form nitrogen compounds having a fine crystal grain size.

〔残留応力向上処理〕
上記ガス窒化処理のあとに、表層部の圧縮残留応力を向上させるため、たとえばショットピーニング処理を行うことができる。
[Residual stress improvement treatment]
After the gas nitriding treatment, for example, a shot peening treatment can be performed to improve the compressive residual stress in the surface layer portion.

上記残留応力向上処理としてのショットピーニング処理は、無数の鋼鉄あるいは非鉄金属の小さな球体を高速で鋼母材の表面に衝突させ、塑性変形による加工硬化、圧縮残留応力の付与を図るものである。鋼球のショット材の場合は、直径0.2〜4mm程度のものを使用することができる。投射する鋼球のスピードは、40〜数百m/s程度である。
Shot peening treatment as the above-mentioned residual stress improvement treatment causes innumerable small balls of steel or non-ferrous metal to collide with the surface of a steel base material at high speed, and aims at work hardening and compressive residual stress by plastic deformation. In the case of a shot material of steel balls, one having a diameter of about 0.2 to 4 mm can be used. The speed of the steel ball to be projected is about 40 to several hundreds m / s.

〔実施形態の効果〕
上記実施形態は、つぎの効果を奏する。
[Effect of the embodiment]
The above embodiment has the following effects.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、ばね特性が付与された鋼母材の表面に窒化層が形成されている。上記鋼母材は、窒素に対する活性が鉄より高い、1または2以上の添加元素を含む。上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成されている。
つまり、本発明は、従来の窒化処理で得られる窒素化合物層のように、硬くて脆いε−Fe2〜3N層を最表面に生成させない。最表面には、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成される。このような窒素化合物層は、繰り返し応力が加わっても亀裂が入りにくく、ショットピーニングによる割れや剥がれが生じにくい。これにより、ばねの疲労強度を格段に向上させることができるのである。
In the spring excellent in fatigue resistance of this embodiment, a nitrided layer is formed on the surface of a steel base material to which spring characteristics are imparted. The steel base material contains one or more additional elements having higher activity to nitrogen than iron. In the nitrided layer, a nitrogen compound layer containing γ′-Fe 4 N and a nitride of the above-described additive element is formed on the outermost surface.
That is, the present invention does not form a hard and brittle ε-Fe 2-3 N layer on the outermost surface like the nitrogen compound layer obtained by the conventional nitriding treatment. On the outermost surface, a nitrogen compound layer containing γ'-Fe 4 N and a nitride of the above additive element is formed. Such a nitrogen compound layer is less likely to crack even if stress is repeatedly applied, and is less likely to be cracked or peeled off by shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be significantly improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層は、厚み5μm以下である。
上記窒素化合物層の厚みを5μm以下に制限することにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance of the present embodiment, the nitrogen compound layer has a thickness of 5 μm or less.
By limiting the thickness of the nitrogen compound layer to 5 μm or less, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層は、少なくとも最表層部の結晶粒径が1μm以下である。
上記窒素化合物層の結晶粒径を1μm以下に制限することにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance of this embodiment, the crystal grain diameter of at least the outermost layer portion of the nitrogen compound layer is 1 μm or less.
By limiting the crystal grain size of the nitrogen compound layer to 1 μm or less, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層は、45度方向の圧縮残留応力が1000MPa以上である。
上記窒素化合物層の45度方向の圧縮残留応力を1000MPa以上とすることにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance of the present embodiment, the compressive residual stress in the 45 ° direction of the nitrogen compound layer is 1000 MPa or more.
By setting the compressive residual stress in the 45 ° direction of the nitrogen compound layer to 1000 MPa or more, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、上記窒化層は、上記最表面の窒素化合物層の下に窒素拡散層が形成されたものである。
上記窒素拡散層は、窒素原子の拡散浸透によって強化される。上記最表面の窒素化合物層は、上記強化された窒素拡散層で下支えされる。したがって、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
The spring excellent in fatigue resistance of the present embodiment is a spring in which the nitrogen diffusion layer is formed under the nitrogen compound layer on the outermost surface of the nitride layer.
The nitrogen diffusion layer is strengthened by the diffusion and penetration of nitrogen atoms. The outermost nitrogen compound layer is supported by the reinforced nitrogen diffusion layer. Therefore, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素拡散層は、厚み20〜150μmである。
上記窒素拡散層の厚みを20〜150μmとすることにより、上記最表面の窒素化合物層が、上記厚みの窒素拡散層で下支えされる。したがって、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance of the present embodiment, the nitrogen diffusion layer has a thickness of 20 to 150 μm.
By setting the thickness of the nitrogen diffusion layer to 20 to 150 μm, the nitrogen compound layer on the outermost surface is supported by the nitrogen diffusion layer of the thickness. Therefore, cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening are less likely to occur. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねは、上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだには、層状になった他の化合物層が存在しない。
上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだに層状になった他の化合物層が存在しないことにより、繰り返し応力やショットピーニングによる他の化合物層の亀裂,割れ,剥がれが生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the spring excellent in fatigue resistance of the present embodiment, no other compound layer in the form of a layer is present between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer.
The absence of another compound layer layered between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer makes it difficult to cause cracking, cracking or peeling of the other compound layer due to repeated stress or shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、ばね特性が付与された鋼母材に対し、窒化ポテンシャルKと絶対温度Tを、下記の式(1)(2)(3)に従う範囲に制御したガス窒化処理を行う。
(1)133.52exp(−0.008T)≦K≦5449.1exp(−0.01T)
(2)623K≦T≦923K
(3)K=(NHの分圧)/〔(Hの分圧)3/2
このようにすることにより、ばね特性が付与された鋼母材の表面に窒化層が形成される。上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成される。
つまり、得られるばねは、従来の窒化処理で得られる窒素化合物層のように、硬くて脆いε−Fe2〜3N層が最表面に生成しない。最表面には、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成される。このような窒素化合物層は、繰り返し応力が加わっても亀裂が入りにくく、ショットピーニングによる割れや剥がれが生じにくい。これにより、ばねの疲労強度を格段に向上させることができるのである。
The method of manufacturing a spring excellent in fatigue resistance according to the present embodiment applies the nitriding potential K N and the absolute temperature T to the steel base material to which spring characteristics are imparted, according to the following formulas (1) (2) (3) Perform gas nitriding process controlled to the range.
(1) 133.52 exp (-0.008 T) K K N 544 5449.1 exp (-0.01 T)
(2) 623 K ≦ T ≦ 923 K
(3) K N = (partial pressure of NH 3 ) / [(partial pressure of H 2 ) 3/2 ]
By this, a nitrided layer is formed on the surface of the steel base material to which the spring characteristics are imparted. As the nitrided layer, a nitrogen compound layer containing γ′-Fe 4 N and a nitride of the additive element is formed on the outermost surface.
That is, the resulting spring does not form a hard and brittle ε-Fe 2-3 N layer on the outermost surface like the nitrogen compound layer obtained by the conventional nitriding treatment. On the outermost surface, a nitrogen compound layer containing γ'-Fe 4 N and a nitride of the above additive element is formed. Such a nitrogen compound layer is less likely to crack even if stress is repeatedly applied, and is less likely to be cracked or peeled off by shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be significantly improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記ガス窒化処理に先立って、上記鋼母材に対し、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化する微細化処理を行う。
このようにすることにより、表層部の結晶が微細化された上記鋼母材に上述したガス窒化処理を行うことにより、形成される窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成され、しかも結晶粒径が1μm以下程度に微細化する。このような窒化層が形成されることにより、繰り返し応力やショットピーニングによる亀裂,割れ,剥がれがより生じにくくなる。これにより、ばねの疲労強度をより一層に向上させることができる。
In the method of manufacturing a spring having excellent fatigue resistance according to the present embodiment, prior to the gas nitriding treatment, the steel base material is subjected to a refining treatment for refining the crystal of the surface layer portion of the steel base material.
By performing the above-described gas nitriding process on the above-described steel base material in which the crystal in the surface layer portion is refined by doing this, the nitrided layer to be formed has γ′-Fe 4 N and A nitrogen compound layer containing a nitride of an additive element is formed, and the crystal grain size is refined to about 1 μm or less. The formation of such a nitrided layer makes it more difficult to cause cracking, cracking and peeling due to repeated stress and shot peening. Thereby, the fatigue strength of the spring can be further improved.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記微細化処理がハロゲン化処理とすることができる。
このようにすることにより、上記ハロゲン化処理により、上記鋼母材の表層部に微細なハロゲン化鉄が形成され、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化される。その後のガス窒化処理の際、微細なハロゲン化鉄からハロゲンが鋼母材から脱離し、鋼の微細な結晶を核として窒素が結合して結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。
In the method of manufacturing a spring having excellent fatigue resistance according to the present embodiment, the above-described microfabrication treatment can be a halogenation treatment.
By so doing, fine halides of iron halide are formed in the surface layer portion of the steel base material by the halogenation treatment, and the crystals of the surface layer portion of the steel base material are refined. During the subsequent gas nitriding treatment, the halogen is desorbed from the steel base material from the fine iron halide, and nitrogen is bonded by using fine crystals of the steel as nuclei to form a nitrogen compound having a fine crystal grain diameter.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記微細化処理がショットピーニングとすることができる。
このようにすることにより、上記ショットピーニングにより、上記鋼母材の表層部の結晶が加工による変形を受けて加工歪を起こす。その後のガス窒化処理の際、加熱され、変形した結晶が多角形の細粒に分割結晶し、微細化する。このような鋼の微細な結晶を核として窒素が結合し、結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。
In the method of manufacturing a spring with excellent fatigue resistance according to the present embodiment, the above-described refining process can be shot peening.
By doing this, the crystals of the surface layer portion of the steel base material are subjected to deformation due to processing by the above-described shot peening to cause processing distortion. During the subsequent gas nitriding treatment, the heated and deformed crystal is divided into polygonal fine grains and refined. Nitrogen bonds with such fine crystals of steel as nuclei to form nitrogen compounds having a fine crystal grain size.

つぎに、実施例について説明する。   Below, an Example is described.

つぎに説明するように、本発明の製造方法により本発明のばねを得た。   As described below, the spring of the present invention was obtained by the production method of the present invention.

〔鋼母材〕
下記の鋼母材を使用した。
材質:ばね用オイルテンパー線(SWOSC−Bに含まれる高強度ばね鋼)
線径:3.2mm
コイル平均径:21mm
総巻数:6.0
[Steel base material]
The following steel base material was used.
Material: Oil temper wire for spring (high strength spring steel included in SWOSC-B)
Wire diameter: 3.2 mm
Average coil diameter: 21 mm
Total volume: 6.0

〔微細化処理〕
微細化処理としてハロゲン化処理を実施した。
上記ハロゲン化処理は、F、Cl、HCl、NFなどのハロゲンガスまたはハロゲン化物ガスを含む雰囲気ガス中において、200〜550℃で10分〜3時間程度、上記鋼母材を加熱保持した。
[Micronization treatment]
A halogenation treatment was carried out as a miniaturization treatment.
The halogenation treatment heats and holds the steel base material at 200 to 550 ° C. for about 10 minutes to 3 hours in an atmosphere gas containing a halogen gas such as F 2 , Cl 2 , HCl, or NF 3 or a halide gas. did.

〔ガス窒化処理〕
上記ハロゲン化処理後の鋼母材をつぎの条件においてガス窒化処理を行い窒化層を形成し、本実施例のばねを得た。
雰囲気:上記の式(1)(2)(3)を満たすガス組成
加熱温度:500℃
保持時間:4時間
[Gas nitriding treatment]
The steel base material after the halogenation treatment was subjected to gas nitriding treatment under the following conditions to form a nitrided layer, and the spring of this example was obtained.
Atmosphere: Gas composition satisfying the above equations (1) (2) (3) Heating temperature: 500 ° C.
Holding time: 4 hours

〔残留応力向上処理〕
表層部の残留応力を向上させるため、上記ガス窒化処理のあとにつぎの条件でショットピーニング処理を実施した。
ショット粒:鋼球 φ0.3(HV500〜620)
投射速度:60m/s
[Residual stress improvement treatment]
In order to improve the residual stress in the surface layer portion, shot peening was performed under the following conditions after the gas nitriding treatment.
Shot grain: Steel ball φ 0.3 (HV 500 to 620)
Projection speed: 60 m / s

〔断面組織〕
図3は、本実施例のばねの断面組織を示す顕微鏡写真である。表面に白く見える層が、窒素化合物層である。
[Cross-sectional organization]
FIG. 3 is a photomicrograph showing the cross-sectional structure of the spring of this example. The layer which looks white on the surface is a nitrogen compound layer.

〔断面硬度〕
図4は、本実施例のばねの断面硬度分布をプロットした図である。最表面の窒素化合物層はHv900を超えている。表面からの深さが大きくなるにしたがって硬度が下がっているところが窒素拡散層である。本実施例では、窒素拡散層の厚みは約100μmであり、20〜150μmの範囲内である。したがって、本実施例において100μm以上の深さは窒素の影響がほぼ及ばない芯部であり、Hv600未満である。
[Section hardness]
FIG. 4 is a diagram in which the cross-sectional hardness distribution of the spring of this embodiment is plotted. The topmost nitrogen compound layer exceeds Hv 900. The portion where the hardness decreases as the depth from the surface increases is the nitrogen diffusion layer. In the present embodiment, the thickness of the nitrogen diffusion layer is about 100 μm and is in the range of 20 to 150 μm. Therefore, in the present embodiment, the depth of 100 μm or more is the core portion hardly affected by nitrogen, and is less than Hv600.

〔窒素化合物層〕
図5は、本実施例のばねの表面からのX線回折結果である。表面の窒素化合物層が、γ´−FeNを含む窒素化合物層からなることが同定されている。なお、上記添加元素の窒化物については、添加元素の添加量が数%以下であればX線回折による検出感度では検出が困難であり、検出感度未満の析出物の形で存在していると考えられる。
[Nitrogen compound layer]
FIG. 5 is the result of X-ray diffraction from the surface of the spring of this example. It has been identified that the surface nitrogen compound layer consists of a nitrogen compound layer containing γ'-Fe 4 N. With regard to the nitrides of the above additive elements, if the additive amount of the additive elements is several% or less, detection is difficult with detection sensitivity by X-ray diffraction, and it is present in the form of precipitates less than detection sensitivity Conceivable.

〔結晶粒〕
図6は、本実施例のばねの窒素化合物層の結晶粒を観察した電子顕微鏡写真である。
窒素化合物層の結晶粒径は1μm以下であることがわかる。
Grains
FIG. 6 is an electron micrograph of the crystal grains of the nitrogen compound layer of the spring of this example.
It is understood that the crystal grain size of the nitrogen compound layer is 1 μm or less.

〔圧縮残留応力〕
本実施例のばねの窒素化合物層の45度方向の圧縮残留応力を測定した結果は、ガス窒化処理後で、−1282±99MPaであり、ショットピーニング後には、−1520±110MPaまで向上し、1000MPa以上であった。
[Compressed residual stress]
The result of measuring the compressive residual stress in the 45 ° direction of the nitrogen compound layer of the spring of this example is −1,28 ± 99 MPa after gas nitriding treatment, and after shot peening, it improves to −1,520 ± 110 MPa, 1000 MPa It was over.

〔疲労強度〕
疲労強度はSN法により次の条件で測定した。
試験回数:n=3
平均応力:700MPa
応力振幅:590MPa
測定結果(繰り返し回数)は、1×10回以上であった。
従来の一般的な窒化処理ばねは、1×10回程度の疲労強度であることがわかっている。これに対し本実施例のばねは、十分に優れた疲労強度が得られていることがわかる。
〔Fatigue strength〕
The fatigue strength was measured by the SN method under the following conditions.
Number of tests: n = 3
Average stress: 700MPa
Stress amplitude: 590MPa
The measurement result (the number of repetitions) was 1 × 10 7 or more.
It is known that a conventional common nitriding spring has a fatigue strength of about 1 × 10 6 times. On the other hand, it can be seen that the spring of this example has sufficiently high fatigue strength.

〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
[Modification]
Although the particularly preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not intended to limit the present invention to the illustrated embodiments, and can be modified into various aspects and implemented, and the present invention includes various modifications. The purpose is to

請求項10記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記微細化処理がハロゲン化処理である。
上記ハロゲン化処理により、上記鋼母材の表層部に微細なハロゲン化鉄が形成され、上記鋼母材の表層部の結晶微細化される。その後のガス窒化処理の際、微細なハロゲン化鉄からハロゲンが鋼母材から脱離し、鋼の微細な結晶を核として窒素が結合して結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。
In the method for producing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 10, the above-mentioned refining treatment is a halogenation treatment.
By the halogenation treatment, fine iron halide is formed in the surface layer portion of the steel base material, and the crystals in the surface layer portion of the steel base material are refined. During the subsequent gas nitriding treatment, the halogen is desorbed from the steel base material from the fine iron halide, and nitrogen is bonded by using fine crystals of the steel as nuclei to form a nitrogen compound having a fine crystal grain diameter.

上記窒素化合物層は、45度方向の圧縮残留応力を1000MPa以上とするのが好ましい。
上記圧縮残留応力が1000MPa未満では、耐疲労性能として、十分なものが得られないリスクが生じるからである。
上記圧縮残留応力は、たとえばX線応力測定法であるsinψ法によって測定することができる。この測定法は、走査法である並傾法(ψ0一定法;PSPC法)に基づき、特X線としてCrKα線を用い、測定回折面にα−Fe(211)面を使用して測定する。このとき応力定数として、K=−318MPa/度(日本材料学会の標準値である)を使用する。ばねの素線の線方向に対して45度の方向を測定する。
The above-mentioned nitrogen compound layer preferably has a compressive residual stress in the 45 ° direction of 1000 MPa or more.
If the compressive residual stress is less than 1000 MPa, there is a risk that a sufficient fatigue resistance can not be obtained.
The compressive residual stress can be measured, for example, by the sin 2 ψ method which is an X-ray stress measurement method. This measurement method is a scanning method parallel傾法; based on (.phi.0 constant method PSPC method), using the CrKα lines as characteristic X-ray is measured using the alpha-Fe (211) plane to the measured diffraction plane . At this time, K = -318 MPa / degree (which is a standard value of the Japan Society for Materials Science) is used as a stress constant. Measure the direction of 45 degrees with respect to the wire direction of the spring wire.

本実施形態の耐疲労性に優れたばねの製造方法は、上記微細化処理がハロゲン化処理とすることができる。
このようにすることにより、上記ハロゲン化処理により、上記鋼母材の表層部に微細なハロゲン化鉄が形成され、上記鋼母材の表層部の結晶微細化される。その後のガス窒化処理の際、微細なハロゲン化鉄からハロゲンが鋼母材から脱離し、鋼の微細な結晶を核として窒素が結合して結晶粒径が微細な窒素化合物が形成される。
In the method of manufacturing a spring having excellent fatigue resistance according to the present embodiment, the above-described microfabrication treatment can be a halogenation treatment.
By so doing, fine halides of iron halide are formed in the surface layer portion of the steel base material by the halogenation treatment, and the crystals of the surface layer portion of the steel base material are refined. During the subsequent gas nitriding treatment, the halogen is desorbed from the steel base material from the fine iron halide, and nitrogen is bonded by using fine crystals of the steel as nuclei to form a nitrogen compound having a fine crystal grain diameter.

Claims (11)

ばね特性が付与された鋼母材と、
上記鋼母材の表面に形成された窒化層とを有し、
上記鋼母材は、窒素に対する活性が鉄より高い、1または2以上の添加元素を含み、
上記窒化層は、最表面に、γ´−FeNと上記添加元素の窒化物とを含む窒素化合物層が形成されたものである
ことを特徴とする耐疲労性に優れたばね。
A steel base material to which a spring characteristic is given,
And a nitride layer formed on the surface of the steel base material;
The steel base material contains one or more additional elements having higher activity to nitrogen than iron,
A spring excellent in fatigue resistance characterized in that the nitrided layer is formed on the outermost surface of a nitrogen compound layer containing γ'-Fe 4 N and a nitride of the additive element.
上記窒素化合物層は、厚み5μm以下である
請求項1記載の耐疲労性に優れたばね。
The spring having excellent fatigue resistance according to claim 1, wherein the nitrogen compound layer has a thickness of 5 μm or less.
上記窒素化合物層は、少なくとも最表層部の結晶粒径が1μm以下である
請求項1または2記載の耐疲労性に優れたばね。
The spring excellent in fatigue resistance according to claim 1 or 2, wherein the crystal grain diameter of at least the outermost layer portion of the nitrogen compound layer is 1 μm or less.
上記窒素化合物層は、45度方向の圧縮残留応力が1000MPa以上である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の耐疲労性に優れたばね。
The spring having excellent fatigue resistance according to any one of claims 1 to 3, wherein the nitrogen compound layer has a compressive residual stress in a 45 degree direction of 1000 MPa or more.
上記窒化層は、上記最表面の窒素化合物層の下に窒素拡散層が形成されたものである
請求項1〜4のいずれか一項に記載の耐疲労性に優れたばね。
The spring having excellent fatigue resistance according to any one of claims 1 to 4, wherein the nitrided layer has a nitrogen diffusion layer formed under the nitrogen compound layer on the outermost surface.
上記窒素拡散層は、厚み20〜150μmである
請求項5記載の耐疲労性に優れたばね。
The spring having excellent fatigue resistance according to claim 5, wherein the nitrogen diffusion layer has a thickness of 20 to 150 m.
上記窒素化合物層と窒素拡散層のあいだには、層状になった他の化合物層が存在しない
請求項5または6記載の耐疲労性に優れたばね。
7. The spring with excellent fatigue resistance according to claim 5, wherein another compound layer in a layered form is not present between the nitrogen compound layer and the nitrogen diffusion layer.
ばね特性が付与された鋼母材に対し、
窒化ポテンシャルKと絶対温度Tを、下記の式(1)(2)(3)に従う範囲に制御したガス窒化処理を行う
ことを特徴とする耐疲労性に優れたばねの製造方法。
(1)133.52exp(−0.008T)≦K≦5449.1exp(−0.01T)
(2)623K≦T≦923K
(3)K=(NHの分圧)/〔(Hの分圧)3/2
For steel base material to which spring characteristics are given,
A method of manufacturing a spring excellent in fatigue resistance characterized by performing gas nitriding processing in which the nitriding potential K N and the absolute temperature T are controlled in the range according to the following formulas (1), (2) and (3).
(1) 133.52 exp (-0.008 T) K K N 544 5449.1 exp (-0.01 T)
(2) 623 K ≦ T ≦ 923 K
(3) K N = (partial pressure of NH 3 ) / [(partial pressure of H 2 ) 3/2 ]
上記ガス窒化処理に先立って、上記鋼母材に対し、上記鋼母材の表層部の結晶を微細化する微細化処理を行う
請求項8記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法。
The method for manufacturing a spring excellent in fatigue resistance according to claim 8, wherein prior to the gas nitriding treatment, the steel base material is subjected to a refining treatment for refining the crystal of the surface layer portion of the steel base material.
上記微細化処理がハロゲン化処理である
請求項9記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法。
The method for producing a spring excellent in fatigue resistance as set forth in claim 9, wherein the miniaturization treatment is a halogenation treatment.
上記微細化処理がショットピーニングである
請求項9記載の耐疲労性に優れたばねの製造方法。
The method for manufacturing a spring excellent in fatigue resistance as set forth in claim 9, wherein the miniaturization process is shot peening.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004183099A (en) * 2002-11-20 2004-07-02 Chuo Spring Co Ltd Production method of valve spring
WO2016129333A1 (en) * 2015-02-10 2016-08-18 サンコール株式会社 Method and device for producing metal springs

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004183099A (en) * 2002-11-20 2004-07-02 Chuo Spring Co Ltd Production method of valve spring
WO2016129333A1 (en) * 2015-02-10 2016-08-18 サンコール株式会社 Method and device for producing metal springs

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7471206B2 (en) 2020-11-27 2024-04-19 エア・ウォーターNv株式会社 Steel surface treatment method

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