JP2021050402A - Steel for high-strength spring and method for producing the same - Google Patents

Steel for high-strength spring and method for producing the same Download PDF

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Tomohiro Ando
知洋 安東
晃輔 木村
Kosuke Kimura
晃輔 木村
井上 圭介
Keisuke Inoue
圭介 井上
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Abstract

To provide a steel for a high-strength spring that has both of quenching properties for increased strength and workability, and a method for producing the same.SOLUTION: The present disclosure provides a method for producing a steel for a high-strength spring that is subjected to a hot rolling process to be fed as a wire. The steel has a chemical composition comprising, in mass%, C: 0.40-0.65%, Si: 1.50-3.00%, Mn: 0.20-1.00%, P: 0.020% or less, S: 0.020% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 2.0% or less, Nb: 0.010-0.100%, Al: 0.10% or less, N: 0.010% or less, O: 0.0015% or less, with the balance being Fe and inevitable impurities, where, formula 1: [Ti]+[Nb]+[Al]/2≥0.07 holds when the content of element M is [M] mass%. The steel is mainly constituted by two phases of ferrite and perlite.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱間圧延加工された線材として供される高強度ばね用鋼及びその製造方法に関し、特に、高強度化のための焼き入れ性と加工性とに優れる高強度ばね用鋼及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a high-strength spring steel used as a hot-rolled wire rod and a method for manufacturing the same, and in particular, a high-strength spring steel having excellent hardenability and workability for high strength and its manufacturing method. Regarding the manufacturing method.

高強度ばね用鋼では、成分組成中のSiの含有量を高くして、最終的に得られるばねの強度をより高くでき得るように調製されていることが多い。ところが、Siの含有量が高くなると、熱間圧延加工後の線材の表層にフェライト脱炭層が形成されやすく、かかる部分では焼き入れが不十分となって表層強度を低下させてしまうことが知られている。そこで、フェライト脱炭層の形成を防止するための各種方法が検討されている。 High-strength spring steels are often prepared so that the content of Si in the component composition can be increased to increase the strength of the finally obtained spring. However, it is known that when the Si content is high, a ferrite decarburized layer is likely to be formed on the surface layer of the wire rod after hot rolling, and quenching is insufficient at such a portion to reduce the surface layer strength. ing. Therefore, various methods for preventing the formation of a ferrite decarburized layer are being studied.

例えば、特許文献1では、Cを0.75〜0.85とするともにSiを1〜3%含有した高Si系ばね用鋼(Si−Mn鋼、Si−Cr鋼、Si−Cr−V鋼、Si−Cr−Nb鋼)において、従前、線材加工のための熱間圧延に先立つ予加熱を低温且つ短時間に行って脱炭を抑制することが一般的であったところ、逆に、この予加熱を少なくとも1050℃の高い温度まで加熱し、鋼材の表面から脱炭される炭素を中心部から補うように高温予加熱する高強度ばね用鋼の製造方法を開示している。鋼中炭素の減少量は炭素の拡散と脱炭反応との相対速度によって決まるから、高温加熱によって表面からの脱炭は大きくなるが、同時に内部からの炭素の拡散供給も容易になる。故に、オーステナイト粒として安定的に存在し得る温度以上に加熱すると、結果的にフェライト脱炭層の生成が防止できるとしている。 For example, in Patent Document 1, high-Si spring steels (Si-Mn steel, Si-Cr steel, Si-Cr-V steel) in which C is 0.75 to 0.85 and Si is contained in an amount of 1 to 3%. , Si-Cr-Nb steel), conventionally, preheating prior to hot rolling for wire rod processing was generally performed at a low temperature for a short time to suppress decarburization. Disclosed is a method for producing a high-strength spring steel which is preheated to a high temperature of at least 1050 ° C. and preheated at a high temperature so as to supplement carbon decarburized from the surface of the steel material from the central portion. Since the amount of carbon reduction in steel is determined by the relative velocity between carbon diffusion and the decarburization reaction, decarburization from the surface increases due to high-temperature heating, but at the same time, carbon diffusion and supply from the inside becomes easy. Therefore, it is said that the formation of a ferrite decarburized layer can be prevented as a result of heating above a temperature at which austenite grains can stably exist.

ところで、フェライト脱炭の防止の一方で、ベイナイトが生成し易くなり、ばね加工における加工性が低下してしまうことも指摘されている。 By the way, it has been pointed out that while preventing ferrite decarburization, bainite is likely to be generated and the workability in spring processing is lowered.

例えば、特許文献2では、Cを0.4〜0.65質量%とするともにSiを1.2〜2.8質量%含有した高強度ばね用鋼において、フェライト脱炭の発生を防止しつつベイナイトの生成を抑制できる合金成分組成を開示している。フェライト脱炭層の深さ、ベイナイト生成の有無、硬さのそれぞれに対する各元素の寄与度を数値化したパラメータを用いた条件式を得た上で、これらの条件式を満たすように合金成分組成を定めるとしている。ここでは、Siはフェライト脱炭の発生を促進する元素であるとする一方で、Mn、Cu、Ni、Crはフェライト脱炭の発生を抑制する元素であるとしている。 For example, in Patent Document 2, in a high-strength spring steel containing 0.4 to 0.65% by mass of C and 1.2 to 2.8% by mass of Si, while preventing the occurrence of ferrite decarburization. The alloy component composition capable of suppressing the formation of bainite is disclosed. After obtaining conditional expressions using parameters that quantify the contribution of each element to the depth of the ferrite decarburized layer, the presence or absence of bainite formation, and the hardness, the alloy composition is adjusted so as to satisfy these conditional expressions. It is supposed to be decided. Here, Si is an element that promotes the occurrence of ferrite decarburization, while Mn, Cu, Ni, and Cr are elements that suppress the occurrence of ferrite decarburization.

特開昭58−073718号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-073718 特開2016−074949号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-074949

高強度ばね用鋼では、高強度化のための焼き入れ性を向上させることが重要である。一方で、上記したように、焼き入れ性の向上と引き替えに、金属組織中にベイナイトを生成すると加工性が低下し、続くばね加工工程における加工自由度を低下させてしまうことになる。 For high-strength spring steel, it is important to improve the hardenability for high strength. On the other hand, as described above, if bainite is generated in the metal structure in exchange for the improvement in hardenability, the workability is lowered and the degree of freedom in machining in the subsequent spring machining process is lowered.

本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高強度化のための焼き入れ性と加工性とを兼ね備えた高強度ばね用鋼及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to manufacture a high-strength spring steel having both hardenability and workability for high strength. To provide a method.

本発明による高強度ばね用鋼は、熱間圧延加工された線材として供される高強度ばね用鋼であって、質量%で、C:0.40〜0.65%、Si:1.50〜3.00%、Mn:0.20〜1.00%、P:0.020%以下、S:0.020%以下、Cu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0%以下、Nb:0.010〜0.100%、Al:0.10%以下、N:0.010%以下、O:0.0015%以下、残部Fe及び不可避的不純物からなるとともに、元素Mの含有量を[M]質量%として、式1:[Ti]+[Nb]+[Al]/2≧0.07となる成分組成を有し、主としてフェライト及びパーライトの二相組織からなることを特徴とする。 The high-strength spring steel according to the present invention is a high-strength spring steel used as a hot-rolled wire rod, and has a mass% of C: 0.40 to 0.65% and Si: 1.50. ~ 3.00%, Mn: 0.25 to 1.00%, P: 0.020% or less, S: 0.020% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr : 2.0% or less, Nb: 0.010 to 0.100%, Al: 0.10% or less, N: 0.010% or less, O: 0.0015% or less, balance Fe and unavoidable impurities In addition, it has a component composition of the formula 1: [Ti] + [Nb] + [Al] / 2 ≧ 0.07, where the content of element M is [M] mass%, and is mainly a two-phase of ferrite and pearlite. It is characterized by being composed of an organization.

かかる発明によれば、得られるばねの高強度化のための焼入れ性と加工性とを兼ね備えることができる。 According to such an invention, it is possible to have both hardenability and workability for increasing the strength of the obtained spring.

上記した発明において、前記二相組織において、粒径1nm以上の炭窒化物粒子を1.0×10個/mm以上含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、加工性の確保を容易とする。 In the above-described invention, the two-phase structure may contain 1.0 × 10 4 particles / mm 2 or more of carbonitride particles having a particle size of 1 nm or more. According to such an invention, it is easy to secure workability.

上記した発明において、前記成分組成は、質量%で、Ti:0.030〜0.140%、をさらに含むことを特徴としてもよい。また、前記成分組成は、質量%で、Mo:1.0%以下、V:0.50%以下、B:0.0050%以下、で含み得ることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、加工性の確保をさらに容易とし得る。 In the above-described invention, the component composition may further contain Ti: 0.030 to 0.140% in mass%. Further, the component composition may be characterized in that, in mass%, Mo: 1.0% or less, V: 0.50% or less, and B: 0.0050% or less can be contained. According to such an invention, it is possible to further facilitate the securing of workability.

また、本発明による高強度ばね用鋼の製造方法は、熱間圧延加工して線材として供される高強度ばね用鋼の製造方法であって、質量%で、C:0.40〜0.65%、Si:1.50〜3.00%、Mn:0.20〜1.00%、P:0.020%以下、S:0.020%以下、Cu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0%以下、Nb:0.010〜0.100%、Al:0.10%以下、N:0.010%以下、O:0.0015%以下、残部Fe及び不可避的不純物からなるとともに、元素Mの含有量を[M]質量%として、式1:[Ti]+[Nb]+[Al]/2≧0.07となる成分組成を有し炭窒化物粒子を分散させた鋼を1000℃以上の加熱温度から前記線材に熱間圧延加工し、主としてフェライト及びパーライトの二相組織からなるように冷却することを特徴とする。 The method for producing high-strength spring steel according to the present invention is a method for producing high-strength spring steel that is hot-rolled and used as a wire rod, in terms of mass%, C: 0.40 to 0. 65%, Si: 1.50 to 3.00%, Mn: 0.25 to 1.00%, P: 0.020% or less, S: 0.020% or less, Cu: 1.0% or less, Ni : 2.0% or less, Cr: 2.0% or less, Nb: 0.010 to 0.100%, Al: 0.10% or less, N: 0.010% or less, O: 0.0015% or less, It is composed of the balance Fe and unavoidable impurities, and has a component composition of the formula 1: [Ti] + [Nb] + [Al] / 2 ≧ 0.07, where the content of the element M is [M] mass%. It is characterized in that steel in which carbon nitride particles are dispersed is hot-rolled into the wire rod from a heating temperature of 1000 ° C. or higher, and cooled so as to mainly have a two-phase structure of ferrite and pearlite.

かかる発明によれば、得られるばねの高強度化のための焼入れ性と加工性とを兼ね備えることができる。 According to such an invention, it is possible to have both hardenability and workability for increasing the strength of the obtained spring.

上記した発明において、前記成分組成は、質量%で、Ti:0.030〜0.140%、をさらに含むことを特徴としてもよい。また、前記成分組成は、質量%で、Mo:1.0%以下、V:0.50%以下、B:0.0050%以下、で含み得ることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、加工性の確保を容易とする。 In the above-described invention, the component composition may further contain Ti: 0.030 to 0.140% in mass%. Further, the component composition may be characterized in that, in mass%, Mo: 1.0% or less, V: 0.50% or less, and B: 0.0050% or less can be contained. According to such an invention, it is easy to secure workability.

実施例及び比較例に用いた鋼の成分組成の表である。It is a table of the composition of steel used in an Example and a comparative example. 実施例及び比較例の炭窒化物粒子数とフェライト脱炭の発生及びベイナイトの生成状況を示す表である。It is a table which shows the number of carbonitride particles of an Example and a comparative example, the occurrence of ferrite decarburization, and the formation state of bainite.

本発明による高強度ばね用鋼の1つの実施例としてのばね用鋼について説明する。ここで、ばね用鋼は、熱間圧延加工を経て得られる線材であって、ばね加工前の素材である。 A spring steel as an example of the high-strength spring steel according to the present invention will be described. Here, the steel for spring is a wire rod obtained through hot rolling, and is a material before spring processing.

本実施例におけるばね用鋼は、質量%で、C:0.40〜0.65%、Si:1.50〜3.00%、Mn:0.20〜1.00%、P:0.020%以下、S:0.020%以下、Cu:1.0%以下、Ni:2.0%以下、Cr:2.0%以下、Nb:0.010〜0.100%、Al:0.10%以下、N:0.010%以下、O:0.0015%以下、を含む成分組成を有し、主としてフェライト及びパーライトの二相組織からなる。また、この成分組成はさらに、元素Mの含有量を[M]質量%としたときに以下の式1を満たすようなものである。
式1:[Ti]+[Nb]+[Al]/2≧0.07
式1は線材中に多数の炭窒化物粒子を存在させるための条件として規定されるものである。
The spring steel in this embodiment has C: 0.40 to 0.65%, Si: 1.50 to 3.00%, Mn: 0.25 to 1.00%, P: 0. 020% or less, S: 0.020% or less, Cu: 1.0% or less, Ni: 2.0% or less, Cr: 2.0% or less, Nb: 0.010 to 0.100%, Al: 0 It has a component composition containing 10% or less, N: 0.010% or less, and O: 0.0015% or less, and is mainly composed of a two-phase structure of ferrite and pearlite. Further, this component composition further satisfies the following formula 1 when the content of the element M is [M] mass%.
Equation 1: [Ti] + [Nb] + [Al] / 2 ≧ 0.07
Equation 1 is defined as a condition for the presence of a large number of carbonitride particles in the wire rod.

このような成分組成とすることでばね加工等を経て得られる高強度ばねとしての所定の強度を得るための焼入れ性を確保し得る。例えば、フェライト脱炭の発生を抑制するCrやNiなどの合金元素の含有量を比較的多くしたことで焼入れ性の確保を達成し得る。 With such a component composition, hardenability for obtaining a predetermined strength as a high-strength spring obtained through spring processing or the like can be ensured. For example, ensuring hardenability can be achieved by relatively increasing the content of alloying elements such as Cr and Ni that suppress the occurrence of ferrite decarburization.

特に、上記した成分組成であれば、線材の断面において、粒径1nm以上の炭窒化物粒子を1.0×10個/mm以上存在させるようにし得る。つまり、多数の炭窒化物粒子を分散させることができる。この多数の炭窒化物は、熱間圧延加工における加熱時に既に存在しており、これによってオーステナイト粒の粗大化を抑制するピン止め効果を得て結晶粒径を小さく維持できる。さらに炭窒化物によってフェライト+パーライト組織の生成を促進させ得る。これらによってベイナイトの生成を防止し得ると考えられ、その結果、ばね加工に必要とされる加工性を確保できる。なお、炭窒化物粒子は、主としてNb及び/又はAlを含むことが好ましい。また、極めて粗大な炭窒化物粒子は得られるばねの強度を低下させてしまうため、その粒径を50μm以下とすることが好ましい。 In particular, with the above-mentioned composition, it is possible to allow 1.0 × 10 4 pieces / mm 2 or more of carbonitride particles having a particle size of 1 nm or more to be present in the cross section of the wire rod. That is, a large number of carbonitride particles can be dispersed. This large number of carbonitrides are already present at the time of heating in the hot rolling process, whereby the pinning effect of suppressing the coarsening of austenite grains can be obtained and the crystal grain size can be kept small. Furthermore, carbonitride can promote the formation of ferrite + pearlite structure. It is considered that these can prevent the formation of bainite, and as a result, the workability required for spring machining can be ensured. The carbonitride particles preferably mainly contain Nb and / or Al. Further, since extremely coarse carbonitride particles reduce the strength of the obtained spring, it is preferable that the particle size is 50 μm or less.

また、フェライト脱炭の発生の防止には、圧延時の加熱温度を高くすることも有効であるが、加熱温度を1000℃以上の温度とすることでより確実にフェライト脱炭を防止できる。一方、加熱温度を1000℃以上の温度、例えば1150℃程度の温度としても、上記したように多数の炭窒化物粒子によってオーステナイト粒径を小さく維持でき、ベイナイトの生成を防止できる。 Further, in order to prevent the occurrence of ferrite decarburization, it is effective to raise the heating temperature during rolling, but by setting the heating temperature to a temperature of 1000 ° C. or higher, ferrite decarburization can be prevented more reliably. On the other hand, even if the heating temperature is set to a temperature of 1000 ° C. or higher, for example, about 1150 ° C., the austenite particle size can be kept small by the large number of carbonitride particles as described above, and the formation of bainite can be prevented.

上記した成分組成としては、質量%で、Ti:0.030〜0.140%をさらに含むこととしてもよい。また、質量%で、Mo:1.0%以下、V:0.50%以下、B:0.0050%以下、で含ませることもできる。Ti、V及びBは鋼の焼入れ性を高めつつ、炭窒化物粒子を形成してオーステナイト粒径を小さく維持することに寄与する。つまり、ベイナイトの生成を防止して加工性を確保することにも寄与する。また、Moは焼入れ性の向上に寄与する。 The above-mentioned component composition may further contain Ti: 0.030 to 0.140% in mass%. Further, in mass%, Mo: 1.0% or less, V: 0.50% or less, B: 0.0050% or less can be contained. Ti, V and B contribute to forming carbonitride particles and keeping the austenite grain size small while enhancing the hardenability of steel. That is, it also contributes to preventing the formation of bainite and ensuring workability. Mo also contributes to the improvement of hardenability.

[製造試験]
高強度ばね用鋼としての線材を模した試験材を複数製造し、炭窒化物粒子を計数するとともにフェライト脱炭層及びベイナイトの有無を確認する製造試験の結果について説明する。
[Manufacturing test]
The results of a manufacturing test in which a plurality of test materials imitating a wire rod as a high-strength spring steel are manufactured, carbonitride particles are counted, and the presence or absence of a ferrite decarburized layer and bainite are confirmed will be described.

図1に示すように試験材には実施例1〜15、比較例1、2の計17種類の成分組成を有する鋼を用いた。それぞれの鋼を溶製して成形し、直径13.5mm、長さ100mmの円柱形の試験材を製造した。 As shown in FIG. 1, steel having a total of 17 kinds of component compositions of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 and 2 was used as the test material. Each steel was melted and molded to produce a cylindrical test material having a diameter of 13.5 mm and a length of 100 mm.

図2に示すように、各試験材には、ばね用鋼としての線材を製造するための熱間圧延を模して熱処理した。具体的には、大気炉において同図に示す加熱温度で30分間保持した後に油冷又は空冷した。油冷した試験材は、急冷によって冷却開始時の状態で炭窒化物粒子の数を維持することができるので、炭窒化物粒子の計数に用いた。他方、空冷した試験材はフェライト脱炭層の有無、ベイナイトの有無についての観察に用いた。また、式1の左辺([Ti]+[Nb]+[Al]/2)の値を算出して記録した。 As shown in FIG. 2, each test material was heat-treated to imitate hot rolling for producing a wire rod as a spring steel. Specifically, it was kept at the heating temperature shown in the figure for 30 minutes in an atmospheric furnace, and then oil-cooled or air-cooled. The oil-cooled test material was used for counting the carbonitride particles because the number of carbonitride particles can be maintained in the state at the start of cooling by quenching. On the other hand, the air-cooled test material was used for observing the presence or absence of the ferrite decarburized layer and the presence or absence of bainite. Further, the values on the left side of Equation 1 ([Ti] + [Nb] + [Al] / 2) were calculated and recorded.

炭窒化物粒子の数については、SEM及びTEMを用いて、5000〜10万倍の倍率で試験材の断面を観察し、粒径1nm以上の炭窒化物粒子の数を計数して1mmあたりの数に換算した。1つの試験材についてランダムに10視野以上を選択してこれらを平均して記録した。 Regarding the number of carbonitoxide particles, the cross section of the test material was observed at a magnification of 5000 to 100,000 times using SEM and TEM, and the number of carbonitoxide particles having a particle size of 1 nm or more was counted and per 1 mm 2. Converted to the number of. Ten or more visual fields were randomly selected for one test material, and these were averaged and recorded.

試験材長手方向の中央部の横断面において、フェライト脱炭層については断面の外周部近傍(試験材の表層部)を観察してその有無を記録し、ベイナイト組織については断面の外周から中心に向かって直径の1/4の距離の位置を観察してその有無を記録した。なお、フェライト脱炭層の有無についてはJIS G 0558に準拠し判定した。 In the cross section of the central part in the longitudinal direction of the test material, observe the vicinity of the outer periphery of the cross section (surface layer part of the test material) for the ferrite decarburized layer and record the presence or absence, and for the bainite structure, from the outer circumference to the center of the cross section. The position of the distance of 1/4 of the diameter was observed and the presence or absence was recorded. The presence or absence of the ferrite decarburized layer was determined in accordance with JIS G 0558.

図2に示すように、実施例1〜15においては式1を満たし(式1の左辺の値が0.07以上)、粒径1nm以上の炭窒化物粒子の数がいずれも1.0×10個/mm以上であり、フェライト脱炭層は観察されず、ベイナイトの生成も観察されなかった。 As shown in FIG. 2, in Examples 1 to 15, the number of carbonitride particles satisfying Equation 1 (the value on the left side of Equation 1 is 0.07 or more) and having a particle size of 1 nm or more is 1.0 ×. is 10 4 / mm 2 or more, ferrite decarburized layer is not observed, the generation of bainite was observed.

これに対して、比較例1、2ではフェライト脱炭層は観察されなかったものの、どちらもベイナイトを生成していた。また、どちらも、式1を満たさず、粒径1nm以上の炭窒化物粒子の数が1.0×10個/mmよりも少なく、極めて微量であった。炭窒化物粒子が少なく、オーステナイト粒の粗大化を抑制できなかったためにベイナイトを生成してしまったものと考えられる。比較例1、2においては、Nb又はAlのいずれの含有もなく、そのため炭窒化物粒子を十分に分散させることができなかったものと考えられる。 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the ferrite decarburized layer was not observed, but both produced bainite. Further, neither of them satisfied the formula 1, and the number of carbonitride particles having a particle size of 1 nm or more was less than 1.0 × 10 2 / mm 2 , which was an extremely small amount. It is probable that bainite was generated because the number of carbonitride particles was small and the coarsening of austenite particles could not be suppressed. It is probable that in Comparative Examples 1 and 2, neither Nb nor Al was contained, and therefore the carbonitride particles could not be sufficiently dispersed.

以上のように、比較例1、2ではベイナイト生成を防止できなかったのに対し、実施例1〜15ではフェライト脱炭層の生成を防止しながらもベイナイトの生成を防止できた。つまり、焼入れ性を確保しつつ加工性も確保できた。 As described above, in Comparative Examples 1 and 2, the formation of bainite could not be prevented, whereas in Examples 1 to 15, the formation of bainite could be prevented while preventing the formation of the ferrite decarburized layer. That is, workability could be ensured while ensuring hardenability.

ところで、上記した実施例を含む焼入れ性及び加工性を兼ね備えたばね用鋼とほぼ同等の機械的性質を与え得る鋼の組成範囲は以下のように定められる。 By the way, the composition range of the steel that can give mechanical properties substantially equivalent to those of the spring steel having both hardenability and workability including the above-mentioned examples is defined as follows.

Cは、得られるばねの強度を確保するために必要な元素である。一方で、過剰に含有させると靭性及び疲労強度の低下を招く。これらを考慮して、Cは、質量%で、0.40〜0.65%の範囲内、好ましくは0.45〜0.60%の範囲内である。 C is an element necessary for ensuring the strength of the obtained spring. On the other hand, excessive content causes a decrease in toughness and fatigue strength. In consideration of these, C is in the range of 0.40 to 0.65%, preferably in the range of 0.45 to 0.60% in terms of mass%.

Siは、得られるばねの耐へたり性を高めるために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると、靭性を低下させるばかりか、フェライト脱炭を生じさせやすくしてしまう。これらを考慮して、Siは、質量%で、1.50〜3.00%の範囲内、好ましくは1.80〜2.50%の範囲内である。 Si is an element effective for increasing the settling resistance of the obtained spring. On the other hand, if it is contained in an excessive amount, not only the toughness is lowered, but also ferrite decarburization is likely to occur. In consideration of these, Si is in the range of 1.50 to 3.00%, preferably in the range of 1.80 to 2.50% in terms of mass%.

Mnは、靭性を低下させる元素であるSをMnSとして固定するとともに、焼入れ性を向上させる。一方で、過剰に含有させると靭性の低下を招く。これらを考慮して、Mnは、質量%で、0.20〜1.00%の範囲内、好ましくは0.60〜1.00%の範囲内である。 Mn fixes S, which is an element that lowers toughness, as MnS, and improves hardenability. On the other hand, excessive content causes a decrease in toughness. In consideration of these, Mn is in the range of 0.25 to 1.00%, preferably in the range of 0.60 to 1.00% in mass%.

Pは、結晶粒界を脆化させるため、その含有量の最小化が望まれるが、過度の精錬は製造コストの増加を招く。これらを考慮して、Pは、質量%で、0.020%以下の範囲内である。 Since P embrittles the grain boundaries, it is desired to minimize its content, but excessive refining causes an increase in manufacturing cost. In consideration of these, P is in the range of 0.020% or less in mass%.

Sは、上記したようにMnと結合してMnSなどの非金属介在物を生成し応力集中の起点となって疲労強度を低下させるため含有量を低下させることが好ましいが、不可避的に鋼中に存在する元素である。これらを考慮し、Sは、質量%で、0.020%以下の範囲内である。 As described above, S is preferably combined with Mn to form non-metallic inclusions such as MnS, which serves as a starting point for stress concentration and lowers fatigue strength, so that the content is preferably lowered, but inevitably in steel. It is an element that exists in. In consideration of these, S is in the range of 0.020% or less in mass%.

Cuは、耐食性を向上させるために有効であるとともに、フェライト脱炭の防止にも有効な元素である。一方で、過剰に含有させると製造コストの増大を招く。これらを考慮して、Cuは、質量%で、1.0%以下の範囲内好ましくは0.50%以下の範囲内である。 Cu is an element that is effective not only for improving corrosion resistance but also for preventing ferrite decarburization. On the other hand, if it is contained in an excessive amount, the manufacturing cost will increase. In consideration of these, Cu is in the range of 1.0% or less, preferably in the range of 0.50% or less in terms of mass%.

Niは、耐食性の向上やフェライト脱炭の防止に有効な元素である。一方で、過剰に含有させると製造コストの増加を招く。これらを考慮して、Niは、質量%で、2.0%以下の範囲内、好ましくは0.8〜1.0%の範囲内である。 Ni is an element effective in improving corrosion resistance and preventing ferrite decarburization. On the other hand, if it is contained in excess, the manufacturing cost will increase. In consideration of these, Ni is in the range of 2.0% or less, preferably in the range of 0.8 to 1.0% in terms of mass%.

Crは、耐食性の向上や焼入れ性の向上のために有効な元素である。一方で、過剰に含有させると形成される腐食ピットを鋭利にして疲労強度を低下させてしまう。これらを考慮して、Crは、質量%で、2.0%以下の範囲内、好ましくは0.7〜1.50%の範囲内である。 Cr is an element effective for improving corrosion resistance and hardenability. On the other hand, if it is contained in an excessive amount, the corrosion pits formed are sharpened and the fatigue strength is lowered. In consideration of these, Cr is in the range of 2.0% or less, preferably in the range of 0.7 to 1.50% in mass%.

Nbは、炭窒化物を生成させてオーステナイト粒の粗大化を抑制することでベイナイトの生成を防止するために必要な元素である。一方で、過剰に含有させると製造コストの増大を招くとともに加工性の低下も招く。これらを考慮して、Nbは、質量%で、0.010〜0.100%の範囲内である。 Nb is an element necessary for preventing the formation of bainite by forming a carbonitride and suppressing the coarsening of austenite grains. On the other hand, if it is contained in an excessive amount, the manufacturing cost is increased and the processability is lowered. In consideration of these, Nb is in the range of 0.010 to 0.100% in mass%.

Alは、溶製時に脱酸剤として作用するとともに、炭窒化物を生成させてオーステナイト粒の粗大化を抑制することでベイナイトの生成を防止するために必要な元素である。一方で、過剰に含有させると非金属介在物を増加させて疲労強度の低下を招く。これらを考慮して、Alは、質量%で、0.10%以下の範囲内、好ましくは0.050%以下の範囲内である。 Al is an element necessary for preventing the formation of bainite by acting as a deoxidizer during melting and suppressing the coarsening of austenite grains by forming a carbonitride. On the other hand, if it is contained in an excessive amount, non-metal inclusions are increased and the fatigue strength is lowered. In consideration of these, Al is in the range of 0.10% or less, preferably in the range of 0.050% or less in mass%.

Nは、Nbと結合するなどして炭窒化物粒子を生成させるために必要な元素である。この点を考慮して、Nは、質量%で、0.010%以下の範囲内である。 N is an element necessary for forming carbonitride particles by binding with Nb or the like. In consideration of this point, N is in the range of 0.010% or less in mass%.

Oは、酸化物系の非金属介在物を生成する。そのため、Oは、質量%で、0.0015%以下の範囲内である。 O produces oxide-based non-metallic inclusions. Therefore, O is in the range of 0.0015% or less in mass%.

Ti、V、Bは、鋼の焼入れ性を高めつつ、炭窒化物粒子を形成してオーステナイト粒径を小さく維持することに寄与し、Moは、鋼の焼入れ性の向上に寄与するので、上記した高強度ばね用鋼としての特性を損なわない範囲で選択的に添加してもよい。これらを考慮して、質量%で、Vは0.50%以下の範囲内、好ましくは0.30%以下の範囲内であり、Tiは0.030〜0.140%の範囲内、好ましくは0.080〜0.140%の範囲内であり、Bは0.0050%以下の範囲内であり、Moは1.0%以下の範囲内、好ましくは0.5%以下の範囲内である。 Ti, V, and B contribute to forming carbonitride particles to keep the austenite particle size small while improving the hardenability of steel, and Mo contributes to improving the hardenability of steel. It may be selectively added as long as the characteristics of the high-strength spring steel are not impaired. In consideration of these, in mass%, V is in the range of 0.50% or less, preferably 0.30% or less, and Ti is in the range of 0.030 to 0.140%, preferably. It is in the range of 0.080 to 0.140%, B is in the range of 0.0050% or less, Mo is in the range of 1.0% or less, preferably 0.5% or less. ..

式1は、線材中に多数の炭窒化物粒子を存在させてオーステナイト粒の粗大化を防止するためにTi、Nb、Alの含有量の関係を定めた。式1は、上記した実施例1〜15、比較例1、2、その他いくつかの製造試験の結果に基づいて得られた実験式であり、元素Mの含有量を[M]質量%として、[Ti]+[Nb]+[Al]/2≧0.07である。 In Formula 1, the relationship between the contents of Ti, Nb, and Al was determined in order to prevent coarsening of austenite particles by allowing a large number of carbonitride particles to be present in the wire rod. Formula 1 is an empirical formula obtained based on the results of Examples 1 to 15, Comparative Examples 1 and 2, and some other production tests described above, and the content of the element M is defined as [M] mass%. [Ti] + [Nb] + [Al] / 2 ≧ 0.07.

以上、本発明の代表的な実施例を説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although typical examples of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to these, and those skilled in the art will not deviate from the gist of the present invention or the appended claims. , Various alternative and modified examples will be found.

Claims (8)

熱間圧延加工された線材として供される高強度ばね用鋼であって、
質量%で、
C:0.40〜0.65%、
Si:1.50〜3.00%、
Mn:0.20〜1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Cu:1.0%以下、
Ni:2.0%以下、
Cr:2.0%以下、
Nb:0.010〜0.100%、
Al:0.10%以下、
N:0.010%以下、
O:0.0015%以下、
残部Fe及び不可避的不純物からなるとともに、
元素Mの含有量を[M]質量%として、
式1:[Ti]+[Nb]+[Al]/2≧0.07
となる成分組成を有し、主としてフェライト及びパーライトの二相組織からなることを特徴とする高強度ばね用鋼。
A high-strength spring steel used as a hot-rolled wire rod.
By mass%
C: 0.40 to 0.65%,
Si: 1.50 to 3.00%,
Mn: 0.25 to 1.00%,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Cu: 1.0% or less,
Ni: 2.0% or less,
Cr: 2.0% or less,
Nb: 0.010 to 0.100%,
Al: 0.10% or less,
N: 0.010% or less,
O: 0.0015% or less,
It consists of the balance Fe and unavoidable impurities, and
Let the content of element M be [M] mass%
Equation 1: [Ti] + [Nb] + [Al] / 2 ≧ 0.07
A steel for high-strength springs, which has a composition of two components and is mainly composed of a two-phase structure of ferrite and pearlite.
前記二相組織において、粒径1nm以上の炭窒化物粒子を1.0×10個/mm以上含むことを特徴とする請求項1記載の高強度ばね用鋼。 The high-strength spring steel according to claim 1 , wherein the two-phase structure contains 1.0 × 10 4 particles / mm 2 or more of carbonitride particles having a particle size of 1 nm or more. 前記成分組成は、質量%で、
Ti:0.030〜0.140%、
をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の高強度ばね用鋼。
The composition of the components is mass%.
Ti: 0.030-0.140%,
The high-strength spring steel according to claim 1 or 2, further comprising.
前記成分組成は、質量%で、
Mo:1.0%以下、
V:0.50%以下、
B:0.0050%以下、
で含み得ることを特徴とする請求項1乃至3のうちの1つに記載の高強度ばね用鋼。
The composition of the components is mass%.
Mo: 1.0% or less,
V: 0.50% or less,
B: 0.0050% or less,
The high-strength spring steel according to any one of claims 1 to 3, wherein the steel can be included in the above.
熱間圧延加工して線材として供される高強度ばね用鋼の製造方法であって、
質量%で、
C:0.40〜0.65%、
Si:1.50〜3.00%、
Mn:0.20〜1.00%、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Cu:1.0%以下、
Ni:2.0%以下、
Cr:2.0%以下、
Nb:0.010〜0.100%、
Al:0.10%以下、
N:0.010%以下、
O:0.0015%以下、
残部Fe及び不可避的不純物からなるとともに、
元素Mの含有量を[M]質量%として、
式1:[Ti]+[Nb]+[Al]/2≧0.07
となる成分組成を有し炭窒化物粒子を分散させた鋼を1000℃以上の加熱温度から前記線材に熱間圧延加工し、主としてフェライト及びパーライトの二相組織からなるように冷却することを特徴とする高強度ばね用鋼の製造方法。
A method for manufacturing high-strength spring steel that is hot-rolled and used as a wire rod.
By mass%
C: 0.40 to 0.65%,
Si: 1.50 to 3.00%,
Mn: 0.25 to 1.00%,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Cu: 1.0% or less,
Ni: 2.0% or less,
Cr: 2.0% or less,
Nb: 0.010 to 0.100%,
Al: 0.10% or less,
N: 0.010% or less,
O: 0.0015% or less,
It consists of the balance Fe and unavoidable impurities, and
Let the content of element M be [M] mass%
Equation 1: [Ti] + [Nb] + [Al] / 2 ≧ 0.07
It is characterized in that a steel having a composition of components and dispersed with carbonitride particles is hot-rolled into the wire rod from a heating temperature of 1000 ° C. or higher, and cooled so as to have a two-phase structure mainly of ferrite and pearlite. A method for manufacturing steel for high-strength springs.
前記二相組織において、粒径1nm以上の炭窒化物粒子を1.0×10個/mm以上含むことを特徴とする請求項5記載の高強度ばね用鋼の製造方法。 The method for producing a high-strength spring steel according to claim 5 , wherein the two-phase structure contains 1.0 × 10 4 particles / mm 2 or more of carbonitride particles having a particle size of 1 nm or more. 前記成分組成は、質量%で、
Ti:0.030〜0.140%、
をさらに含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の高強度ばね用鋼の製造方法。
The composition of the components is mass%.
Ti: 0.030-0.140%,
The method for producing a steel for a high-strength spring according to claim 5 or 6, further comprising.
前記成分組成は、質量%で、
Mo:1.0%以下、
V:0.50%以下、
B:0.0050%以下、
で含み得ることを特徴とする請求項5乃至7のうちの1つに記載の高強度ばね用鋼の製造方法。

The composition of the components is mass%.
Mo: 1.0% or less,
V: 0.50% or less,
B: 0.0050% or less,
The method for producing a steel for a high-strength spring according to any one of claims 5 to 7, wherein the method can be included in the above.

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