JP2575711B2 - 熱間成形用高強度ばね鋼 - Google Patents
熱間成形用高強度ばね鋼Info
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- JP2575711B2 JP2575711B2 JP62147155A JP14715587A JP2575711B2 JP 2575711 B2 JP2575711 B2 JP 2575711B2 JP 62147155 A JP62147155 A JP 62147155A JP 14715587 A JP14715587 A JP 14715587A JP 2575711 B2 JP2575711 B2 JP 2575711B2
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- Japan
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- spring
- spring steel
- steel
- hot forming
- test
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/021—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Springs (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱間成形用高強度ばね鋼に係り、特に耐へ
たり性に優れたばね鋼に関するものである。
たり性に優れたばね鋼に関するものである。
［従来の技術］ 従来、自動車用等の懸架装置に用いられるばね用鋼と
してはSUP 6,SUP 9が主なものであった。しかるに近年
自動車の軽量化が要請され、懸架装置自体の軽量化も強
く求められるようになってきた。これに対して、懸架装
置全般にわたって各種の手段が試みられているが、その
中でもばねの設計応力を高く設定することが効果的とさ
れている。
してはSUP 6,SUP 9が主なものであった。しかるに近年
自動車の軽量化が要請され、懸架装置自体の軽量化も強
く求められるようになってきた。これに対して、懸架装
置全般にわたって各種の手段が試みられているが、その
中でもばねの設計応力を高く設定することが効果的とさ
れている。
この様なばねの高応力設計にともない、従来の上記ば
ね用鋼を素材としてばねを製作した場合、へたりが増大
するという問題が発生した。特に乗用車に用いた場合、
へたりの増大はバンパの高さの低下につながり、安全上
大きな問題となった。
ね用鋼を素材としてばねを製作した場合、へたりが増大
するという問題が発生した。特に乗用車に用いた場合、
へたりの増大はバンパの高さの低下につながり、安全上
大きな問題となった。
そこで各種の研究が成された結果、ばね用鋼中のSi含
有量を増加させると耐へたり性が向上するということが
見いだされ、近時SUP 6よりもSi含有量が多く、JIS G 4
801に規定されるばね用鋼中では最もSiの高いSUP 7が乗
用車懸架用ばね鋼として広く使用されるに至っている。
しかるに、懸架ばねの軽量化に対する要求はさらに厳し
いものがあり、SUP 7よりもさらに耐へたり性の優れた
ばね用鋼の開発が強く望まれている。
有量を増加させると耐へたり性が向上するということが
見いだされ、近時SUP 6よりもSi含有量が多く、JIS G 4
801に規定されるばね用鋼中では最もSiの高いSUP 7が乗
用車懸架用ばね鋼として広く使用されるに至っている。
しかるに、懸架ばねの軽量化に対する要求はさらに厳し
いものがあり、SUP 7よりもさらに耐へたり性の優れた
ばね用鋼の開発が強く望まれている。
従来、ばね鋼に対する耐へたり性に有効な成分として、
Siの効果を認めながらも、その上限をSi:2.5％としてい
る。その理由として、「Si量を1.50〜2.50％としたの
は、2.5％を超えて含有させても耐へたり性向上の効果
が飽和し、かつ、熱処理により遊離炭素を生じる恐れが
あるためである。（特開昭58−27960）」、や「Siは焼
入れ焼戻およびオイルテンパー処理により製造したコイ
ルばねの耐へたり性を向上させるのに有効な元素である
が、2.5％を超えて含有されると焼入れ焼戻およびオイ
ルテンパー処理後の機械的性質が脆化し、耐へたり性は
あまり改善されないのである。（特開昭57−171648）」
等と説明されているが、2.5％超での耐へたり性につい
ては実施例においても確認されていない。
Siの効果を認めながらも、その上限をSi:2.5％としてい
る。その理由として、「Si量を1.50〜2.50％としたの
は、2.5％を超えて含有させても耐へたり性向上の効果
が飽和し、かつ、熱処理により遊離炭素を生じる恐れが
あるためである。（特開昭58−27960）」、や「Siは焼
入れ焼戻およびオイルテンパー処理により製造したコイ
ルばねの耐へたり性を向上させるのに有効な元素である
が、2.5％を超えて含有されると焼入れ焼戻およびオイ
ルテンパー処理後の機械的性質が脆化し、耐へたり性は
あまり改善されないのである。（特開昭57−171648）」
等と説明されているが、2.5％超での耐へたり性につい
ては実施例においても確認されていない。
一方、ばね製造工程に関しては、ばね特性に対する要求
の多様化に伴う形状の多様化、製造工程の合理化、省エ
ネルギー化等の要求により冷間成形によるコイルばねの
製造が増加している。しかし、大型コイルばね及び高強
度ばねに対しては熱間成形が量産効果の得られる経済的
な成形であるため熱間成形によるばね製造工程に対し、
特にその品質特性向上が期待されている。
の多様化に伴う形状の多様化、製造工程の合理化、省エ
ネルギー化等の要求により冷間成形によるコイルばねの
製造が増加している。しかし、大型コイルばね及び高強
度ばねに対しては熱間成形が量産効果の得られる経済的
な成形であるため熱間成形によるばね製造工程に対し、
特にその品質特性向上が期待されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、以上の如き経済性に優れた熱間成形ばねの
特に耐へたり性の極めて優れた高強度ばね鋼の提供を目
的とする。
特に耐へたり性の極めて優れた高強度ばね鋼の提供を目
的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者等は、従来、鋼中のSiは耐へたり性に効果が
あるものの2.5％を超えて含有させても耐へたり性向上
の効果は期待出来ないと考えられていたものを、今回、
更にSi量を2.5超〜４％とすることにより、従来知られ
ていなかった、熱間成形用ばねの耐へたり性の向上と共
に、靱性の向上も達成できるという全く新たな知見を持
って本発明を成したものである。即ち、本発明の主旨
は、 重量％でC :0.5〜0.8％， Si:2.5超〜４％， Mn:0.2〜1.5％， Cr:0.1〜1.5％を含有しかつ Mo:0.05〜１％， Ni:0.05〜１％， B :0.0002〜0.01％の１種又は２種以上を含有
し残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
る熱間成形用高強度ばね鋼。及び、 重量％でC :0.5〜0.8％， Si:2.5超〜４％， Mn:0.2〜1.5％， Cr:0.1〜1.5％を含有しかつ Mo:0.05〜１％， Ni:0.05〜１％， B :0.0002〜0.01％の１種又は２種以上を含有
しかつ Nb:0.01〜0.5％， V :0.01〜0.5％， Ti:0.01〜0.1％， Al:0.01〜0.1％の１種又は２種以上を含有し残
部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする熱
間成形用高強度ばね鋼。である。
あるものの2.5％を超えて含有させても耐へたり性向上
の効果は期待出来ないと考えられていたものを、今回、
更にSi量を2.5超〜４％とすることにより、従来知られ
ていなかった、熱間成形用ばねの耐へたり性の向上と共
に、靱性の向上も達成できるという全く新たな知見を持
って本発明を成したものである。即ち、本発明の主旨
は、 重量％でC :0.5〜0.8％， Si:2.5超〜４％， Mn:0.2〜1.5％， Cr:0.1〜1.5％を含有しかつ Mo:0.05〜１％， Ni:0.05〜１％， B :0.0002〜0.01％の１種又は２種以上を含有
し残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
る熱間成形用高強度ばね鋼。及び、 重量％でC :0.5〜0.8％， Si:2.5超〜４％， Mn:0.2〜1.5％， Cr:0.1〜1.5％を含有しかつ Mo:0.05〜１％， Ni:0.05〜１％， B :0.0002〜0.01％の１種又は２種以上を含有
しかつ Nb:0.01〜0.5％， V :0.01〜0.5％， Ti:0.01〜0.1％， Al:0.01〜0.1％の１種又は２種以上を含有し残
部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とする熱
間成形用高強度ばね鋼。である。
［作用］ 最初に本発明の成分限定理由について述べる。
まず、Ｃは熱処理により高応力ばね鋼として十分な強度
を得るため元素であり、耐へたり性を確保するために0.
5％以上必要であるが、0.8％を超えると黒鉛化の傾向が
増し、靱性の低下が著しくなるためその範囲を0.5〜0.8
％とした。
を得るため元素であり、耐へたり性を確保するために0.
5％以上必要であるが、0.8％を超えると黒鉛化の傾向が
増し、靱性の低下が著しくなるためその範囲を0.5〜0.8
％とした。
つぎにSiはフェライト中に固溶することにより素地の強
度を上げると共に析出炭化物の微細化を促進し、更に結
晶粒の微細化にも有効である。特に熱間成形における高
強度ばね鋼に適用の場合にはその靱性範囲を拡大し、ば
ねへたり性に特に有効である。この様な効果は次の実験
により見いだされた。
度を上げると共に析出炭化物の微細化を促進し、更に結
晶粒の微細化にも有効である。特に熱間成形における高
強度ばね鋼に適用の場合にはその靱性範囲を拡大し、ば
ねへたり性に特に有効である。この様な効果は次の実験
により見いだされた。
まず試験材としては、C:0.56％,Mn:0.78％,P:0.015
％,S:0.009％,Cr:0.76％を基本成分とし、Siを１〜4.5
％の範囲で添加した鋼を用い、鋳造後鍛造比50以上で熱
間鍛造を行い、更にねじりへたり試験片を作成し、実際
の熱間ばね成形工程をシュミレートした焼入・焼戻しを
行った。焼戻し温度を変えることにより、硬さをHRC52.
5となる様に調整した。更に、ショットピーニング、セ
ッチングを行なった後、ねじりへたり試験を実施した。
この試験条件を第１表に示す。更にこの結果を第１図に
示す。同図に見られようにSi％が４％以下であればねじ
りへたり量はSi％の増加と共に向上していることが明ら
かである。これは、Siによるマトリックスの固溶化と結
晶粒の微細化によるものである。しかし、４％を超える
とねじりへたり量は顕著に増加している。これは、Ac3
点の上昇によりオーステナイト化が不完全なため焼入れ
でフェライト組織が残留したためである。
％,S:0.009％,Cr:0.76％を基本成分とし、Siを１〜4.5
％の範囲で添加した鋼を用い、鋳造後鍛造比50以上で熱
間鍛造を行い、更にねじりへたり試験片を作成し、実際
の熱間ばね成形工程をシュミレートした焼入・焼戻しを
行った。焼戻し温度を変えることにより、硬さをHRC52.
5となる様に調整した。更に、ショットピーニング、セ
ッチングを行なった後、ねじりへたり試験を実施した。
この試験条件を第１表に示す。更にこの結果を第１図に
示す。同図に見られようにSi％が４％以下であればねじ
りへたり量はSi％の増加と共に向上していることが明ら
かである。これは、Siによるマトリックスの固溶化と結
晶粒の微細化によるものである。しかし、４％を超える
とねじりへたり量は顕著に増加している。これは、Ac3
点の上昇によりオーステナイト化が不完全なため焼入れ
でフェライト組織が残留したためである。
更に、試験材として、C:0.60％,Mn:0.82％,P:0.011
％,S:0.006％,Cr:0.28％を基本成分とし、Siを0.26％〜
2.66％の範囲で添加した鋼を用い、鋳造後鍛造比50以上
で熱間鍛造を行い、更にＵノッチ・シャルピー試験片を
作成した。このシャルピー試験結果を第２図に示す。同
図に見られるように、硬さが高くなるとシャルピー値が
急減しているが、Siの高いばね鋼は硬さの高い範囲で良
い値を示している。高強度ばね鋼としてHRC50〜54で
の、靱性を確保するにはSiが2.5％超であれば良いこと
が判る。
％,S:0.006％,Cr:0.28％を基本成分とし、Siを0.26％〜
2.66％の範囲で添加した鋼を用い、鋳造後鍛造比50以上
で熱間鍛造を行い、更にＵノッチ・シャルピー試験片を
作成した。このシャルピー試験結果を第２図に示す。同
図に見られるように、硬さが高くなるとシャルピー値が
急減しているが、Siの高いばね鋼は硬さの高い範囲で良
い値を示している。高強度ばね鋼としてHRC50〜54で
の、靱性を確保するにはSiが2.5％超であれば良いこと
が判る。
このような理由により、Si範囲を2.5超〜４％と定め
た。
た。
次に、Mnは焼入れ性を高め、ばね用鋼としての強度を
得るための元素であり、0.2％以上必要であるが1.5％を
超えて含有させると靱性を阻害するため、その範囲を0.
2〜1.5％とした。
得るための元素であり、0.2％以上必要であるが1.5％を
超えて含有させると靱性を阻害するため、その範囲を0.
2〜1.5％とした。
更に、Crは0.1％未満ではＣの黒鉛化が著しく、1.5％
超ではCrの大きな炭化物が発生し、ばね疲労性及びばね
へたり性に悪影響を与えるので、Crの範囲を0.1〜1.5％
とした。
超ではCrの大きな炭化物が発生し、ばね疲労性及びばね
へたり性に悪影響を与えるので、Crの範囲を0.1〜1.5％
とした。
本発明においては、更に良好な耐へたり性の向上を目的
としてMo,Ni,Bを含有する。これら、Mo,Ni,Bは焼入れ性
を確保し完全なマルテンサイト組織を確保してばねへた
り性の向上を得るための元素でありMo,Niは各々0.05％
以上で効果を示し、Ｂは0.0002％以上で効果を示すが、
Mo,Niは各々１％を超えると残留オーステナイトが残存
しばねへたり量を増加させる。Ｂは0.01％を超えるとそ
の効果が飽和し靱性を阻害するためこれら元素の添加量
を、Mo:0.05〜１％,Ni:0.05〜１％,B:0.0002〜0.01％と
し１種又は２種以上を含有することとした。
としてMo,Ni,Bを含有する。これら、Mo,Ni,Bは焼入れ性
を確保し完全なマルテンサイト組織を確保してばねへた
り性の向上を得るための元素でありMo,Niは各々0.05％
以上で効果を示し、Ｂは0.0002％以上で効果を示すが、
Mo,Niは各々１％を超えると残留オーステナイトが残存
しばねへたり量を増加させる。Ｂは0.01％を超えるとそ
の効果が飽和し靱性を阻害するためこれら元素の添加量
を、Mo:0.05〜１％,Ni:0.05〜１％,B:0.0002〜0.01％と
し１種又は２種以上を含有することとした。
更に良好な耐へたり性の向上を目的としてNb,V,Ti,Al
を含有することが出来る。これら、Nb,V,Ti,Alは結晶粒
の微細化及び微細炭化物の析出によりばね鋼のへたり性
向上を得るための元素であり、Nb,V,Ti,Alは各々0.01％
以上で効果を示すが、Nb,Vは各々0.5％,Ti,Alは各々0.1
％を超えるとその効果が飽和し、かつオーステナイト中
に溶解されない合金炭化物が増加し、これがばね鋼の疲
労を低下させるためその範囲を、Nb:0.01〜0.5％,V:0.0
1％〜0.5％,Ti:0.01〜0.1％,Al:0.01〜0.1％とし１種又
は２種以上含有することとした。
を含有することが出来る。これら、Nb,V,Ti,Alは結晶粒
の微細化及び微細炭化物の析出によりばね鋼のへたり性
向上を得るための元素であり、Nb,V,Ti,Alは各々0.01％
以上で効果を示すが、Nb,Vは各々0.5％,Ti,Alは各々0.1
％を超えるとその効果が飽和し、かつオーステナイト中
に溶解されない合金炭化物が増加し、これがばね鋼の疲
労を低下させるためその範囲を、Nb:0.01〜0.5％,V:0.0
1％〜0.5％,Ti:0.01〜0.1％,Al:0.01〜0.1％とし１種又
は２種以上含有することとした。
へたり特性は硬さの高い方が良い。本発明の鋼はSiが
高いので焼入れ硬さが高く、又軟化抵抗の高い鋼でもあ
る。従って焼戻し温度を高く採る事が出来るので、高い
靱性を得ることが出来る。即ち、へたり性がよく、靱性
の高いばねを得ることが出来る。
高いので焼入れ硬さが高く、又軟化抵抗の高い鋼でもあ
る。従って焼戻し温度を高く採る事が出来るので、高い
靱性を得ることが出来る。即ち、へたり性がよく、靱性
の高いばねを得ることが出来る。
本発明の鋼は以上のような成分を有するものである
が、この製造に際しては、通常の製鋼、造塊あるいは連
続鋳造、分解圧延、更に棒鋼圧延又は線材圧延の工程を
経てばね鋼を得ることが出来る。その後、必要に応じて
きず取り、酸洗、伸線、矯直、切断、テーパー加工等の
前処理を行い、しかる後、加熱、熱間コイル ばね成形、焼入れ焼戻しの熱処理により高強度コイルば
ねが得られる。
が、この製造に際しては、通常の製鋼、造塊あるいは連
続鋳造、分解圧延、更に棒鋼圧延又は線材圧延の工程を
経てばね鋼を得ることが出来る。その後、必要に応じて
きず取り、酸洗、伸線、矯直、切断、テーパー加工等の
前処理を行い、しかる後、加熱、熱間コイル ばね成形、焼入れ焼戻しの熱処理により高強度コイルば
ねが得られる。
次に、本発明の効果を実施例により更に具体的に述べ
る。
る。
［実施例］ 第２表は供試鋼の化学成分を示したものである。第２
表においてA1〜A7鋼は本発明例であり、B1〜B12鋼は比
較材である。供試用コイルばねは、鋳造後圧延比50以上
で熱間圧延し、矯直、定尺切断、ピーリング、熱間ばね
成形、焼入れ焼戻しを行なった。なお、焼戻し温度を変
えて試験ばねの硬さをHRC 52.5になるように調整した。
表においてA1〜A7鋼は本発明例であり、B1〜B12鋼は比
較材である。供試用コイルばねは、鋳造後圧延比50以上
で熱間圧延し、矯直、定尺切断、ピーリング、熱間ばね
成形、焼入れ焼戻しを行なった。なお、焼戻し温度を変
えて試験ばねの硬さをHRC 52.5になるように調整した。
第３表は供試ばねの諸元である。供試ばねは、アークハ
イト0.5mmのショットピーニングを施した後、素線の剪
断応力τ＝126.5kgf/mm2となるようにセッチングを施し
た後、ばね締め付け試験を行なった。
イト0.5mmのショットピーニングを施した後、素線の剪
断応力τ＝126.5kgf/mm2となるようにセッチングを施し
た後、ばね締め付け試験を行なった。
第４表はばね締め付けへたり試験の結果である。本発
明例の残留剪断歪は総て1.0×10-4未満で良好な結果で
あったが、比較ばねは1.0×10-4以上で残留剪断歪が大
きく、耐へたり性の劣っていることが明らかである。
明例の残留剪断歪は総て1.0×10-4未満で良好な結果で
あったが、比較ばねは1.0×10-4以上で残留剪断歪が大
きく、耐へたり性の劣っていることが明らかである。
なお、比較試験ばねは次のようであった。
B1は、Ｃが低く、B2はSiが高く、共にフェライトが残留
した組織である。
した組織である。
B3,B4,B9,B10,B11,B12はMn,Cr,Ni,Mo,Bが多く残留オー
ステナイトが多い組織である。B5,B6,B7,B8,は、Nb,V,T
i,Alが多く結晶粒は細かいが、炭化物が多く焼入れが不
十分な組織である。
ステナイトが多い組織である。B5,B6,B7,B8,は、Nb,V,T
i,Alが多く結晶粒は細かいが、炭化物が多く焼入れが不
十分な組織である。
B13は、Siが低くマトリックスのフェライト強化が不十
分な組織である。
分な組織である。
［発明の効果］ 本発明により、経済性に優れた熱間成形ばねにおい
て、耐へたり性の極めて優れた高強度ばね鋼の製造が可
能となる。
て、耐へたり性の極めて優れた高強度ばね鋼の製造が可
能となる。
第１図は、ねじりへたり試験における鋼中Si含有量と残
留剪断ひずみの関係の例を示す図、 第２図は、鋼中Si含有量と硬さとＵノッチ・シャルピー
試験値の関係の例を示す図、 である。
留剪断ひずみの関係の例を示す図、 第２図は、鋼中Si含有量と硬さとＵノッチ・シャルピー
試験値の関係の例を示す図、 である。
Claims (2)
- 【請求項１】重量％でC :0.5〜0.8％， Si:2.5超〜４％ Mn:0.2〜1.5％ Cr:0.1〜1.5％を含有しかつ Mo:0.05〜１％ Ni:0.05〜１％ B :0.0002〜0.01％の１種又は２種以上を含有し、残部F
e及び不可避的な不純物からなることを特徴とする熱間
成形用高強度ばね鋼。 - 【請求項２】重量％でC :0.5〜0.8％， Si:2.5超〜４％， Mn:0.2〜1.5％， Cr:0.1〜1.5％を含有しかつ Mo:0.05〜１％， Ni:0.05〜１％， B :0.0002〜0.01％の１種又は２種以上を含有しかつ Nb:0.01〜0.5％， V :0.01〜0.5％， Ti:0.01〜0.1％， Al:0.01〜0.1％の１種又は２種以上を含有し残部はFe及
び不可避的不純物からなることを特徴とする熱間成形用
高強度ばね鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62147155A JP2575711B2 (ja) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | 熱間成形用高強度ばね鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62147155A JP2575711B2 (ja) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | 熱間成形用高強度ばね鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63310941A JPS63310941A (ja) | 1988-12-19 |
| JP2575711B2 true JP2575711B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=15423830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62147155A Expired - Lifetime JP2575711B2 (ja) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | 熱間成形用高強度ばね鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2575711B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5827959A (ja) * | 1981-08-11 | 1983-02-18 | Aichi Steel Works Ltd | 耐へたり性の優れたばね用鋼 |
| JPS61136612A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-24 | Kobe Steel Ltd | 高Ｓｉばね用清浄鋼の製造法 |
| US4731044A (en) * | 1985-12-18 | 1988-03-15 | Borg-Warner Automotive, Inc. | Tension sensor and control arrangement for a continuously variable transmission |
-
1987
- 1987-06-15 JP JP62147155A patent/JP2575711B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63310941A (ja) | 1988-12-19 |
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