JP2610965B2 - 高疲労強度ばね鋼 - Google Patents
高疲労強度ばね鋼Info
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- JP2610965B2 JP2610965B2 JP63258385A JP25838588A JP2610965B2 JP 2610965 B2 JP2610965 B2 JP 2610965B2 JP 63258385 A JP63258385 A JP 63258385A JP 25838588 A JP25838588 A JP 25838588A JP 2610965 B2 JP2610965 B2 JP 2610965B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動車の懸架用のばね、あるいはエンジンの
弁ばね用等に用いられる疲労強度の優れたばね鋼に関す
るものである。
弁ばね用等に用いられる疲労強度の優れたばね鋼に関す
るものである。
［従来の技術］ 自動車エンジンの高出力化、車体の軽量化のため、エ
ンジン弁ばねの高応力化、懸架ばねの高応力化のニーズ
が極めて高く、これに対応するための高強度ばね鋼が強
く求められている。
ンジン弁ばねの高応力化、懸架ばねの高応力化のニーズ
が極めて高く、これに対応するための高強度ばね鋼が強
く求められている。
従来エンジンの弁ばねに使用されるばね鋼としては、
いわゆるオイルテンパー線が一般的であり、日本工業規
格ではJIS G3561、G3565、G3566等に規定されている。
いわゆるオイルテンパー線が一般的であり、日本工業規
格ではJIS G3561、G3565、G3566等に規定されている。
ところで最近の高強度化の要求は厳しいものがあり、
これらJIS等で規定される鋼では要求を満たすことが難
しくなり、さらに合金元素量を増したばね鋼が提案され
ている。（例えば特開昭59−177352、特開昭62−10704
4、特開昭62−177152）これらのばね鋼は連続炉による
焼入・焼戻処理によりオイルテンパー線に加工後、冷間
でばねに成型される。高い疲労強度が必要な場合、更に
軟窒化処理、ショットピーニング等により表面を硬化し
て使用されている。
これらJIS等で規定される鋼では要求を満たすことが難
しくなり、さらに合金元素量を増したばね鋼が提案され
ている。（例えば特開昭59−177352、特開昭62−10704
4、特開昭62−177152）これらのばね鋼は連続炉による
焼入・焼戻処理によりオイルテンパー線に加工後、冷間
でばねに成型される。高い疲労強度が必要な場合、更に
軟窒化処理、ショットピーニング等により表面を硬化し
て使用されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしこれらの鋼によっても、益々厳しくなる高応力
化の要求を満たすことは出来なかったのが実状であっ
た。
化の要求を満たすことは出来なかったのが実状であっ
た。
［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、さらにに高疲労強度が得られるばね鋼
の成分について詳細な実験を行い、化学成分を最適な配
分とすると共に、鋼中の介在物の組成を最適な範囲に調
整することにより、極めて疲労強度の高いばねが得られ
るばね鋼を発明した。すなわち本発明は 重量％で C :0.55〜0.70％,Si:1.00〜2.50％， Mn:0.50〜1.50％,Cr:0.50〜2.50％， Mo:0.10〜0.90％,V :0.05〜0.50％ を含有し、残部は実質的にFeからなる圧延線材におい
て、以下の非金属介在物の条件を満足することを特徴と
する引張強さ230kg/mm2級の強度を有する高疲労強度ば
ね鋼である。圧延線材のＬ断面において、含有する長
さｌと幅ｄの比（l/d）が５以下であり、かつ組成がSiO
2:20〜60％,Al2O3:20％以下、CaO:30％以下、MgO:30％
以下の非粘性介在物の非粘性介在物指数が10以下である
こと。上記非粘性介在物の最大の介在物の大きさが15
μ以下であること。
の成分について詳細な実験を行い、化学成分を最適な配
分とすると共に、鋼中の介在物の組成を最適な範囲に調
整することにより、極めて疲労強度の高いばねが得られ
るばね鋼を発明した。すなわち本発明は 重量％で C :0.55〜0.70％,Si:1.00〜2.50％， Mn:0.50〜1.50％,Cr:0.50〜2.50％， Mo:0.10〜0.90％,V :0.05〜0.50％ を含有し、残部は実質的にFeからなる圧延線材におい
て、以下の非金属介在物の条件を満足することを特徴と
する引張強さ230kg/mm2級の強度を有する高疲労強度ば
ね鋼である。圧延線材のＬ断面において、含有する長
さｌと幅ｄの比（l/d）が５以下であり、かつ組成がSiO
2:20〜60％,Al2O3:20％以下、CaO:30％以下、MgO:30％
以下の非粘性介在物の非粘性介在物指数が10以下である
こと。上記非粘性介在物の最大の介在物の大きさが15
μ以下であること。
ばねの疲労寿命を向上せしめるためには、熱処理後の
鋼材が高強度で且つ靭性に富むものとなるように化学成
分を調節し、また疲労破壊の起点となる硬質の非金属介
在物を少なくするとともに、ばね製造工程において、表
面軟室化、ショットピーニング、セッチング等の適切な
表面処理、表面改質、表面残留応力のコントロールが重
要である。
鋼材が高強度で且つ靭性に富むものとなるように化学成
分を調節し、また疲労破壊の起点となる硬質の非金属介
在物を少なくするとともに、ばね製造工程において、表
面軟室化、ショットピーニング、セッチング等の適切な
表面処理、表面改質、表面残留応力のコントロールが重
要である。
特に材料的には、上記の内の前二つが肝要である。
本発明者らは、ばね鋼の成分について、強度、靭性、
更に冷間での成型性の観点から研究し上記の成分系を見
出した。
更に冷間での成型性の観点から研究し上記の成分系を見
出した。
更に次のような実験を行った。
第１図は引張強さ230kg/mm2の強度を有するオイルテ
ンパー線について中村式回転曲げ疲労試験を行い、5000
万回疲労強度と非粘性介在物指数の関係を示す図であ
る。非粘性介在物指数は、圧延線材のＬ断面において、
長さｌと巾ｄの比が（l/d）≦５の非粘性介在物を、
（社）日本ばね工業会のJSMA,No,13（昭和63年１月20日
制定）の、ばね用鋼材における非金属介在物の顕微鏡試
験方法で測定し、この（l/d）≦５の非粘性介在物を該
試験方法の第４頁6.評点の決め方の欄に記載の方法で算
出した評点である。尚本発明の非粘性介在物とは、該試
験方法の対象介在物である、Ｂ系およびＣ系介在物であ
る。図中、疲労限度比は（疲労限／引張強さ）である。
ンパー線について中村式回転曲げ疲労試験を行い、5000
万回疲労強度と非粘性介在物指数の関係を示す図であ
る。非粘性介在物指数は、圧延線材のＬ断面において、
長さｌと巾ｄの比が（l/d）≦５の非粘性介在物を、
（社）日本ばね工業会のJSMA,No,13（昭和63年１月20日
制定）の、ばね用鋼材における非金属介在物の顕微鏡試
験方法で測定し、この（l/d）≦５の非粘性介在物を該
試験方法の第４頁6.評点の決め方の欄に記載の方法で算
出した評点である。尚本発明の非粘性介在物とは、該試
験方法の対象介在物である、Ｂ系およびＣ系介在物であ
る。図中、疲労限度比は（疲労限／引張強さ）である。
この図から非粘性介在物指数を10以下とすることによ
り、疲労強度が向上することが判る。
り、疲労強度が向上することが判る。
第２図は、5000万回疲労寿命付近の試験応力で試験
し、破断に至った試験片の破壊起点を観察し、疲労起点
が介在物であった場合その介在物の大きさで疲労寿命を
層別して示した図である。介在物の大きさは上記の非金
属介在物の顕微鏡試験方法で介在物の大きさを測定する
方法に従って測定した。第２図から介在物の大きさを15
μ以下にすることにより疲労寿命が極めて高くなること
が判る。すなわち疲労破壊の起点となる非粘性介在物の
最大の大きさを15μ以下にすることが重要である。
し、破断に至った試験片の破壊起点を観察し、疲労起点
が介在物であった場合その介在物の大きさで疲労寿命を
層別して示した図である。介在物の大きさは上記の非金
属介在物の顕微鏡試験方法で介在物の大きさを測定する
方法に従って測定した。第２図から介在物の大きさを15
μ以下にすることにより疲労寿命が極めて高くなること
が判る。すなわち疲労破壊の起点となる非粘性介在物の
最大の大きさを15μ以下にすることが重要である。
本発明者等は、更にこれらの非金属介在物を分析した
結果、介在物の組成がSiO2:20〜60％,Al2O3:20％以下,C
aO:30％以下,MgO:30％以下となっている場合に、非粘性
介在物指数が10以下となり且つ、大きさは15μ以下とな
ることを見出した。
結果、介在物の組成がSiO2:20〜60％,Al2O3:20％以下,C
aO:30％以下,MgO:30％以下となっている場合に、非粘性
介在物指数が10以下となり且つ、大きさは15μ以下とな
ることを見出した。
［作用］ 以下に本発明の構成要件の限定理由について説明す
る。
る。
Ｃはオイルテンパー（焼入・焼戻）により、ばねとし
て必要な強度を得るための元素であり、0.55％未満では
強度が得られず、一方0.70％を越すと靭性、延性の低下
が著しく冷間でのばね成型が困難となるので避けなけれ
ばならない。
て必要な強度を得るための元素であり、0.55％未満では
強度が得られず、一方0.70％を越すと靭性、延性の低下
が著しく冷間でのばね成型が困難となるので避けなけれ
ばならない。
Siはフェライト地に固溶し強度を上げ耐へたり性を確
保するため必要で、1.00％以上必要であるが、2.50％を
越すと靭性の低下をもたらすと共に、製造時の脱炭が著
しくなるので避けなければならない。
保するため必要で、1.00％以上必要であるが、2.50％を
越すと靭性の低下をもたらすと共に、製造時の脱炭が著
しくなるので避けなければならない。
Mnは焼入性を高め、熱処理後の強度と靭性を確保する
ための元素で0.50％以上必要である。1.50％を越した場
合靭性が損われるので避けなければならない。
ための元素で0.50％以上必要である。1.50％を越した場
合靭性が損われるので避けなければならない。
CrはMnと同じように焼入性を高め、ばね強靭性を高め
るための元素で、0.50％以上必要である、2.50％を越え
るとへたり性を劣化せしめるので特許請求の範囲から除
いた。
るための元素で、0.50％以上必要である、2.50％を越え
るとへたり性を劣化せしめるので特許請求の範囲から除
いた。
Moは熱処理により微細な炭化物を析出し強度、へたり
性を向上せしめる元素で、そのため0.10％以上必要であ
る。0.90％を越えてもそれ以上の効果が得られないため
請求の範囲から除いた。
性を向上せしめる元素で、そのため0.10％以上必要であ
る。0.90％を越えてもそれ以上の効果が得られないため
請求の範囲から除いた。
Ｖは結晶粒の微細化、および析出硬化による強度の向
上、へたり性の改善する元素でそのため0.05％以上必要
であり、0.50％を越えて添加してもそれ以上の効果が得
られないため、請求の範囲から除いた。
上、へたり性の改善する元素でそのため0.05％以上必要
であり、0.50％を越えて添加してもそれ以上の効果が得
られないため、請求の範囲から除いた。
次に本発明では介在物の形態、量あるいは更に組成を
規定している。これは上述のように鋼の成分を規定し、
熱処理により高強度化した場合に、疲労破壊の起点とな
る硬質の介在物を少なくすることにより疲労特性を向上
せしめるための技術であり、本発明のポイントの一つで
ある。
規定している。これは上述のように鋼の成分を規定し、
熱処理により高強度化した場合に、疲労破壊の起点とな
る硬質の介在物を少なくすることにより疲労特性を向上
せしめるための技術であり、本発明のポイントの一つで
ある。
非粘性介在物指数が10を越えた場合、および非粘性介
在物中の最大の介在物の大きさが15μを越えた場合、疲
労特性が低下するので避けなければならない。
在物中の最大の介在物の大きさが15μを越えた場合、疲
労特性が低下するので避けなければならない。
このような介在物の形態を得る介在物の組成として
は、SiO2が20〜60％を含んでいることが必要である。20
％未満では鋼中の酸化物が増加し、又60％を越えた場合
硬質なSiO2が多過ぎて疲労強度が低下する。
は、SiO2が20〜60％を含んでいることが必要である。20
％未満では鋼中の酸化物が増加し、又60％を越えた場合
硬質なSiO2が多過ぎて疲労強度が低下する。
Al2O3については20％を越えると硬質の介在物の量が
増すので避けなければならない。
増すので避けなければならない。
CaOの含有量が30％を越えると硬質の介在物となるの
で適正な範囲は30％以下である。
で適正な範囲は30％以下である。
MgOについては30％を越えると硬質なMgO系介在物とな
るのでその範囲を30％以下とした。尚上記の介在物組成
を得る製造方法は、特に限定するものでなく通常の取鍋
精錬法等により上記組成となるように調整するものであ
る。
るのでその範囲を30％以下とした。尚上記の介在物組成
を得る製造方法は、特に限定するものでなく通常の取鍋
精錬法等により上記組成となるように調整するものであ
る。
［実施例］ 以下に実施例を挙げてさらに詳細に説明する。第１表
に示した化学成分を有する鋼を、270t転炉、取鍋精錬、
連続鋳造法により溶製、鋳造後、直径8mmの線材に圧延
した。
に示した化学成分を有する鋼を、270t転炉、取鍋精錬、
連続鋳造法により溶製、鋳造後、直径8mmの線材に圧延
した。
この線材を通常の方法でオイルテンパー線に加工後、
冷間でばねに成型、低温焼鈍、窒化、ショットピーニン
グ、セッチング等を経て自動車用の弁ばねに加工した。
ばね硬さとしては、最終の硬さでHRC 56となるように調
節した。第２表にはこのばねの諸元を示した。
冷間でばねに成型、低温焼鈍、窒化、ショットピーニン
グ、セッチング等を経て自動車用の弁ばねに加工した。
ばね硬さとしては、最終の硬さでHRC 56となるように調
節した。第２表にはこのばねの諸元を示した。
このばねについて、平均応力70kg/mm2、応力 振幅50kg/mm2で疲労試験をした結果、第１表中のＡ−１
〜Ａ−３までの本発明鋼によるばねは、5000万回を越え
ても折損することがなかったが、比較例のＢ−１〜Ｂ−
２によるばねは全て折損した。
〜Ａ−３までの本発明鋼によるばねは、5000万回を越え
ても折損することがなかったが、比較例のＢ−１〜Ｂ−
２によるばねは全て折損した。
［発明の効果］ 以上詳しく説明した如く、本発明はばねの疲労寿命の
向上に成功したもので、疲労強度が向上した結果、ばね
の設計応力を高くとることができ、ばねの軽量化、体積
の低減等を通じて、自動車の性能向上を図ることが可能
となった。
向上に成功したもので、疲労強度が向上した結果、ばね
の設計応力を高くとることができ、ばねの軽量化、体積
の低減等を通じて、自動車の性能向上を図ることが可能
となった。
第１図は比張強さ230kg/mm2の強度を有するオイルテン
パー線についての疲労強度と非粘性介在物指数の関係を
示す図、 第２図は5000万回疲労寿命付近の試験応力で試験し、破
断に至った介在物の大きさで疲労寿命を層別して示した
図である。
パー線についての疲労強度と非粘性介在物指数の関係を
示す図、 第２図は5000万回疲労寿命付近の試験応力で試験し、破
断に至った介在物の大きさで疲労寿命を層別して示した
図である。
フロントページの続き (72)発明者 高田 司 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株 式会社室蘭製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭62−99437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−107044（ＪＰ，Ａ) 「ＪＳＭＡ Ｎｏ．13（1988）ばね用 鋼材における非金属介在物の顕微鏡試験 方法 昭和63年１月20日制定 ばね技術 研究会審議」（昭和63年４月20日）日本 ばね工業会発行Ｐ．１〜12
Claims (1)
- 【請求項１】重量％で C :0.55〜0.70％,Si:1.00〜2.50％， Mn:0.50〜1.50％,Cr:0.50〜2.50％， Mo:0.10〜0.90％,V :0.05〜0.50％ を含有し、残部は実質的にFeからなる圧延線材におい
て、非金属介在物が圧延線材のＬ断面において、長さｌ
と幅ｄの比（l/d）が５以下であり、かつ組成がSiO2:20
〜60％,Al2O3:20％以下、CaO:30％以下、MgO:30％以下
の非粘性介在物の非粘性介在物指数が10以下であり、か
つ該非粘性介在物中最大の介在物大きさが、15μ以下で
あること、を特徴とする、引張り強さ230kg/mm2級の強
度を有する高疲労強度ばね鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258385A JP2610965B2 (ja) | 1988-10-15 | 1988-10-15 | 高疲労強度ばね鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63258385A JP2610965B2 (ja) | 1988-10-15 | 1988-10-15 | 高疲労強度ばね鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02107746A JPH02107746A (ja) | 1990-04-19 |
| JP2610965B2 true JP2610965B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=17319507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63258385A Expired - Lifetime JP2610965B2 (ja) | 1988-10-15 | 1988-10-15 | 高疲労強度ばね鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2610965B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3173756B2 (ja) * | 1994-07-28 | 2001-06-04 | 株式会社東郷製作所 | コイルばねの製造方法 |
| JP3595901B2 (ja) * | 1998-10-01 | 2004-12-02 | 鈴木金属工業株式会社 | 高強度ばね用鋼線およびその製造方法 |
| WO2000077271A1 (fr) | 1999-06-16 | 2000-12-21 | Nippon Steel Corporation | Tige de fil d'acier a teneur elevee en carbone presentant une excellente capacite d'etirage et de resistance a la fatigue apres etirage du fil |
| BR0006880A (pt) * | 1999-06-16 | 2001-08-07 | Nippon Steel Corp | Aço superlimpo |
| KR100711370B1 (ko) | 2003-03-28 | 2007-05-02 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 가공성이 우수한 고강도 스프링용 강선 및 고강도 스프링 |
| KR100949373B1 (ko) * | 2006-03-31 | 2010-03-25 | 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 | 고강도 스프링용 열처리 강 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61136612A (ja) * | 1984-12-04 | 1986-06-24 | Kobe Steel Ltd | 高Ｓｉばね用清浄鋼の製造法 |
| JPH0674485B2 (ja) * | 1985-10-26 | 1994-09-21 | 新日本製鐵株式會社 | 高清浄度鋼 |
| JPS62107044A (ja) * | 1985-11-05 | 1987-05-18 | Nippon Steel Corp | 疲労強度の優れたばね鋼 |
-
1988
- 1988-10-15 JP JP63258385A patent/JP2610965B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「ＪＳＭＡ Ｎｏ．１３（１９８８）ばね用鋼材における非金属介在物の顕微鏡試験方法 昭和６３年１月２０日制定 ばね技術研究会審議」（昭和６３年４月２０日）日本ばね工業会発行Ｐ．１〜１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02107746A (ja) | 1990-04-19 |
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