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 |
WO2000077270A1 (fr) * | 1999-06-16 | 2000-12-21 | Nippon Steel Corporation | Acier fortement nettoye |
EP1114879B1 (en) | 1999-06-16 | 2006-08-16 | Nippon Steel Corporation | High carbon steel wire rod excellent in drawability and fatigue resistance after wire drawing |
CN100445408C (zh) * | 2003-03-28 | 2008-12-24 | 株式会社神户制钢所 | 加工性优异的高强度弹簧用钢丝以及高强度弹簧 |
WO2007114490A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Nippon Steel Corporation | 高強度ばね用熱処理鋼 |
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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