JP2683960B2 - 高強度ばね用鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機器、各
種産業機械等において使用される高強度ばね用鋼に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車は燃料費節減のため、軽量
化が強く要求されており、この要望は種々のパーツに及
んでいて懸架装置もその例外ではない。その対策として
は、懸架ばねの設計応力を高く設定することが考えられ
る。すなわち、ばねを高強度化することが効果的であ
る。現在、懸架ばね用鋼としては、Ｓｉ−Ｍｎ系ではＪ
ＩＳのＳＵＰ７、Ｓｉ−Ｃｒ系ではＳＵＰ１２が主に用
いられているが、さらに設計応力を高くするには、これ
らの鋼種を高強度化したものを用いる必要がある。一般
に鉄鋼材料の強度は、硬度と相関性が強いので、高強度
化ということはすなわち高硬度化することである。

【０００３】

【発明を解決しようとする課題】しかし、ばね用鋼を高
硬度化すると靭性が低下する心配があった。要するに現
用のばね用鋼以上の硬さを得るには靭性の低下は免れな
いことであった。そこで懸架ばねを高硬度化する際に、
その信頼性を保証するには靭性も現用鋼以上にする必要
があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、硬さと靭
性に及ぼす各種元素の影響を調査した結果、次の関係式
が得られた。 硬さ（Ｈｖ）＝390.5＋158.6（Ｃ％）＋50.5（Ｓｉ％）
＋2.862（Ｍｎ％） ＋21.64（Ｃｒ％）＋71.45（Ｍｏ％）＋73.03（Ｖ％） ＋82.08（Ｎｂ％）＋79.09（Ａｌ％）（重相関係数Ｒ＝
0.972） 靭性（２mmＵノッチシャルピー衝撃値Kg・f-m/cm²） ＝6.772−6.104（Ｃ％）−0.025（Ｓｉ％）−0.511（Ｍ
ｎ％） −0.038（Ｃｒ％）＋2.394（Ｍｏ％）＋1.033（Ｖ％） −1.343（Ｎｂ％）＋9.098（Ａｌ％）（重相関係数Ｒ＝
0.833） ただし、上記関係式は焼入れにより十分にマルテンサイ
ト組織にしたものを４００℃の温度で焼戻した場合の計
算式である。これらの結果より、硬さ及び靭性は合金元
素と非常に高い相関性が得られることが判明した。すな
わち、高硬度を得るにはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｖ、Ｎｂ及びＡｌの量をそれぞれ調整し、一方靭性を高
くするには、Ｍｏ、Ｖ及びＡｌの量を調整することによ
って高硬度でかつ高靭性を有する高強度ばね用鋼が得ら
れるという知見を得て、本発明を完成した。

【０００５】すなわち本発明は、重量％で、Ｃ：０．５
０〜０．７０％、Ｓｉ：１．００〜２．５０％、Ｍｎ
０．３０〜０．５０％未満、Ｃｒ：０．８０〜１．２０
％未満、Ｍｏ：０．０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜
０．３０％、Ｎｂ：０．０１〜０．３０％、Ａｌ：０．
００５〜０．１００％を含有し、残部はＦｅ及び不可避
的不純物からなり、さらにこの成分範囲内で前記計算式
による硬さが５９３以上で靭性の数値が３．７以上にな
る成分組成を選択することを特徴とする高強度ばね用鋼
である。

【０００６】

【作用】本発明における成分の限定理由は、次のとおり
である。Ｃ：Ｃは鋼の強度を高めるのに、有効な元素で
あるが、0.50％未満ではばねとしての必要な強度を得る
ことができず、0.70％を超えるとばねが脆くなり過ぎる
ので、0.50〜0.70％の範囲とした。

【０００７】Ｓｉ：Ｓｉはフェライト中に固溶すること
により鋼の強度を向上させるのに有効な元素であるが、
1.00％未満では、ばねとしての必要な強度を得ることが
できず、2.50％を超えると、ばねを熱間で加熱成形する
際、表面の脱炭を生じ易く、ばねの耐久性に悪い影響を
与えるので、1.00〜2.50％の範囲内とした。

【０００８】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の焼入性を向上させるのに
有効な元素であり、0.30％を超えて必要であるが、0.50
％以上になると靭性を阻害するため、その範囲を0.30
〜.0.50％未満とした。

【０００９】Ｃｒ：Ｃｒは鋼の強度を高めるのに有効な
元素であるが、0.80％未満ではばねとしての必要な強度
を得ることができず、1.20％以上では靭性が劣化するの
で、その範囲を0.80〜1.20％未満とした。

【００１０】Ｍｏ：Ｍｏは焼入性を確保し、鋼の強度と
靭性を高める元素であるが、0.05％未満ではそれらの効
果を十分に期待することができず、又、0.30％を超える
と粗大炭化物を析出しやすく、ばね特性を劣化させるの
で、その範囲を0.05〜0.30％とした。

【００１１】Ｖ：Ｖは、鋼の強度を高める元素である
が、0.05％未満ではその効果を十分に期待することがで
きず、又、0.30％を超えるとオーステナイト中に溶解さ
れない炭化物が増加し、ばね特性を劣化させるため、そ
の範囲を0.05〜0.30％とした。

【００１２】Ｎｂ：Ｎｂは結晶粒を微細化し、鋼の強度
を高める元素であるが、0.01％未満ではその効果を十分
に期待することができず、又、オーステナイト中に溶解
されない炭化物の増加、ばね特性の劣化等を考慮して、
その範囲を0.01〜0.05％未満とした。

【００１３】Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸剤及びオーステナイ
ト結晶粒度の調整を図るために必要な元素であり、0.00
5％を下まわる場合には結晶粒の微細化が図れず、一
方、0.100％を超えると鋳造性を低下させ易くなるか
ら、その範囲を0.005〜0.100％とした。

【００１４】本発明鋼は以上のような成分を有するもの
であるが、この成分範囲より、前記計算式による硬さと
靭性の数値の優れた成分組成を選択してばね鋼の組成を
決定し、その製造に際しては、通常の製鋼、造塊あるい
は連続鋳造、分塊圧延さら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できる。その後熱間コイル
ばね成形、焼入れ焼戻し、ショットピーニング及びセッ
チングなどの加工処理を行い、高強度コイルばねが得ら
れる。

【００１５】

【実施例】表１に供試鋼の化学成分を示す。

【００１６】

【表１】 上記表１に示す各供試材につき、焼入れ後４００℃で焼
もどしたときの硬さとシャルピ−値との関係を表２に示
す。

【００１７】

【表２】 表２から発明鋼が比較鋼に比べてシャルピ−値が高いこ
とがわかる。次に発明鋼Ｎｏ．２５、比較鋼Ｎｏ．１２
を用いて鋼塊を作成し、圧延比５０以上で熱間圧延し、
熱間ばね成形焼入れ焼もどし、ショットピ−ニング及び
セッチングを行った。

【００１８】表３は供試ばねの諸元である。ばねの硬さ
は発明鋼がＨｖ５８０、比較鋼がＨｖ５３０になるよう
に調整した。

【００１９】

【表３】

【００２０】これらのばねを用いて耐久試験を行った結
果を表４に示す。発明鋼は比較鋼より応力を高めても同
等の寿命は確保できることを示している。

【００２１】

【表４】

【００２２】又、表５は同じくコイルばねの締付試験の
結果である。発明鋼は比較鋼より高応力な条件の下でも
比較鋼と同等の耐へたり性を確保できることを示してい
る。すなわち、発明鋼は従来鋼より高応力で使用される
ばねに適用することができる高強度ばね鋼である。した
がって、従来よりばねを高強度すなわち高硬度にして
も、シャルピ−値が高いので、ばねの信頼性を保証する
ことができる。

【００２３】

【表５】

【００２４】

【発明の効果】本発明鋼は、コイルばねに適用した場
合、耐久回数すなわち寿命及び耐へたり性が優れている
高強度ばね用鋼で、各種産業用機器に組み込んで効果が
大きい。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．５０〜０．７０％、
   Ｓｉ：１．００〜２．５０％、Ｍｎ：０．３０〜０．５
   ０％未満、Ｃｒ：０．８０〜１．２０％未満、Ｍｏ：
   ０．０５〜０．３０％、Ｖ：０．０５〜０．３０％、Ｎ
   ｂ：０．０１〜０．０５％未満、Ａｌ：０．００５〜
   ０．１００％を含有し、残部はＦｅ及び不可避的不純物
   からなり、さらに前記成分組成の範囲内で 硬さ（Ｈｖ）＝３９０．５＋１５８．６（Ｃ％）＋５
   ０．５（Ｓｉ％）＋２．８６２（Ｍｎ％）＋２１．６４
   （Ｃｒ％）＋７１．４５（Ｍｏ％）＋７３．０３（Ｖ
   ％）＋８２．０８（Ｎｂ％）＋７９．０９（Ａｌ％）
   （重相関係数Ｒ＝０．９７２） 靭性（２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値Ｋｇ・ｆ−ｍ／
   ｃｍ ^２ ）＝６．７７２−６．１０４（Ｃ％）−０．０２
   ５（Ｓｉ％）−０．５１１（Ｍｎ％）−０．０３８（Ｃ
   ｒ％）＋２．３９４（Ｍｏ％）＋１．０３３（Ｖ％）−
   １．３４３（Ｎｂ％）＋９．０９８（Ａｌ％）（重相関
   係数Ｒ＝０．８３３） からなる計算式を満足して焼入れにより十分にマルテン
   サイト組織にしたものを４００℃の温度で焼戻した成分
   組成のうち、該硬さの数値が５９３以上と靭性の数値が
   ３．７以上の優れた成分組成を選択してな ることを特徴
   とする高強度ばね用鋼。