JP2823965B2

JP2823965B2 - ダイヤフラムスプリング用鋼の製造方法

Info

Publication number: JP2823965B2
Application number: JP2507791A
Authority: JP
Inventors: 恆年洲崎; 知義岩尾; 照夫田中; 利郎山田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH0693338A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のクラッチ等に
組み込まれるダイヤフラムスプリングとして使用される
鋼を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のクラッチ等に組み込まれるダイ
ヤフラムスプリングは、エンジンの高出力化に伴って過
酷な使用雰囲気に晒される。たとえば、雰囲気温度は、
従来のエンジンでは最高１５０℃程度であったものが、
温間ともいえる２５０〜３５０℃程度まで上昇してい
る。その結果、常温で十分なバネ特性をもつものであっ
ても、温間でへたりが生じ、急激にバネとしての特性を
劣化させることになる。また、車両用クラッチに限ら
ず、機器の能力向上が求められるに従って、各種機器に
組み込まれるダイヤフラムスプリング等の皿バネに対す
る要求特性が厳しくなっている。

【０００３】この種のダイヤフラムスプリング用鋼とし
ては、ＳＫ５等の炭素工具鋼が従来から使用されてい
る。しかしながら、炭素工具鋼では、温度の上昇に伴っ
てへたりが急激に進行する。この点で、温間における耐
へたり性に優れた鋼が強く求められている。また、バネ
として使用されることから、繰返し荷重に耐える疲労強
度をもつことも要求される。耐へたり性を材質面から改
善するためには、鋼に対するＳｉ含有量を増加させれば
よい。たとえば、ＪＩＳＧ４８０１に規定されている
ＳＵＰ６や更にＳｉを増量したＳＵＰ７等が、耐へたり
性を要求されるバネとして使用されている。また、特開
平２−２４０２４０号公報では、ＳｉやＭｎ等を増量す
ると共に、Ｍｏの添加によって焼入れ性を高めた鋼が紹
介されている。熱処理等で耐へたり性を向上させる手段
としては、焼入れ・焼戻し後に塑性歪みを与え、２５０
〜３５０℃で歪み時効を行うことが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｓｉを多量に
含有するＳＵＰ６，ＳＵＰ７等の鋼は、室温での耐へた
り性に優れているものの、昇温に伴って耐へたり性が劣
化し、温間で十分な特性を呈さない。また、塑性歪を付
与した後で歪時効を行うとき、バネ製造工程に多数の熱
処理及び加工工程が必要とされることから、製造コスト
が上昇する。この点で、特殊な熱処理を必要とすること
なく、焼入れ・焼戻しのままで耐温間へたり性に優れた
材料が望まれている。本発明は、このような要求に応え
るべく案出されたものであり、焼戻し後の強度を上昇さ
せ且つ焼戻し時に微細な炭化物を析出させるように合金
成分及び製造条件に改良を加えることにより、耐温間へ
たり性，疲労強度，焼戻し軟化抵抗等に優れたダイヤフ
ラムスプリング用鋼を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤフラムス
プリング用鋼製造方法は、その目的を達成するため、
Ｃ：０．４〜０．８重量％，Ｓｉ：０．５〜２．５重量
％，Ｍｎ：０．３〜２．０重量％，Ｃｒ：０．１重量％
以上で１．０重量％未満，Ｍｏ：０．１〜０．５重量％
及びＡｌ：０．０２０重量％以下を含み、残部が実質的
にＦｅの組成をもつ鋼をＡｃ₃ 変態点以上の温度に加熱
してオーステナイト化した後、焼入れし、焼戻し硬度が
ＨＶ４００〜５５０となるように焼き戻しすることを特
徴とする。

【０００６】

【作用】本発明者等は、焼入れ性及び耐温間へたり性に
及ぼす合金元素の作用及び製造条件の影響等について、
幅広い検討を行うと共に、数多くの実験を積み重ねた。
その結果、耐温間へたり性を向上させるためには、焼戻
し後の強度を向上させると共に、焼戻し時に微細な炭化
物を析出させることが有効であることを解明した。そこ
で、これら２点を同時に達成するように、ＳＫ５等の炭
素工具鋼に比較してより高温で焼戻し、且つ焼戻しの際
にバネとして必要な強度を持ち合わせるように焼戻し軟
化抵抗を高め、同時に焼戻し時に微細な炭化物が析出す
るように合金成分を調整することによって、耐温間へた
り性に極めて優れた鋼が得られることを見い出した。疲
労強度に関しては、鋼中の酸素と結合して介在物を形成
するＡｌを一定量以下に抑えることにより、疲労破壊の
起点となる硬質な介在物の代表的なものであるアルミナ
の量を低減させる。また、これによって、硬さが上昇し
たときの疲労強度の劣化を防ぐことができる。

【０００７】以下、本発明を具体的に説明する。本発明
にあっては、従来の鋼に比較してより高温で焼き戻した
際にバネとして必要な硬さを確保するため、焼戻し軟化
抵抗の改善に大きな作用を発揮するＳｉを添加してい
る。そして、Ｓｉ添加に起因する黒鉛化の発生は、Ｃｒ
の添加によって抑制している。この条件下でＭｏを添加
するとき、Ｍｏ炭化物を析出させることが可能となる。
Ｍｏ炭化物は、へたりの原因である転位の移動を阻止
し、耐温間へたり性を向上させる上で有効な析出物であ
る。また、、Ａｌ含有量を０．０２０重量％以下に抑え
るとき、疲労強度に対するアルミナ系介在物の悪影響が
なくなる。強度の上昇に伴って、耐温間へたり性は向上
する。しかし、過度に強度が高くなるとき、疲労強度は
却って低下する。そこで、高い耐へたり性と高疲労強度
を両立させるために、焼戻し後の強度や硬度等を所定の
範囲に収めることが不可欠である。このようなことか
ら、合金成分及び成分条件を特定した。

【０００８】以下、本発明で使用する鋼の成分及び製造
条件について説明する。Ｃ：Ｃは、鋼の強度を高める上で重要な元素である。
そして、焼入れ・焼戻しにより、バネ用鋼として必要な
強度を得る上から、少なくとも０．４重量％含有させる
ことが必要である。しかし、Ｃの含有量が多すぎると、
焼き割れが発生し易くなるばかりでなく、靭性が劣化す
る。そこで、Ｃ含有量の上限を０．８重量％に設定し
た。Ｓｉ：炭素工具鋼と比較して高温で焼戻しを行った際
に、バネとして必要な強度を確保させると共に、焼戻し
軟化抵抗を高める上で重要な元素である。この作用を発
揮させるため、Ｓｉを０．５重量％以上の含有量で含ま
せる。しかし、Ｓｉ含有量が２．５重量％を超えると
き、バネ用鋼として有害な内部酸化や脱炭等が生じ易く
なるばかりでなく、熱間圧延や焼鈍等の際に黒鉛化が促
進される。そこで、Ｓｉの上限を２．５重量％に設定し
た。

【０００９】Ｍｎ：Ｍｎは、鋼の脱酸に有効であると共に、焼入れ
性を向上させる元素である。これらの効果を得るために
は、Ｍｎを０．３重量％以上含有させることが必要であ
る。しかし、Ｍｎ含有量が２．０重量％を超えるとき、
焼入れ・焼戻し後に靭性の劣化が著しくなり、またＭｓ
点の低下に伴ってマルテンサイト変態が十分に行われな
くなる。そこで、Ｍｎ含有量の上限を２．０重量％に設
定した。Ｃｒ：多量のＳｉを含有させることにより促進される
黒鉛化及び内部酸化を抑制すると同時に、Ｍｎと同様に
焼入れ性を向上させる上で重要な元素である。Ｃｒの作
用を有効に発揮させるためには、０．１重量％以上の含
有量が必要である。しかし、Ｃｒ含有量が１．０重量％
以上になると、焼入れ・焼戻し後の靭性の劣化が著しく
なる。

【００１０】Ｍｏ：Ｍｏは、冷延，焼鈍後において鋼中で炭化物を
形成している。このＭｏは、鋼がＡｃ₃ 変態点以上の温
度に加熱されたときオーステナイト相に固溶し、焼入れ
時にマルテンサイト相に固溶する。そして、焼戻し時に
炭化物として微細に析出することにより、耐温間へたり
性を著しく向上させる。この点で、Ｍｏは、重要な働き
をする元素であり、０．１重量％以上含有させることが
必要である。しかし、Ｍｏ含有量が０．５重量％を超え
るとき、耐へたり性を向上させる効果が飽和するばかり
でなく、Ａｃ₃ 変態点以上の温度に加熱された際にオー
ステナイト相に固溶しない比較的粗大な未溶解炭化物の
量が多くなる。この未溶解炭化物は、非金属介在物と同
様に疲労強度を低下させる。そこで、本発明において
は、Ｍｏ含有量の上限を０．５重量％に設定した。Ａｌ：ダイヤフラムスプリングとして使用される鋼材
には、繰返しの曲げ疲労やねじり疲労等が加えられる。
この種の疲労に対して、硬質の介在物は非常に有害な影
響を与える。そこで、硬質介在物の代表的なものである
アルミナ系介在物に起因する悪影響を抑制するため、Ａ
ｌの含有量を０．０２０重量％以下に抑えることが必要
である。

【００１１】以上の成分・組成をもつ鋼は、通常の熱
延，焼鈍，冷延工程を経た後、バネとして必要な強度を
得るための焼入れ・焼戻しが施される。焼入れは、Ａｃ
₃ 変態点以上の温度に鋼を加熱してオーステナイト化し
た後で、急冷することにより行われる。その後、焼き戻
しされるが、本発明においては、焼戻し後の硬度をＨＶ
４００〜５５０の範囲に設定している。硬度がＨＶ４０
０未満のときには、ダイヤフラムスプリングとして要求
される強度が不足し、且つ温間でへたりの進行が著しく
なる。他方、硬度がＨＶ５５０を超えると、切欠き感受
性が強くなり、製造上から表層面に不可避的に付けられ
る微小な疵や介在物等を起点として疲労破壊を起こす頻
度が高くなる。その結果、疲労強度が低下する。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。本実施例
においては、表１に示した成分・組成をもつ供試材を使
用した。なお、表１の記号Ａ〜Ｂは本発明で規定した成
分・組成の範囲にある鋼を示し、記号Ｃ〜Ｇは比較鋼を
示す。

【００１３】

【００１４】表１に示した成分の鋼を熱間圧延して板厚
３．５ｍｍの熱延板とし、この熱延板に焼鈍を施した。
そして、圧延率３５％の冷間圧延を行い、板厚２．３ｍ
ｍの冷延鋼板を製造した。得られた冷延鋼板に６８０℃
で１０時間の焼鈍を１回施し、続いてＡｃ₃ 変態点を超
える温度８５０〜９００℃で１０分間加熱した後、油焼
入れし、その後３０分間種々の温度で焼戻しを行うこと
により、焼戻し硬度を変化させた。この焼入れ・焼戻し
材を使用して、疲労特性及び耐へたり性を調べた。疲労
試験は、両振の平面曲げ疲労で行った。供試材として、
本発明に従った鋼Ａ，Ｂ、比較鋼Ｄを使用した。試験片
の表面及び端面を４００番のエメリー紙で研磨した後、
試験に供した。試験温度は、室温及び２５０℃に設定し
た。試験結果を、表２に示す。

【００１５】

【００１６】表２から明らかなように、本発明に従った
鋼Ｂは、焼入れ・焼戻し後の硬さが比較鋼Ｄとほぼ同等
であるにも拘らず、室温及び２５０℃における疲労強度
は何れも比較鋼Ｄに比べて優れていることが判る。これ
は、鋼ＢのＡｌ含有量が０．０２０重量％以下であるた
め、疲労破壊の起点となる硬質の介在物量が少ないこと
に起因するものと考えられる。また、成分及び組成が本
発明で規定する範囲にあっても、焼戻し硬さがＨＶ５５
０を超えるとき、疲労強度が減少していることが判る。

【００１７】耐へたり性は、リラクセーション試験によ
り調査した。試験温度は３５０℃、初期歪みは１．０
％、保持時間は１２時間にそれぞれ設定し、保持前後で
の荷重の低下率をリラクセーション率として表した。試
験結果を、表３に示す。比較鋼Ｃ及びＥは、それぞれＣ
含有量及びＳｉ含有量が少ないため、比較例で示すよう
にリラクセーション率が高い値を示している。また、Ｍ
ｏが添加されていない比較鋼Ｆは、耐温間へたり性に有
効なＭｏ炭化物が析出していないため、極めて高いリラ
クセーション値を示している。更に、成分及び組成に関
して本発明で規定した範囲にある鋼Ａ，Ｂでも、比較例
IIとして示すように、焼戻し温度が高くなり、焼戻し硬
度がＨＶ４００を下回るようになると、リラクセーショ
ン値がそれほど低いものになっていない。これに対し
て、鋼の成分・組成及び焼き戻し硬さが本発明で規定す
る条件を満足するものにあっては、比較例及び２の何れ
に比べても著しく低いリラクセーション率を示してい
る。この結果、本発明に従って得られた鋼は、温間での
耐へたり性に優れていることが判る。

【００１８】

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、鋼の成分・組成及び製造条件を特定することによ
り、疲労強度及び耐温間へたり性の双方に優れたダイヤ
フラムスプリング用鋼が得られる。このようにして得ら
れたダイヤフラムスプリング用鋼は、過酷な使用環境に
曝される各種器機に組み込まれたとき、長期間にわたっ
て安定した特性を示し、器機の信頼性を向上させる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田利郎大阪府堺市石津西町５番地日新製鋼株式会社鉄鋼研究所内 (56)参考文献特開昭62−177152（ＪＰ，Ａ) 特開平２−240240（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21D 6/00 C21D 9/00 - 9/44 C21D 9/50 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．４〜０．８重量％，Ｓｉ：０．
５〜２．５重量％，Ｍｎ：０．３〜２．０重量％，Ｃ
ｒ：０．１重量％以上で１．０重量％未満，Ｍｏ：０．
１〜０．５重量％及びＡｌ：０．０２０重量％以下を含
み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ鋼をＡｃ₃ 変態点
以上の温度に加熱してオーステナイト化した後、焼入れ
し、焼戻し硬度がＨＶ４００〜５５０となるように焼き
戻しすることを特徴とするダイヤフラムスプリング用鋼
の製造方法。