JP3097606B2 - 高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 - Google Patents
高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はオイルテンパー線、
特に自動車のエンジン弁ばねやトランスミッション内部
で用いられるばね等の高強度ばね用として用いられる高
強度高靱性オイルテンパー線に関するものである。
特に自動車のエンジン弁ばねやトランスミッション内部
で用いられるばね等の高強度ばね用として用いられる高
強度高靱性オイルテンパー線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車の低燃費化に対応して、近年、自
動車のエンジンやトランスミッションの小型軽量化が進
められている。それに伴ってエンジンの弁ばねやトラン
スミッション用のばねに負荷される応力は年々厳しくな
っており、用いられるばね材料にも一層の高強度化が求
められている。これらエンジンの弁ばねやトランスミッ
ションのばねには主として弁ばね用シリコンクロム鋼オ
イルテンパー線や、さらにこれらに炭素量を増やしたり
炭化物形成元素を添加した高強度シリコンクロム鋼オイ
ルテンパー線が用いられている。
動車のエンジンやトランスミッションの小型軽量化が進
められている。それに伴ってエンジンの弁ばねやトラン
スミッション用のばねに負荷される応力は年々厳しくな
っており、用いられるばね材料にも一層の高強度化が求
められている。これらエンジンの弁ばねやトランスミッ
ションのばねには主として弁ばね用シリコンクロム鋼オ
イルテンパー線や、さらにこれらに炭素量を増やしたり
炭化物形成元素を添加した高強度シリコンクロム鋼オイ
ルテンパー線が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの材料
を高強度化するのに伴い材料の靱性が劣化し、ばね成形
中に折損を起こすという問題点がある。
を高強度化するのに伴い材料の靱性が劣化し、ばね成形
中に折損を起こすという問題点がある。
【０００４】このような問題に対し、特公平3-6981号公
報に示されるように添加Ｖ量と焼入れ条件を規定して結
晶粒度番号を10以上にすることによって靱性を向上させ
る例がある。しかし、この条件では靱性に悪影響を与え
る炭化物を焼入れの加熱時に完全に固溶することができ
ず、特に靱性に大きく影響する直径0.2μｍ以上の球状
炭化物が残ってしまい大幅な靱性の向上を図ることが不
可能である。
報に示されるように添加Ｖ量と焼入れ条件を規定して結
晶粒度番号を10以上にすることによって靱性を向上させ
る例がある。しかし、この条件では靱性に悪影響を与え
る炭化物を焼入れの加熱時に完全に固溶することができ
ず、特に靱性に大きく影響する直径0.2μｍ以上の球状
炭化物が残ってしまい大幅な靱性の向上を図ることが不
可能である。
【０００５】また、靱性に悪影響を与える球状炭化物を
減らす方法として、特開平8-176730号公報に示されるよ
うに、焼入れ時の加熱温度を比較的高温にする方法があ
る。しかし、この方法では球状炭化物は減少するものの
結晶粒径が粒度番号で８〜９程度と粗大になり、靱性を
飛躍的に向上させることはできない。
減らす方法として、特開平8-176730号公報に示されるよ
うに、焼入れ時の加熱温度を比較的高温にする方法があ
る。しかし、この方法では球状炭化物は減少するものの
結晶粒径が粒度番号で８〜９程度と粗大になり、靱性を
飛躍的に向上させることはできない。
【０００６】さらに、特開平9-71843号公報に示される
ように加熱温度が比較的高温であるものの加熱時間を短
くすることで球状炭化物の密度を減らす方法があり、こ
の方法では結晶粒度の粗大化が起こる可能性も低いと考
えられる。しかし、この方法で規定された加熱条件で
は、まだ小数ながら直径0.2μｍ以上の球状炭化物が
残存する、直径0.15μｍ以上で著しく靱性に悪影響を
与えるクロム炭化物も完全には溶解しきれないという問
題があり、靱性の向上に限界がある。
ように加熱温度が比較的高温であるものの加熱時間を短
くすることで球状炭化物の密度を減らす方法があり、こ
の方法では結晶粒度の粗大化が起こる可能性も低いと考
えられる。しかし、この方法で規定された加熱条件で
は、まだ小数ながら直径0.2μｍ以上の球状炭化物が
残存する、直径0.15μｍ以上で著しく靱性に悪影響を
与えるクロム炭化物も完全には溶解しきれないという問
題があり、靱性の向上に限界がある。
【０００７】従って、本発明の主目的は、高強度でかつ
高靱性を有するばね用オイルテンパー線とその製造方法
を提供することにある。
高靱性を有するばね用オイルテンパー線とその製造方法
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明等は種々の検討を
行った結果、下記の各構成により強度と靱性を両立で
き、前記の目標を達成できることを見い出した。
行った結果、下記の各構成により強度と靱性を両立で
き、前記の目標を達成できることを見い出した。
【０００９】すなわち、本発明の第一の特徴は、質量％
でＣ：0.5〜0.9％，Ｓｉ：0.8〜3.0％，Ｍｎ：0.4〜1.0
％、Ｃｒ：0.4〜1.0％を含有する鋼であって、直径0.2
μｍ以上の球状炭化物が存在せず、かつ結晶粒度番号を
10以上としたことにある。この結晶粒度番号はJIS G
0051の規定に基づく。
でＣ：0.5〜0.9％，Ｓｉ：0.8〜3.0％，Ｍｎ：0.4〜1.0
％、Ｃｒ：0.4〜1.0％を含有する鋼であって、直径0.2
μｍ以上の球状炭化物が存在せず、かつ結晶粒度番号を
10以上としたことにある。この結晶粒度番号はJIS G
0051の規定に基づく。
【００１０】第二の特徴は、上記オイルテンパー線に質
量％でＶ：0.05〜0.6％，Ｍｏ：0.05〜0.5％，Ｎｂ：0.
05〜0.2％から選択された１種以上を添加したことにあ
る。
量％でＶ：0.05〜0.6％，Ｍｏ：0.05〜0.5％，Ｎｂ：0.
05〜0.2％から選択された１種以上を添加したことにあ
る。
【００１１】第三の特徴は、直径0.15μｍを超えるクロ
ム炭化物が存在しないことにある。
ム炭化物が存在しないことにある。
【００１２】第四の特徴は、直径0.05μｍ以上の球状炭
化物の75％以上をバナジウム、ニオブ、モリブテンのい
ずれか１種以上を主成分とする炭化物としたことであ
る。
化物の75％以上をバナジウム、ニオブ、モリブテンのい
ずれか１種以上を主成分とする炭化物としたことであ
る。
【００１３】また、第五の特徴は、上記のオイルテンパ
ー線を製造する方法で、焼入れ焼戻し工程における焼入
れ加熱を、加熱速度300℃/sec以上で、加熱温度をＴ
（℃）＝790＋80×（10×〔Ｃ％〕）１／２＋10×（10
×〔Ｃｒ％〕）１／２＋20×（10×〔Ｖ％〕）１／２で
決まる温度以上かつ1150℃以下とし、加熱開始から焼入
れ開始までの時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍ
ｍ）〕であらわされる時間以内とすることにある。
ー線を製造する方法で、焼入れ焼戻し工程における焼入
れ加熱を、加熱速度300℃/sec以上で、加熱温度をＴ
（℃）＝790＋80×（10×〔Ｃ％〕）１／２＋10×（10
×〔Ｃｒ％〕）１／２＋20×（10×〔Ｖ％〕）１／２で
決まる温度以上かつ1150℃以下とし、加熱開始から焼入
れ開始までの時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍ
ｍ）〕であらわされる時間以内とすることにある。
【００１４】上記各特徴によって奏される作用を説明す
る。先ず本発明オイルテンパー線の鋼組成の限定理由を
説明する。
る。先ず本発明オイルテンパー線の鋼組成の限定理由を
説明する。
【００１５】Ｃ：0.5〜0.9質量％ Ｃは鋼線の強度を高めるために必須の元素であるが0.5
％未満では十分な強度が得られず、逆に0.9％を超える
と結晶粒界にセメンタイトが析出し著しく靱性が低下す
るためである。
％未満では十分な強度が得られず、逆に0.9％を超える
と結晶粒界にセメンタイトが析出し著しく靱性が低下す
るためである。
【００１６】Ｓｉ：0.8〜3.0質量％ Ｓｉは鋼中に置換型元素として固溶し、鋼の強度や耐熱
性を高めるのに有効な元素である。0.8％未満ではその
効果は十分ではなく、逆に3.0％を超えると固溶しきれ
ず冷間での加工性を著しく損ねるためである。
性を高めるのに有効な元素である。0.8％未満ではその
効果は十分ではなく、逆に3.0％を超えると固溶しきれ
ず冷間での加工性を著しく損ねるためである。
【００１７】Ｍｎ：0.4〜1.0質量％ Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上させ、鋼中のＳを固定し、そ
の害を阻止するが0.4％未満ではその効果がほとんどな
く、また1.0％を超えると靱性が低下するためである。
の害を阻止するが0.4％未満ではその効果がほとんどな
く、また1.0％を超えると靱性が低下するためである。
【００１８】Ｃｒ：0.4〜1.0％ ＣｒはＭｎ同様焼入れ性を高めるとともに焼戻し時の軟
化抵抗性を高め、高強度化するのに効果的な元素であ
る。0.4％未満ではその効果がなく1.0％以上では炭化物
の固溶を抑制し強度低下を招くためである。
化抵抗性を高め、高強度化するのに効果的な元素であ
る。0.4％未満ではその効果がなく1.0％以上では炭化物
の固溶を抑制し強度低下を招くためである。
【００１９】Ｖ：0.05〜0.6％ Ｖは焼入れ焼戻し時に炭化物を形成し軟化抵抗を増大さ
せる元素であるが、0.05％未満ではその効果は極めて限
定的であり、0.6％を超えると形成される炭化物が粗大
化し靱性を低下させるからである。
せる元素であるが、0.05％未満ではその効果は極めて限
定的であり、0.6％を超えると形成される炭化物が粗大
化し靱性を低下させるからである。
【００２０】Ｍｏ：0.05〜0.5％ ＭｏはＶ同様炭化物を形成し、焼戻し軟化抵抗を増大さ
せる元素であるが、0.05％未満ではその効果はなく、0.
6％を越えると形成される炭化物が粗大化し靱性を著し
く低下させるからである。
せる元素であるが、0.05％未満ではその効果はなく、0.
6％を越えると形成される炭化物が粗大化し靱性を著し
く低下させるからである。
【００２１】Ｎｂ：0.05〜0.2 Ｎｂは炭化物を形成し、焼戻し軟化抵抗を増大させる元
素であるが、0.05％未満ではその効果はほとんどなく、
0.2％を越えると形成される炭化物が粗大化し靱性を大
幅に低下させるからである。
素であるが、0.05％未満ではその効果はほとんどなく、
0.2％を越えると形成される炭化物が粗大化し靱性を大
幅に低下させるからである。
【００２２】観察される球状炭化物の直径の上限を0.2
μｍとした理由球状炭化物はばね成形等の曲げ加工時に
破壊の起点となることが知られているが、破壊の起点と
して作用するかどうかは直径に依存する。直径が0.2μ
ｍ未満であれば起点として作用することは少ないためで
ある。
μｍとした理由球状炭化物はばね成形等の曲げ加工時に
破壊の起点となることが知られているが、破壊の起点と
して作用するかどうかは直径に依存する。直径が0.2μ
ｍ未満であれば起点として作用することは少ないためで
ある。
【００２３】結晶粒度番号が10以上である理由結晶粒径
が小さくなると靱性が向上する。この効果が顕著に現れ
る結晶粒度番号で10以上であるからである。
が小さくなると靱性が向上する。この効果が顕著に現れ
る結晶粒度番号で10以上であるからである。
【００２４】観察される球状クロム炭化物直径の上限を
0.15μｍとした理由球状炭化物は通常直径0.2μｍを上
回る靱性を著しく低下させるがクロム炭化物の場合、炭
化物周辺のマトリクスのＣ濃度低下が大きいこともあ
り、他の炭化物よりも小さな直径0.15μｍを超えると靱
性を著しく低下させるからである。
0.15μｍとした理由球状炭化物は通常直径0.2μｍを上
回る靱性を著しく低下させるがクロム炭化物の場合、炭
化物周辺のマトリクスのＣ濃度低下が大きいこともあ
り、他の炭化物よりも小さな直径0.15μｍを超えると靱
性を著しく低下させるからである。
【００２５】観察される直径0.05μｍ以上の球状炭化物
の75％以上がバナジウム、ニオブ、モリブテンのいずれ
か１種以上を主成分とする炭化物である理由0.05μｍ以
上0.2未満の球状炭化物の中で特に、バナジウム炭化
物、ニオブ炭化物、モリブテン炭化物はマトリクスとの
整合性がよく靱性への悪影響が少ない。従って、このサ
イズ域の炭化物の大部分（75％以上）をバナジウム、ニ
オブ、モリブテンのいずれか１種以上を主成分とする炭
化物とするものである。
の75％以上がバナジウム、ニオブ、モリブテンのいずれ
か１種以上を主成分とする炭化物である理由0.05μｍ以
上0.2未満の球状炭化物の中で特に、バナジウム炭化
物、ニオブ炭化物、モリブテン炭化物はマトリクスとの
整合性がよく靱性への悪影響が少ない。従って、このサ
イズ域の炭化物の大部分（75％以上）をバナジウム、ニ
オブ、モリブテンのいずれか１種以上を主成分とする炭
化物とするものである。
【００２６】上記の条件を満たす炭化物および結晶粒度
は次の熱処理によって得られる。球状炭化物の溶け込み
を図り、大きな炭化物を消滅させるためにはＴ（℃）＝
790＋80×（10×〔Ｃ％〕）１／２＋10×（10×〔Ｃｒ
％〕）１／２＋20×（10×〔Ｖ％〕）１／２で決まる温
度以上に加熱する必要がある。しかし、加熱温度が1150
℃を超えると結晶粒粗大化が起こるためこの温度以下で
なければならない。また、加熱開始から焼入れ開始まで
の時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕であらわ
される時間以内で実施しないと結晶粒の粗大化が起こり
靱性が低下する。さらに、加熱速度が300℃/sec以下だ
とＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕以内の加熱で十
分な炭化物の固溶が行えず、直径0.2μｍを超える球状
炭化物が残存し靱性を低下させる。
は次の熱処理によって得られる。球状炭化物の溶け込み
を図り、大きな炭化物を消滅させるためにはＴ（℃）＝
790＋80×（10×〔Ｃ％〕）１／２＋10×（10×〔Ｃｒ
％〕）１／２＋20×（10×〔Ｖ％〕）１／２で決まる温
度以上に加熱する必要がある。しかし、加熱温度が1150
℃を超えると結晶粒粗大化が起こるためこの温度以下で
なければならない。また、加熱開始から焼入れ開始まで
の時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕であらわ
される時間以内で実施しないと結晶粒の粗大化が起こり
靱性が低下する。さらに、加熱速度が300℃/sec以下だ
とＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕以内の加熱で十
分な炭化物の固溶が行えず、直径0.2μｍを超える球状
炭化物が残存し靱性を低下させる。
【００２７】
【発明の実施の形態】表１に示す化学成分を有する試料
を溶解、圧延、熱処理、伸線によって線径3.0ｍｍφの
線とした後、表２に示す条件で焼入れ焼戻しを行った。
さらに線径の影響を見るため試料Ｂについては線径6.0
ｍｍφの線も作製した。これらの試料の焼入れ焼戻し条
件についても表２に示す。
を溶解、圧延、熱処理、伸線によって線径3.0ｍｍφの
線とした後、表２に示す条件で焼入れ焼戻しを行った。
さらに線径の影響を見るため試料Ｂについては線径6.0
ｍｍφの線も作製した。これらの試料の焼入れ焼戻し条
件についても表２に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】それぞれの試料について引張り強さの測
定、光学顕微鏡による結晶粒度番号（JIS G 0051）の
測定、分析透過型電子顕微鏡（分析ＴＥＭ）による球状
炭化物の大きさの測定と成分分析を実施した。さらに靱
性評価として線表面に深さ30μｍで先端部0.2ｍｍＲの
疵をつけ、その疵を外側にしてシャルピー衝撃試験を行
い吸収エネルギーを測定した。その結果を表３に示す。
定、光学顕微鏡による結晶粒度番号（JIS G 0051）の
測定、分析透過型電子顕微鏡（分析ＴＥＭ）による球状
炭化物の大きさの測定と成分分析を実施した。さらに靱
性評価として線表面に深さ30μｍで先端部0.2ｍｍＲの
疵をつけ、その疵を外側にしてシャルピー衝撃試験を行
い吸収エネルギーを測定した。その結果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
【００３２】表３に示すように実施例は全て吸収エネル
ギーが30kg・m/cm２以上となっており、比較例と比べ強
度レベルは同じであるが明らかに優れた靱性を示してい
る。なお、比較例B1,C1は加熱温度がＴ℃［790＋80×
（10×〔Ｃ％〕）１／２＋10×（10×〔Ｃｒ％〕）
１／２＋20×（10×〔Ｖ％〕）１／２］未満、比較例B
2,C2は加熱速度が300℃/sec未満、比較例B3,C3は加熱温
度が1150℃を超え、比較例B4,C4は焼入れ開始までの時
間がＫ秒［２＋２×〔線径（ｍｍ）〕］を超えている。
また、比較例B5は焼入れ開始までの時間が前記Ｋ秒を超
えている。
ギーが30kg・m/cm２以上となっており、比較例と比べ強
度レベルは同じであるが明らかに優れた靱性を示してい
る。なお、比較例B1,C1は加熱温度がＴ℃［790＋80×
（10×〔Ｃ％〕）１／２＋10×（10×〔Ｃｒ％〕）
１／２＋20×（10×〔Ｖ％〕）１／２］未満、比較例B
2,C2は加熱速度が300℃/sec未満、比較例B3,C3は加熱温
度が1150℃を超え、比較例B4,C4は焼入れ開始までの時
間がＫ秒［２＋２×〔線径（ｍｍ）〕］を超えている。
また、比較例B5は焼入れ開始までの時間が前記Ｋ秒を超
えている。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
強度でかつ高靱性を有するばね用オイルテンパー線を得
ることができる。
強度でかつ高靱性を有するばね用オイルテンパー線を得
ることができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−96246（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−71843（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−251804（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−251795（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 6/00,9/02,9/52
Claims (4)
- 【請求項１】 質量％でＣ：0.5〜0.9％，Ｓｉ：0.8〜
3.0％，Ｍｎ：0.4〜1.0％、Ｃｒ：0.4〜1.0％を含有
し、直径0.2μｍ以上の球状炭化物が存在せず、かつ結
晶粒度番号が10以上であることを特徴とする高強度高靱
性ばね用オイルテンパー線。 - 【請求項２】 質量％で、Ｖ：0.05〜0.6％，Ｍｏ：0.0
5〜0.5％，Ｎｂ：0.05〜0.2％から選択された１種以上
を添加してあることを特徴とする請求項１記載の高強度
高靱性ばね用オイルテンパー線。 - 【請求項３】 直径が0.15μｍを超える球状クロム炭化
物が存在しないことを特徴とする請求項１または２記載
の高強度高靱性ばね用オイルテンパー線。 - 【請求項４】 焼入れ焼戻し工程における焼入れ加熱
を、加熱速度300℃/sec以上で、加熱温度をＴ（℃）＝7
90＋80×（10×〔Ｃ％〕） １／２ ＋10×（10×〔Ｃｒ
％〕） １／２ ＋20×（10×〔Ｖ％〕） １／２ で決まる温
度以上かつ1150℃以下とし、加熱開始から焼入れ開始ま
での時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕であら
わされる時間以内とすることを特徴とする高強度高靱性
ばね用オイルテンパー線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09176414A JP3097606B2 (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09176414A JP3097606B2 (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH116033A JPH116033A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3097606B2 true JP3097606B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=16013279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09176414A Expired - Lifetime JP3097606B2 (ja) | 1997-06-16 | 1997-06-16 | 高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097606B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002180195A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 |
| EP1347069B1 (en) * | 2000-12-20 | 2007-11-07 | Nippon Steel Corporation | High-strength spring steel and spring steel wire |
| JP3851095B2 (ja) * | 2001-02-07 | 2006-11-29 | 新日本製鐵株式会社 | 高強度ばね用熱処理鋼線 |
| AU2003236070A1 (en) | 2002-04-02 | 2003-10-13 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Steel wire for hard drawn spring excellent in fatigue strength and resistance to settling, and hard drawn spring |
| JP4486040B2 (ja) * | 2005-12-20 | 2010-06-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 冷間切断性と疲労特性に優れた冷間成形ばね用鋼線とその製造方法 |
| JP5540433B2 (ja) * | 2010-11-29 | 2014-07-02 | 住友電工スチールワイヤー株式会社 | 耐へたり性と耐久性に優れたバネ及びその製造方法 |
| JP6453138B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2019-01-16 | 株式会社神戸製鋼所 | 曲げ加工性に優れた熱処理鋼線 |
| JP2017179471A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 株式会社神戸製鋼所 | 曲げ加工性に優れた熱処理鋼線 |
-
1997
- 1997-06-16 JP JP09176414A patent/JP3097606B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH116033A (ja) | 1999-01-12 |
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