JP3453501B2 - ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼 - Google Patents

ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼

Info

Publication number
JP3453501B2
JP3453501B2 JP31216497A JP31216497A JP3453501B2 JP 3453501 B2 JP3453501 B2 JP 3453501B2 JP 31216497 A JP31216497 A JP 31216497A JP 31216497 A JP31216497 A JP 31216497A JP 3453501 B2 JP3453501 B2 JP 3453501B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
residual stress
spring
cold
steel
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP31216497A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11140588A (ja
Inventor
淳 稲田
信彦 茨木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP31216497A priority Critical patent/JP3453501B2/ja
Publication of JPH11140588A publication Critical patent/JPH11140588A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3453501B2 publication Critical patent/JP3453501B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は調質された鋼製ワイ
ヤを冷間でばね巻き加工して製造される冷間巻きばねに
用いられるばね用鋼に関し、詳細にはばね巻き加工に伴
い生じる残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】調質鋼ばねの製造方法には大別して熱間
巻きと冷間巻きがある。熱間巻きはオーステナイト変態
点以上に加熱された鋼材をばね形状に成形し、そのまま
焼入れ作業を行うものであり、冷間巻きは先に調質され
た鋼線材(オイルテンパー線)を常温またはオーステナ
イト変態点以下の適当な温度でばね成形加工を行うもの
である。冷間巻きは熱間巻きに比べて均質な熱処理組織
が得やすい等の利点がある一方、ばね成形時に大きな残
留応力が生じるという欠点がある。特にばね内側におい
て残留応力が引張モードとなるため、疲労特性や遅れ特
性等に悪影響を与えることが知られており、このため冷
間巻きばねにおいては成形後に200〜450℃で低温
焼鈍することによって残留応力を除去している。この焼
鈍工程において、焼鈍温度が高く、焼鈍時間が長い程、
焼戻し効果によって残留応力は低下するが、条件によっ
ては疲労寿命や耐へたり性に悪影響を与えるので、焼鈍
の条件設定や工程管理には細心の注意が必要であり、こ
れまでは焼鈍工程に多大な労力を要していた。また、焼
鈍によりある程度の硬さは低下することを見込んで、も
ともとの強度が高いオイルテンパー線を使用せざるを得
なかったので、オイルテンパー線本来の強度特性が十分
に活かしきれておらず、ばね設計の自由度も低かった。
【0003】そこで特開平4−247824号公報に
は、成分を限定し、引張強さ200Kgf/mm2以上のオイルテ
ンパー線を100〜550℃でばね成形することによ
り、ばね成形に伴う残留応力を低減し、ばね成形後の焼
鈍工程を省略する方法が開示されている。但し、この方
法を採用するには、ばね成形ラインに加熱設備を付加す
る必要があるので多大な設備投資を伴うものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであり、ばね成形ラインに加熱設備
を増設しなくとも、冷間巻き加工時に発生する残留応力
を従来よりも大幅に低減することのできるばね用鋼材を
提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の冷間巻きばね用鋼とは、C:0.3〜0.8%(質
量%の意味、以下同じ)、Si:0.2〜3.0%、M
n:0.05〜0.45%、Cr:3.5%以下(0%
を含む)、Mo:1.5%以下(0%を含む)を満た
し、かつ下記(1) 式を満足することを要旨とするもので
ある。 7.8×[C%]-1.4×[Si%]-0.5 ×[Mn%]- 1.2×[Cr%]+ 2.9
×[Mo%] ≦ 1…(1) 但し、[C%],[Si%] ,[Mn%] ,[Cr%] ,[Mo%] は、夫々
C,Si,Mn,Cr,Moの含有量(質量%)を意味
する。
【0006】尚、上記Siの含有量は、0.2〜1.8
%を満足させることが望ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】線材を曲げ加工した際に残留応力
が生じる機構は、曲げ加工時の弾性変形と塑性変形の割
合が線材の表層と内部で違うことによるものであること
が知られている。従って、素材の弾性係数,弾性限,加
工硬化係数が、曲げ加工後の残留応力に、主に影響を与
えると考えられる。現実的には、これらの要因を独立さ
せて個別に調整することは困難であり、また全ての要因
を一度に満足できる素材成分を一義的に決定することも
不可能である。そこで本発明者らは、曲げ加工後の残留
応力と成分組成の関係について、理論的に推定式を組み
立てた後、さらに約50種類の調質ばね鋼の成分と、そ
れらから測定した弾性係数,弾性限,加工硬化係数のデ
ータをもとに、これらの要因をバランス良く満足するた
めの合金元素の関係を、以下の通り数式化した。即ち、
本発明者らは下記の条件式(1) を満足させることによ
り、曲げ加工時に発生する残留応力の小さい冷間巻きば
ね用鋼を得ることができることを見出し、本発明に想到
したものである。 7.8×[C%]-1.4×[Si%]-0.5 ×[Mn%]- 1.2×[Cr%]+ 2.9×[Mo%] ≦ 1…(1) 但し、[C%],[Si%] ,[Mn%] ,[Cr%] ,[Mo%] はC,S
i,Mn,Cr,Moの含有量(質量%)を意味する。
【0008】尚、上述の様にばね成形時に生じる残留応
力は、鋼線の表層と内部での塑性変形量のギャップによ
るものであるため、この残留応力の量は材料の降伏応力
と降伏後の加工硬化能によっても大きく作用されると言
うことができ、残留応力を残さない為には、耐力比
(「降伏応力」/「最大引張応力」)はできるだけ小さ
い方がよいものと考えられる。またSi,Mn,Crは
耐力比を下げるのに有効な元素である。上記(1) 式にお
いて、Si,Mn,Crの含有量には負の符号が付され
ていて左辺の値を小さくする因子となっており、このこ
とはSi,Mn,Crの含有量を増量することが残留応
力を小さくする上で有効なことと整合している。
【0009】この様に上記(1) 式は、残留応力の低減に
関する理論的根拠に基づく推定式をもとに、多数のデー
タを回帰分析した結果で修正して導き出されたものであ
り、上記条件式の左辺の値が、0以下であれば更に大き
な効果が得られる。
【0010】C,Si,Mn,Cr,Moの個々の元素
の上限及び下限については、残留応力低減の観点から特
に制限されるものではないが、調質型のばねとして必要
な性能(疲労強度、耐へたり性、ばね成形能など)を得
るために好ましい含有量の範囲を以下に説明する。
【0011】C:0.3〜0.8% Cは、焼入れ・焼戻し後の強度(硬さ)を確保する上で
必要な元素であり、0.3%未満では、硬引線や非調質
鋼でも得られるレベルの硬さ程度しか得られず調質ばね
を用いる意義が小さくなるので0.3%以上含有させる
ことが望ましい。一方多過ぎると、成形後の残留応力が
非常に大きくなるのみならず、調質後の靭性及び延性が
劣化するので0.8%以下とすることが望ましく、0.
65%以下であればより望ましい。
【0012】Si:0.2〜3.0% Siは、固溶強化元素として、調質ばねに好ましい成分
であり、0.2%以上含有させることが望ましく、1.
0%以上であればより望ましい。一方多過ぎると焼入れ
加熱時に表面に過度の脱炭が生じ、ばねの疲労特性が悪
くなるので3.0%以下とすることが望ましい。
【0013】Mn:0.05〜2.0% Mnは、焼入性向上元素であり、0.05%以上添加す
ることが望ましい。多過ぎると焼入性が増大し、圧延後
に過冷組織が出やすくなるので、2.0%以下が好まし
く、1.0%以下がより好ましい。
【0014】Cr:3.5%以下(0%を含む) Crは残留応力の低減と焼入性向上に有効であるため、
必要に応じて添加すればよい。但し、3.5%を超えて
添加すると焼入れ時の炭化物が溶け込みにくくなり、強
度及び硬さが低下するので3.5%以下とすることが望
ましい。
【0015】Mo:1.5%以下(0%を含む) Moは焼入れ性を向上させる上、粒界強度を高めて靭性
を改善する効果があるので、必要に応じて添加する。但
し、多過ぎると残留応力が増加し、しかも焼入れ時の炭
化物が溶け込みにくくなるので1.5%以下とすること
が望ましい。
【0016】更に必要に応じてNi,Ti,Nb,V,
Cr,Al,B等の元素を含有させても良い。
【0017】Niは焼入れ焼戻し後の素材靭性を向上さ
せる作用があり、さらにばね特性として重要なへたり特
性を大幅に改善する作用がある。但し、3.0%を超え
て含有させると焼入性が増大し、圧延後に過冷組織が出
やすくなるので、含有量は3.0%以下とすることが望
ましい。
【0018】Ti,Nb,Vは炭窒化物形成元素であ
り、旧オーステナイト結晶粒の微細化によって靭性を改
善したり、炭窒化物自身の水素トラップ効果によって水
素脆化を抑制する効果を有する。いずれの元素も0.0
01%以上の添加が望ましく、0.005%以上であれ
ばより望ましい。但し、多過ぎると、凝固過程で粗大な
炭窒化物を生成し、ばねの疲労特性を劣化させる恐れが
あるので、いずれの元素も0.5%以下とすることが望
ましく、0.3%以下がより望ましい。
【0019】Cuは電気化学的に鉄よりも貴な元素であ
り、表面に生成する錆を緻密化して耐食性を高める作用
があるので、耐食性が必要な場合には添加してもよい。
こうした効果は0.01%以上の添加により発揮される
が、0.1%以上添加させることが望ましい。一方1.
0%を超えて含有させてもそれ以上の効果は得られず、
むしろ熱間圧延時に素材の脆化を引き起こす恐れがある
ので1.0%以下とすることが望ましい。
【0020】Alは結晶粒を微細化してばね加工性や靭
性を向上させる。その効果は0.01%以上含有させる
ことによって有効に発揮される。但し、1.0%を超え
て含有させてもそれ以上の効果は得られず、むしろ酸化
物系介在物(Al23 等)が多く生成し、且つ粗大化
してかえって耐疲労寿命を劣化させるので、1.0%以
下とすることが望ましい。
【0021】Bは焼入性を向上させると共に粒界強度を
高める元素である。その効果は1ppm以上添加するこ
とにより得ることができ、50ppmを超えて添加して
も焼入性向上効果は飽和するので50ppm以下の添加
でよい。
【0022】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0023】
【実施例】表1に示す種々の鋼を転炉または真空溶製炉
で溶製した。いずれも155×155mm断面の鋼塊に
鍛造または圧延した後、熱間圧延で直径11.0〜1
3.5mmの線材とした。その後、伸線加工により直径
8mmとし、焼入れ・焼戻し処理を施して、オイルテン
パー線を作製した。これをカットしたサンプルを直径9
0mmの芯金に2周以上巻き付け、模擬的な冷間ばね成
形を行った。得られたサンプルの曲がりの内側における
線軸方向の残留応力をX線回折法により測定した。結果
は表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】尚、表中の「左辺値」は、前記条件式(1)
の左辺の値であり、この値が1以下のものが本発明例で
あり、1を超えるものが比較例である。また表中の残留
応力値は、最表面,100μm内部,200μm内部の
3か所における3点の測定値を平均したものであり、内
部の残留応力値は化学研磨にて表層を除去することで測
定した。
【0026】本発明例は、C量が0.40〜0.60%
の範囲で種々の鋼が含まれているが、いずれの鋼も残留
応力は比較例より小さく抑えられている。またその効果
は左辺値が0以下の鋼(No.2,No.5)の場合に
特に顕著である。これに対して左辺値が1以上の比較例
は、合金化元素の含有レベルは本発明例と同程度である
にも関わらず、残留応力が大きくなっている。
【0027】図1は、上記No.1〜12の左辺値と残
留応力をグラフ化したものであり、○が本発明例で、×
が比較例である。条件式(1) の左辺値と残留応力の間に
は、正の相関があり、本発明の前記条件式(1) を満足さ
せることによって、ばね成形に伴う残留応力が低くなる
ことが分かる。
【0028】これらの成形材に従来と同じ条件の焼鈍を
施した場合には、製品の残留応力が従来よりも低くなる
ことは明らかであり、疲労特性や遅れ破壊特性の優れた
ばねを得ることができる。また、製品の残留応力を従来
材なみに調整する為の焼鈍条件は従来よりも低温または
短時間で済むため経済的であるし、硬さ低下が起こり難
くなるので焼鈍の条件設定や工程管理への労力が軽減さ
れる。さらにオイルテンパー線本来の強度性能が活かさ
れ、より高強度なばね製造が可能となるなど設計の自由
度が高くなることが期待できる。
【0029】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、ばね成形ラインに加熱設備を増設しなくとも、冷間
巻き加工時に発生する残留応力を従来よりも小さくでき
るばね用鋼材が提供できることとなった。その結果、焼
鈍工程の簡略化やばね性能の向上が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る条件式(1) の左辺値と残留応力の
関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.3〜0.8%(質量%の意味、
    以下同じ)、 Si:0.2〜3.0%、 Mn:0.05〜0.45%、 Cr:3.5%以下(0%を含む)、 Mo:1.5%以下(0%を含む)を満たし、かつ 下記
    (1) 式を満足することを特徴とするばね巻き加工後の残
    留応力の小さい冷間巻きばね用鋼。 7.8×[C%]-1.4×[Si%]-0.5 ×[Mn%]- 1.2×[Cr%]+ 2.9
    ×[Mo%] ≦ 1…(1) 但し、[C%],[Si%] ,[Mn%] ,[Cr%] ,[Mo%] は、夫々
    C,Si,Mn,Cr,Moの含有量(質量%)を意味
    する。
  2. 【請求項2】 Siの含有量が、0.2〜1.8%であ
    る請求項1に記載の冷間巻きばね用鋼。
JP31216497A 1997-11-13 1997-11-13 ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼 Expired - Lifetime JP3453501B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31216497A JP3453501B2 (ja) 1997-11-13 1997-11-13 ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31216497A JP3453501B2 (ja) 1997-11-13 1997-11-13 ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11140588A JPH11140588A (ja) 1999-05-25
JP3453501B2 true JP3453501B2 (ja) 2003-10-06

Family

ID=18026014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31216497A Expired - Lifetime JP3453501B2 (ja) 1997-11-13 1997-11-13 ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3453501B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9611523B2 (en) 2005-12-20 2017-04-04 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Cold formable spring steel wire excellent in cold cutting capability and fatigue properties and manufacturing process thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4507157B2 (ja) * 2003-06-17 2010-07-21 信越半導体株式会社 ウエーハ製造工程の管理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9611523B2 (en) 2005-12-20 2017-04-04 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Cold formable spring steel wire excellent in cold cutting capability and fatigue properties and manufacturing process thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11140588A (ja) 1999-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100682802B1 (ko) 티타늄 함유 초고강도 준안정 오스테나이트계 스테인레스 강철재 및 이의 제조 방법
JP5744678B2 (ja) 耐疲労性に優れた析出硬化型の準安定オーステナイト系ステンレス鋼線およびその製造方法
CN111164230B (zh) 耐腐蚀疲劳性能优异的弹簧用线材、钢丝及其制造方法
JP3595901B2 (ja) 高強度ばね用鋼線およびその製造方法
JP2003105485A (ja) 耐水素疲労破壊特性に優れた高強度ばね用鋼およびその製造方法
JPH0441616A (ja) 低硬度で且つ耐摩耗性および曲げ加工性に優れた耐摩耗鋼の製造方法
JP3738004B2 (ja) 冷間加工性と浸炭時の粗大粒防止特性に優れた肌焼用鋼材とその製造方法
JP4797305B2 (ja) 強度,捻回特性に優れたインバー合金線及びその製造方法
JP6986455B2 (ja) プレストレストコンクリート用緊張材用の二相ステンレス鋼線材、二相ステンレス鋼線及びプレストレストコンクリート用緊張材
JP4207137B2 (ja) 高硬度高耐食ステンレス鋼
JP3468048B2 (ja) 成形性に優れた高炭素冷延鋼板の製造方法
JP2001152246A (ja) 靭性、鏡面性および被削性に優れたプラスチック成形金型用鋼の製造方法
JPH1053813A (ja) 非調質高張力ボルトの製造方法
JP3422864B2 (ja) 加工性の優れたステンレス鋼およびその製造方法
JP3453501B2 (ja) ばね巻き加工後の残留応力の小さい冷間巻きばね用鋼
JPH064904B2 (ja) ばね用▲高▼強度オイルテンパー線
JP4209513B2 (ja) 強度・靱性・ばね特性の良好なマルテンサイト系ステンレス鋼焼鈍鋼材
JP3075314B2 (ja) 超高強度ばね用鋼線の製造方法
JP3031816B2 (ja) 低脱炭性ばね用鋼
JP2697543B2 (ja) 高強度低降伏比鉄筋用鋼の製造方法
JP2000129401A (ja) 高いばね特性を有する高靱性調質圧延マルテンサイト系ステンレス鋼板およびその製造法
JP3166652B2 (ja) 成形性にすぐれた高炭素薄鋼板の製造方法
JP2002146480A (ja) 冷間加工性に優れた線材・棒鋼およびその製造方法
JP4608242B2 (ja) 冷間曲げ加工用鋼材
JPH1180906A (ja) 降伏応力を高めた高強度ステンレス鋼帯およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030701

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070718

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080718

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090718

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100718

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100718

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term