JP3488205B2 - ばね用極細鋼線 - Google Patents
ばね用極細鋼線Info
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- JP3488205B2 JP3488205B2 JP2001028186A JP2001028186A JP3488205B2 JP 3488205 B2 JP3488205 B2 JP 3488205B2 JP 2001028186 A JP2001028186 A JP 2001028186A JP 2001028186 A JP2001028186 A JP 2001028186A JP 3488205 B2 JP3488205 B2 JP 3488205B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、線径200μm以下の
極細ばね用鋼線に関するものである。特に、コンタクト
プローブなどの、耐熱性、耐食性、導電性が必要とされ
る部位への適用に最適なばね用極細鋼線に関するもので
ある。
極細ばね用鋼線に関するものである。特に、コンタクト
プローブなどの、耐熱性、耐食性、導電性が必要とされ
る部位への適用に最適なばね用極細鋼線に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ばねを用途とする極細鋼線には、真円度
や線径の均一性など精密な形状だけでなく、その使用環
境や使用方法によって、導電率、耐食性などが要求され
る。導電率や耐食性を要求される部位には、一般に鋼線
表面に金メッキを施すことが行われ、導電率や耐食性は
確保される。
や線径の均一性など精密な形状だけでなく、その使用環
境や使用方法によって、導電率、耐食性などが要求され
る。導電率や耐食性を要求される部位には、一般に鋼線
表面に金メッキを施すことが行われ、導電率や耐食性は
確保される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、通電による発
熱や、使用環境温度が高い場合などには、使用されるば
ねが元の形状を維持できなくなり変形する、いわゆるへ
たりの現象が生じる。そのため、ばねを使用している部
品の頻繁な取り替えが必要とされている。通電による発
熱を想定した場合、条件にもよるが、約200℃程度での
耐熱性が必要となる。
熱や、使用環境温度が高い場合などには、使用されるば
ねが元の形状を維持できなくなり変形する、いわゆるへ
たりの現象が生じる。そのため、ばねを使用している部
品の頻繁な取り替えが必要とされている。通電による発
熱を想定した場合、条件にもよるが、約200℃程度での
耐熱性が必要となる。
【０００４】約200℃の温度領域で、耐熱性を向上させ
る手段として、特開平11-199981号公報には、C：0.75〜
1.0wt％、Si：0.5〜1.5wt％を含む炭素鋼線のセメンタ
イト形状を制御すること、および加工途中で先端と後端
を入れ替えて塑性加工を行う方法が記載されている。し
かし、200μm以下の極細線においては、セメンタイト形
状制御だけでは、十分な耐熱性を確保することは困難で
あり、塑性加工、すなわち線引き加工において、途中で
先端と後端を入れ替えることは極めて困難で、かつ生産
性の大きな低下を招く。
る手段として、特開平11-199981号公報には、C：0.75〜
1.0wt％、Si：0.5〜1.5wt％を含む炭素鋼線のセメンタ
イト形状を制御すること、および加工途中で先端と後端
を入れ替えて塑性加工を行う方法が記載されている。し
かし、200μm以下の極細線においては、セメンタイト形
状制御だけでは、十分な耐熱性を確保することは困難で
あり、塑性加工、すなわち線引き加工において、途中で
先端と後端を入れ替えることは極めて困難で、かつ生産
性の大きな低下を招く。
【０００５】従って、本発明の主目的は、優れた耐熱性
を有する極細ばね用鋼線を提供することにある。
を有する極細ばね用鋼線を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は鋼線断面の組織
制御、硬度のばらつき制御、残留応力制御または降伏比
制御を行うことで上記の目的を達成する。
制御、硬度のばらつき制御、残留応力制御または降伏比
制御を行うことで上記の目的を達成する。
【０００７】本発明の第１の特徴は、質量％でC：0.7〜
1.0％、Si：0.5〜1.5％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200
μm以下のばね用極細鋼線であって、鋼線の横断面内組
織における初析フェライトの面積率を5.0％以下とした
ことにある。
1.0％、Si：0.5〜1.5％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200
μm以下のばね用極細鋼線であって、鋼線の横断面内組
織における初析フェライトの面積率を5.0％以下とした
ことにある。
【０００８】化学成分については、必要に応じて、さら
にCr，Mo，W，Nb，V，Ti，Ni，Co，Cuなどを適量含有し
ても良い。もちろん、不可避的不純物が含まれても良い
ことは言うまでもない。
にCr，Mo，W，Nb，V，Ti，Ni，Co，Cuなどを適量含有し
ても良い。もちろん、不可避的不純物が含まれても良い
ことは言うまでもない。
【０００９】第２の特徴は、上記と同成分・同線径のば
ね用極細鋼線であって、鋼線の横断面において線表面か
ら20μmの距離で、かつ45°間隔の8点で測定したビッカ
ース硬度の標準偏差を20以下としたことにある。
ね用極細鋼線であって、鋼線の横断面において線表面か
ら20μmの距離で、かつ45°間隔の8点で測定したビッカ
ース硬度の標準偏差を20以下としたことにある。
【００１０】第３の特徴は、上記と同成分・同線径のば
ね用極細鋼線であって、鋼線の横断面において線表面か
ら20μmの距離で、かつ45°間隔の8点で測定したビッカ
ース硬度のうち最大値と最小値の差を50以下としたこと
にある。
ね用極細鋼線であって、鋼線の横断面において線表面か
ら20μmの距離で、かつ45°間隔の8点で測定したビッカ
ース硬度のうち最大値と最小値の差を50以下としたこと
にある。
【００１１】第４の特徴は、上記と同成分・同線径のば
ね用極細鋼線であって、鋼線表面の円周上における90°
間隔の4点で測定した線軸方向の残留応力の標準偏差を8
0MPa以下としたことにある。
ね用極細鋼線であって、鋼線表面の円周上における90°
間隔の4点で測定した線軸方向の残留応力の標準偏差を8
0MPa以下としたことにある。
【００１２】第５の特徴は、上記と同成分・同線径のば
ね用極細鋼線であって、鋼線表面の円周上における90°
間隔の4点で測定した線軸方向の残留応力のうち最大値
と最小値の差を200MPa以下としたことにある。
ね用極細鋼線であって、鋼線表面の円周上における90°
間隔の4点で測定した線軸方向の残留応力のうち最大値
と最小値の差を200MPa以下としたことにある。
【００１３】第６の特徴は、上記と同成分・同線径のば
ね用極細鋼線であって、降伏比（引張強度に対する降伏
強さの割合）を90％以上としたことにある。
ね用極細鋼線であって、降伏比（引張強度に対する降伏
強さの割合）を90％以上としたことにある。
【００１４】第７の特徴は、上記のいずれかの鋼線表面
に金メッキを施したことにある。
に金メッキを施したことにある。
【００１５】上記のように本発明の構成を限定した理由
を以下に述べる。Cは0.7質量％未満では、鋼線の強度が
不十分であり、1.0質量％を越えると線引き加工性を減
じる。
を以下に述べる。Cは0.7質量％未満では、鋼線の強度が
不十分であり、1.0質量％を越えると線引き加工性を減
じる。
【００１６】Siは、耐熱性向上に不可欠な元素で、0.5
質量％未満では、耐熱性が低く、1.5質量％を越えると
線引き加工性を減じる。特に、0.8〜1.5質量％が好まし
い。Mnは、不可避不純物のSを無害化し、焼入れ性を向
上させ、鋼の強度向上に有効であるが、0.3質量％未満
ではその効果は小さく、1.0質量％を越えると鋼線の延
性を劣化させる。
質量％未満では、耐熱性が低く、1.5質量％を越えると
線引き加工性を減じる。特に、0.8〜1.5質量％が好まし
い。Mnは、不可避不純物のSを無害化し、焼入れ性を向
上させ、鋼の強度向上に有効であるが、0.3質量％未満
ではその効果は小さく、1.0質量％を越えると鋼線の延
性を劣化させる。
【００１７】初析フェライトの面積比を5.0％以下に制
御することで高い耐熱性が得られる。この面積比の制御
は、鋼組成、熱処理条件の変更によって行う。
御することで高い耐熱性が得られる。この面積比の制御
は、鋼組成、熱処理条件の変更によって行う。
【００１８】線表面から20μmの距離の硬度は、横断面
における45°間隔の8点で測定したビッカース硬度の標
準偏差が20を越えると、ばね加工性に影響するだけでな
く、耐熱性を減じる。また、同様に測定した8点のビッ
カース硬度のうち最大値と最小値の差が50を越えた場合
もばね加工性に影響するだけでなく、耐熱性を減じる。
このビッカース硬度の制御は、線引き加工時のダイス形
状、引抜き力を変化させることで行う。
における45°間隔の8点で測定したビッカース硬度の標
準偏差が20を越えると、ばね加工性に影響するだけでな
く、耐熱性を減じる。また、同様に測定した8点のビッ
カース硬度のうち最大値と最小値の差が50を越えた場合
もばね加工性に影響するだけでなく、耐熱性を減じる。
このビッカース硬度の制御は、線引き加工時のダイス形
状、引抜き力を変化させることで行う。
【００１９】線表面の残留応力は、線円周上における90
°間隔の4点で測定した線軸方向の残留応力の標準偏差
が80MPaを越えると、ばねの加工性を劣化させ、耐熱性
を減じる。また、同様に測定した4点の残留応力のう
ち、最大値と最小値の差が200MPaを越える場合もばねの
加工性を劣化させ、耐熱性を減じる。この残留応力の制
御は、線引き加工時のダイス形状、引抜き力を変化させ
ることで行う。
°間隔の4点で測定した線軸方向の残留応力の標準偏差
が80MPaを越えると、ばねの加工性を劣化させ、耐熱性
を減じる。また、同様に測定した4点の残留応力のう
ち、最大値と最小値の差が200MPaを越える場合もばねの
加工性を劣化させ、耐熱性を減じる。この残留応力の制
御は、線引き加工時のダイス形状、引抜き力を変化させ
ることで行う。
【００２０】降伏比が90％未満であると耐熱性の向上効
果が低下する。降伏比の制御は、伸線時のダイス形状、
引抜き力を適切に選択することにより行う。
果が低下する。降伏比の制御は、伸線時のダイス形状、
引抜き力を適切に選択することにより行う。
【００２１】金は鋼に比べて電気抵抗が格段に小さく、
鋼線表面への金メッキにより導電性を向上させることが
できる。メッキの方法は特に限定されない。電気メッ
キ、化学メッキの他、物理蒸着法などを利用してもよ
い。金メッキの厚みは0.1〜1.5μm程度が好適である。
薄すぎると導電性の向上が期待できず、厚すぎると価格
上昇を伴うからである。金メッキ工程は、伸線工程の前
に行うことが好適である。
鋼線表面への金メッキにより導電性を向上させることが
できる。メッキの方法は特に限定されない。電気メッ
キ、化学メッキの他、物理蒸着法などを利用してもよ
い。金メッキの厚みは0.1〜1.5μm程度が好適である。
薄すぎると導電性の向上が期待できず、厚すぎると価格
上昇を伴うからである。金メッキ工程は、伸線工程の前
に行うことが好適である。
【００２２】また、金メッキの下地層としてニッケルメ
ッキ層および銅メッキ層の少なくとも一方を形成しても
良い。いずれも下地層として金メッキ層の密着性を向上
させると共に、ニッケルメッキ層は耐食性の改善に寄与
し、銅メッキ層は導電性の向上に寄与する。
ッキ層および銅メッキ層の少なくとも一方を形成しても
良い。いずれも下地層として金メッキ層の密着性を向上
させると共に、ニッケルメッキ層は耐食性の改善に寄与
し、銅メッキ層は導電性の向上に寄与する。
【００２３】本発明鋼線は、線材→パテンティング→伸
線加工により得られる。パテンティングと伸線加工とを
繰り返しても良い。必要に応じて、パテンティングと伸
線加工との間で金メッキを行う。線材は、例えば圧延な
どにより所要径にまで加工することで得られる。パテン
ティングにおける好ましい加熱温度は800〜1150℃程
度、冷媒（鉛など）の好ましい温度は550〜650℃程度で
ある。加熱温度からの好ましい冷却速度は30℃/s以上で
ある。伸線加工のダイス形状はダイスアプローチ角6°
〜10°、ベアリング長0.3〜0.8（穴径比）が好ましい。
また、引抜き力は破断荷重の25％〜45％程度が望まし
い。
線加工により得られる。パテンティングと伸線加工とを
繰り返しても良い。必要に応じて、パテンティングと伸
線加工との間で金メッキを行う。線材は、例えば圧延な
どにより所要径にまで加工することで得られる。パテン
ティングにおける好ましい加熱温度は800〜1150℃程
度、冷媒（鉛など）の好ましい温度は550〜650℃程度で
ある。加熱温度からの好ましい冷却速度は30℃/s以上で
ある。伸線加工のダイス形状はダイスアプローチ角6°
〜10°、ベアリング長0.3〜0.8（穴径比）が好ましい。
また、引抜き力は破断荷重の25％〜45％程度が望まし
い。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 （試験例1）C：0.82質量％、Si：1.0質量％、Mn：0.88
質量％を含む炭素鋼を熱間圧延し、φ5.5mmの線材を得
た。その後、パテンティング熱処理と線引き加工を繰り
返し、90μmの鋼線を作製した。その際、パテンティン
グ処理時の加熱温度および冷却速度を変化させることに
より、初析フェライト量の異なる鋼線を作製した。パテ
ンティングにおける加熱温度は800〜1150℃程度、冷媒
（鉛）の好ましい温度は550〜650℃程度、加熱温度から
の好ましい冷却速度は30℃/s以上のものを実施例とし
た。
する。 （試験例1）C：0.82質量％、Si：1.0質量％、Mn：0.88
質量％を含む炭素鋼を熱間圧延し、φ5.5mmの線材を得
た。その後、パテンティング熱処理と線引き加工を繰り
返し、90μmの鋼線を作製した。その際、パテンティン
グ処理時の加熱温度および冷却速度を変化させることに
より、初析フェライト量の異なる鋼線を作製した。パテ
ンティングにおける加熱温度は800〜1150℃程度、冷媒
（鉛）の好ましい温度は550〜650℃程度、加熱温度から
の好ましい冷却速度は30℃/s以上のものを実施例とし
た。
【００２５】初析フェライト量は、鋼線の横断面を鏡面
研磨し、エッチング処理を行いSEM（Scanning Electro
n Microscope）にて任意の5視野（1視野あたり120μm
×70μm）の観察を行い、画像処理にて各視野内に初析
フェライトが占める面積率を求めた。
研磨し、エッチング処理を行いSEM（Scanning Electro
n Microscope）にて任意の5視野（1視野あたり120μm
×70μm）の観察を行い、画像処理にて各視野内に初析
フェライトが占める面積率を求めた。
【００２６】得られた鋼線を400℃の温度で10分間の熱
処理を行い、供試材とした。供試材を200℃で650MPaの
捻り応力を24時間負荷したときの残留せん断応力を求め
て耐熱性評価を行った。その結果を表1に示す。
処理を行い、供試材とした。供試材を200℃で650MPaの
捻り応力を24時間負荷したときの残留せん断応力を求め
て耐熱性評価を行った。その結果を表1に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】表1をみると、初析フェライトの面積比が5
％を越えると、急激に残留せん断歪みが大きくなること
がわかる。すなわち、初析フェライトの面積比を5％以
下に調整した鋼線は、優れた耐熱性を示すことが確認さ
れた。
％を越えると、急激に残留せん断歪みが大きくなること
がわかる。すなわち、初析フェライトの面積比を5％以
下に調整した鋼線は、優れた耐熱性を示すことが確認さ
れた。
【００２９】（試験例2）C：0.82質量％、Si：1.0質量
％、Mn：0.88質量％を含む炭素鋼を熱間圧延し、φ5.5m
mの線材を得た。その後、パテンティング熱処理と線引
き加工を繰り返し、90μmの鋼線を作製した。その際、
線引き加工時のダイス形状、引抜き力を変化させること
により、表面硬度分布および表面残留応力分布の異なる
鋼線を作製した。ダイス形状はダイスアプローチ角6°
〜10°、ベアリング長0.3〜0.8（穴径比）の範囲で変化
させ、引抜き力は破断荷重の25％〜45％程度としたもの
を実施例とする。
％、Mn：0.88質量％を含む炭素鋼を熱間圧延し、φ5.5m
mの線材を得た。その後、パテンティング熱処理と線引
き加工を繰り返し、90μmの鋼線を作製した。その際、
線引き加工時のダイス形状、引抜き力を変化させること
により、表面硬度分布および表面残留応力分布の異なる
鋼線を作製した。ダイス形状はダイスアプローチ角6°
〜10°、ベアリング長0.3〜0.8（穴径比）の範囲で変化
させ、引抜き力は破断荷重の25％〜45％程度としたもの
を実施例とする。
【００３０】表面硬度は、鋼線の横断面を鏡面研磨し、
線表面から20μmの距離のビッカース硬度を測定した。
測定は鋼線横断面における45°間隔の8点で行い、その
後、ビッカース硬度の標準偏差および最大値と最小値の
差を求めた。
線表面から20μmの距離のビッカース硬度を測定した。
測定は鋼線横断面における45°間隔の8点で行い、その
後、ビッカース硬度の標準偏差および最大値と最小値の
差を求めた。
【００３１】線表面の残留応力は、線円周上に90°間隔
の4点について、線軸方向の残留応力をX線により測定し
た。その後、その4点の残留応力の標準偏差および最大
値と最小値の差を求めた。
の4点について、線軸方向の残留応力をX線により測定し
た。その後、その4点の残留応力の標準偏差および最大
値と最小値の差を求めた。
【００３２】評価は、得られた鋼線を400℃の温度で10
分間の熱処理を行い、供試材とした。今回用いた供試材
の初析フェライトの面積比は2.2％であった。供試材を2
00℃で650MPaの捻り応力を24時間負荷したときの残留せ
ん断応力を求めて耐熱性評価を行った。その結果を表2
に示す。
分間の熱処理を行い、供試材とした。今回用いた供試材
の初析フェライトの面積比は2.2％であった。供試材を2
00℃で650MPaの捻り応力を24時間負荷したときの残留せ
ん断応力を求めて耐熱性評価を行った。その結果を表2
に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】表2をみてわかるように、表面硬度の標準
偏差が20以下、表面硬度の最大最小差が50以下、表面残
留応力の標準偏差が80以下、最大最小差が200以下に制
御された鋼線は、特に優れた特性を示すことがわかる。
偏差が20以下、表面硬度の最大最小差が50以下、表面残
留応力の標準偏差が80以下、最大最小差が200以下に制
御された鋼線は、特に優れた特性を示すことがわかる。
【００３５】（試験例３）C：0.82質量％、Si：1.0質量
％、Mn：0.88質量％を含む炭素鋼を熱間圧延し、φ5.5m
mの線材を得た。その後、パテンティング熱処理と線引
き加工を繰り返し、90μmの鋼線を作製した。その際、
線引き加工時のダイス形状、引抜き力を変化させること
により、降伏比の異なる鋼線を作製した。ダイス形状は
ダイスアプローチ角6°〜10°、ベアリング長0.3〜0.8
（穴径比）の範囲で変化させ、引抜き力は破断荷重の25
％〜45％程度としたものを実施例とする。
％、Mn：0.88質量％を含む炭素鋼を熱間圧延し、φ5.5m
mの線材を得た。その後、パテンティング熱処理と線引
き加工を繰り返し、90μmの鋼線を作製した。その際、
線引き加工時のダイス形状、引抜き力を変化させること
により、降伏比の異なる鋼線を作製した。ダイス形状は
ダイスアプローチ角6°〜10°、ベアリング長0.3〜0.8
（穴径比）の範囲で変化させ、引抜き力は破断荷重の25
％〜45％程度としたものを実施例とする。
【００３６】評価は、得られた鋼線を400℃の温度で10
分間の熱処理を行い、供試材とした。この供試材の初析
フェライトの面積比は2.5％である。また、供試材によ
って若干の違いはあるが、表面硬度の標準偏差は20以
下、その最大最小差は50以下、表面残留応力の標準偏差
は100MPa以下、その最大最小差は200MPa以下である。供
試材を200℃で650MPaの捻り力を24時間負荷したときの
残留せん断応力を求めて耐熱性評価を行った。その結果
を表3に示す。
分間の熱処理を行い、供試材とした。この供試材の初析
フェライトの面積比は2.5％である。また、供試材によ
って若干の違いはあるが、表面硬度の標準偏差は20以
下、その最大最小差は50以下、表面残留応力の標準偏差
は100MPa以下、その最大最小差は200MPa以下である。供
試材を200℃で650MPaの捻り力を24時間負荷したときの
残留せん断応力を求めて耐熱性評価を行った。その結果
を表3に示す。
【００３７】
【表３】
【００３８】表３をみてわかるように、降伏比が90％以
上に制御された鋼線は、更に優れた耐熱性を示すことが
わかる。
上に制御された鋼線は、更に優れた耐熱性を示すことが
わかる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
線径が200μm以下の極細鋼線において、すぐれた耐熱性
を有することができ、通電して使用される極細ばねや、
使用環境温度が高い場合に、ばねのへたりを防ぐことが
可能となる。
線径が200μm以下の極細鋼線において、すぐれた耐熱性
を有することができ、通電して使用される極細ばねや、
使用環境温度が高い場合に、ばねのへたりを防ぐことが
可能となる。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−71638（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−49018（ＪＰ，Ａ)
特開2000−1751（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−144327（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−177152（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−291369（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−106307（ＪＰ，Ａ)
特開2000−54073（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−298488（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−63576（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (7)
- 【請求項１】 質量％でC：0.7〜1.0％、Si：0.8〜1.5
％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200μm以下のばね用極細
鋼線であって、 鋼線の横断面において線表面から20μmの距離で、かつ4
5°間隔の8点で測定したビッカース硬度の標準偏差が20
以下であることを特徴とするばね用極細鋼線。 - 【請求項２】 質量％でC：0.7〜1.0％、Si：0.8〜1.5
％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200μm以下のばね用極細
鋼線であって、 鋼線の横断面において線表面から20μmの距離で、かつ4
5°間隔の8点で測定したビッカース硬度のうち最大値と
最小値の差が50以下であることを特徴とするばね用極細
鋼線。 - 【請求項３】 質量％でC：0.7〜1.0％、Si：0.8〜1.5
％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200μm以下のばね用極細
鋼線であって、 鋼線表面の円周上における90°間隔の4点で測定した線
軸方向の残留応力の標準偏差が80MPa以下であることを
特徴とするばね用極細鋼線。 - 【請求項４】 質量％でC：0.7〜1.0％、Si：0.8〜1.5
％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200μm以下のばね用極細
鋼線であって、 鋼線表面の円周上における90°間隔の4点で測定した線
軸方向の残留応力のうち最大値と最小値の差が200MPa以
下であることを特徴とするばね用極細鋼線。 - 【請求項５】 質量％でC：0.7〜1.0％、Si：0.8〜1.5
％、Mn：0.3〜1.0％を含む線径200μm以下のばね用極細
鋼線であって、 降伏比が90％以上であることを特徴とするばね用極細鋼
線。 - 【請求項６】 更に、鋼線の横断面内組織における初析
フェライトの面積率が5.0％以下であることを特徴とす
る請求項1〜5のいずれかに記載のばね用極細鋼線。 - 【請求項７】 鋼線表面に金メッキが施されていること
を特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のばね用極細
鋼線。
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