JP3555892B2 - オイルテンパー線の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用内燃機関などに使用される弁ばね、クラツチ機構のトーシヨンばねなどのコイルばねに用いるオイルテンパー線の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コイルばね用オイルテンパー線の製造方法として、非金属介在物を制御した線材を使用して恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、皮剥ぎを行つた後に、再び恒温変態熱処理をし、酸洗して潤滑被膜を施し、伸線加工後にオイルテンパー処理をすることが知られている。この時、皮剥き前の線材の恒温変態熱処理は線材の加工性が向上されているので省略されることが多い。
【０００３】
従来の皮剥ぎを行つた後に恒温変態熱処理を行うオイルテンパー線の製造方法は、（ａ）線材を恒温変態点以上に加熱するので脱炭の発生が懸念される。（ｂ）恒温変態熱処理はストランドでの走行処理が必要になるので、走行処理中およびハンドリングによる傷発生要因になる。（ｃ）恒温変態熱処理では熱処理中に発生する酸化スケール被膜の除去と、伸線加工のために酸洗後の潤滑被膜処理が必要になる。（ｄ）酸洗後の潤滑被膜のむらにより伸線後のオイルテンパー処理での酸化スケール被膜の付着状態が不均一になり、コイルばねの成形加工（コイリング）の弊害となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は上述の問題に鑑み、皮剥ぎ後の工程を簡略化しつつ、品質の向上とコスト削減を果す、オイルテンパー線の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の課題は線材の脱炭がなく、皮剥ぎ後の伸線加工とオイルテンパー処理を行つた後の表層に傷や酸化スケール被膜のむらがなく、コイルばねの成形を容易にする、オイルテンパー線の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるオイルテンパー線の製造方法は、非金属介在物を制御した線材に皮剥ぎを行つた後に、皮剥ぎ時に表層に発生する加工硬化層を温度５００〜６５０℃の窒素と酸素の混合雰囲気で焼鈍により軟化させてから伸線を行い、次いで線材に焼入れ焼戻しを行うオイルテンパー処理を施して表層に厚さ０．５〜５μｍの酸化スケール被膜を形成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者はコイルばねに用いるオイルテンパー線の製造方法として、非金属介在物を制御した線材を皮剥ぎ後に焼鈍を行うことが、その後の伸線加工に有効であることを見い出した。つまり、本発明によるコイルばね用オイルテンパー線の製造方法は、線材の皮剥ぎ中に線材の表層に発生する加工硬化層を、焼鈍により軟化させることにより無害化し、伸線を行つた後に、オイルテンパー処理をするものである。
【０００８】
伸線加工性と、伸線加工後のオイルテンパー処理時のオーステナイト化加熱によるセメンタイトの固溶状態とを考慮して、線材の焼鈍温度は５００〜６５０℃とする。焼鈍時の雰囲気は、窒素雰囲気または窒素と酸素との混合雰囲気とし、特に酸素量を制御するのが好ましい。線材の焼鈍で発生する酸化スケール被膜は極く薄くかつ均一になるように制御する。これにより、従来の伸線加工のための酸洗後の潤滑被膜処理を省略することができる。
【０００９】
線材の伸線加工前に焼鈍による酸化スケール被膜を、シヨツトブラストなどによりデスケーリングを行つてもよい。線材の焼鈍による酸化スケール被膜を均一化することにより、続くオイルテンパー処理後の酸化スケール被膜（の厚さ）が均一になり、コイルばねの成形加工（コイリング）時の潤滑性を保つことができる。
【００１０】
【実施例】
本発明によるオイルテンパー線の製造方法は、線材を皮剥ぎした時に表層に発生する加工硬化層を、焼鈍により軟化させることにより無害化し、伸線を行つた後にオイルテンパー処理をすることを特徴とする。
【００１１】
［具体的実施例１］
オイルテンパー線として炭素０．５７％（以下、％は特に明記されていない限り重量％を意味する。）と、珪素１．４５％と、マンガン０．６９％と、燐０．０１４％と、硫黄０．００４％と、クロム０．６７％と、残部鉄とからなる合金鋼の介在物を制御された線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈを用意し、各線材を恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面の皮剥ぎを行つた。線材の皮剥ぎ量は径で０．３ｍｍ（厚さ０．１５ｍｍ）である。次いで、バツチにより窒素と酸素の混合雰囲気で線材の焼鈍を行つた。
【００１２】
線材の焼鈍温度は４５０℃から７００℃まで変化させ、各焼鈍温度における線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈの伸線加工性を確認した。線材の焼鈍後の酸化スケール被膜の状態は、いずれも極く薄く均一なものであつた。また、焼鈍での線材Ａ〜Ｇに脱炭は認められなかつたが、図４に示すように、比較材Ｈには脱炭が認められた。
【００１３】
次に、伸線加工が良好な線材に対し、オイルテンパー処理を行つた。オイルテンパー処理時におけるセメンタイトの固溶状態（図２を参照）を確認した。オイルテンパー処理は加熱時間が短時間であるので、セメンタイトが球状化すると、加熱によるセメンタイトの固溶が不十分になり、適切な強度が得られない。
【００１４】
介在物を制御された線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈを、恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面の皮剥ぎを行つた後の焼鈍温度と伸線加工性との関係は次のとおりである。
線材Ａ：焼鈍温度４５０℃では、伸線加工中に断線が発生し、実用的なものではなかつた。
線材Ｂ：焼鈍温度４８０℃では、減面率８０％以上の伸線加工ができたものの、図１に示すように、線材の表面に微細な線軸に直角なクラツク状の割れが発生した。
線材Ｃ〜Ｆ：焼鈍温度５００〜６５０℃では、微細な線軸に直角なクラツク状の割れは認められず、また、セメンタイトの球状化は見られず、伸線加工後のオーステナイト化加熱により、セメンタイトは十分に固溶され、適切な強度が得られた。オイルテンパー処理後の酸化スケール被膜の外観にむらは認められなかつた。
線材Ｇ：温度７００℃での焼鈍では、セメンタイトの球状化が進んでおり、伸線加工後のオーステナイト化加熱により、球状化したセメンタイトの固溶は不十分になり、適切な強度は得られなかつた。
比較材Ｈ：オイルテンパー処理後の酸化スケール被膜の外観にはむらが認められた。
【００１５】
以上の各線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈの評価状況を表１にまとめて表す。焼鈍温度は線材Ｃ〜Ｆの５００〜６５０℃が適切である。
【００１６】
【００１７】
オイルテンパー処理後にオフラインで全長に亘り、渦流探傷による傷の検査を行つた。バツチ式焼鈍処理を行つた線材Ｃ〜Ｆでは、１コイル当り（図３に示すように線材が金属運搬枠に巻かれたもの）の傷の数が全くないのに対し、比較材Ｈ（皮剥ぎ後恒温変態熱処理を行つたもの）では、１コイル当り７個の傷が発見された。図３のＡ〜Ｄは各コイルについての酸化スケール被膜むら判定基準を示す。
【００１８】
［具体的実施例２］
実施例１とは成分が異なる炭素０．６５％と、珪素１．５３％と、マンガン０．６９％と、燐０．００７％と、硫黄０．００８％と、クロム０．６８％と、残部鉄とからなる合金鋼の介在物を制御された線材を、恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面を径で０．３ｍｍ（厚さ０．１５ｍｍ）の皮剥ぎを行つた。
【００１９】
次いで、バツチにより窒素と酸素の混合雰囲気で線材に焼鈍処理を行つた。この焼鈍温度は５００℃とした。線材に焼鈍処理を行つた後、適切な線径まで伸線を行い、次いでオイルテンパー処理を行つた。この時、伸線加工による異常、オイルテンパー処理における強度不足、酸化スケール被膜のむらなどの異常は発生しなかつた。
【００２０】
［具体的実施例３］
高疲労強度材として使用されているオイルテンパー線として、炭素０．６４％と、珪素１．４３％と、マンガン０．７１％と、燐０．００６％と、硫黄０．００５％と、クロム１．４８％と、モリブデン０．４７％と、バナジウム０．１９％と、残部鉄とからなる合金鋼の介在物を制御された線材を、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面を径で０．３ｍｍ（厚さ０．１５ｍｍ）の皮剥ぎを行つた。次いで、バツチにより線材に温度６００℃の窒素と酸素の混合雰囲気で焼鈍処理を行つた。次いで、線材に伸線加工を行つた後、オイルテンパー処理を行つた。
【００２１】
上述の高疲労強度材においても、伸線加工による異常、オイルテンパー処理における強度不足、酸化スケール被膜のむらなどの異常は発生しなかつた。
上述の各実施例において、皮剥き前の線材の恒温変態熱処理は、従来の技術でも述べたように省略しても同様の結果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上述のように、線材を皮剥ぎ後、その時表面に発生する加工硬化層を焼鈍により軟化させて伸線を行つた後、オイルテンパー処理をするものであり、線材を皮剥き後に焼鈍することにより、皮剥き後に恒温変態熱処理を施さなくても８０％以上の伸線加工性が得られ、脱炭と傷の発生要因がなく、高品質のオイルテンパー線を得ることができる。
【００２３】
焼鈍による生じる均一な酸化被膜（酸化スケール被膜）が、オイルテンパー線の酸化被膜（酸化スケール被膜）を均一化させ、コイルばねの成形つまりコイリング成形が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオイルテンパー線の製造方法における一線材の表面割れを示す写真である。
【図２】同オイルテンパー線の製造方法における一線材の固溶状態を示す写真である。
【図３】同オイルテンパー線の製造方法における線材のコイル巻状態での酸化スケール被膜むら判定基準を表す概略図である。
【図４】比較線材の脱炭状態を示す写真である。
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用内燃機関などに使用される弁ばね、クラツチ機構のトーシヨンばねなどのコイルばねに用いるオイルテンパー線の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コイルばね用オイルテンパー線の製造方法として、非金属介在物を制御した線材を使用して恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、皮剥ぎを行つた後に、再び恒温変態熱処理をし、酸洗して潤滑被膜を施し、伸線加工後にオイルテンパー処理をすることが知られている。この時、皮剥き前の線材の恒温変態熱処理は線材の加工性が向上されているので省略されることが多い。
【０００３】
従来の皮剥ぎを行つた後に恒温変態熱処理を行うオイルテンパー線の製造方法は、（ａ）線材を恒温変態点以上に加熱するので脱炭の発生が懸念される。（ｂ）恒温変態熱処理はストランドでの走行処理が必要になるので、走行処理中およびハンドリングによる傷発生要因になる。（ｃ）恒温変態熱処理では熱処理中に発生する酸化スケール被膜の除去と、伸線加工のために酸洗後の潤滑被膜処理が必要になる。（ｄ）酸洗後の潤滑被膜のむらにより伸線後のオイルテンパー処理での酸化スケール被膜の付着状態が不均一になり、コイルばねの成形加工（コイリング）の弊害となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は上述の問題に鑑み、皮剥ぎ後の工程を簡略化しつつ、品質の向上とコスト削減を果す、オイルテンパー線の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の課題は線材の脱炭がなく、皮剥ぎ後の伸線加工とオイルテンパー処理を行つた後の表層に傷や酸化スケール被膜のむらがなく、コイルばねの成形を容易にする、オイルテンパー線の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるオイルテンパー線の製造方法は、非金属介在物を制御した線材に皮剥ぎを行つた後に、皮剥ぎ時に表層に発生する加工硬化層を温度５００〜６５０℃の窒素と酸素の混合雰囲気で焼鈍により軟化させてから伸線を行い、次いで線材に焼入れ焼戻しを行うオイルテンパー処理を施して表層に厚さ０．５〜５μｍの酸化スケール被膜を形成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者はコイルばねに用いるオイルテンパー線の製造方法として、非金属介在物を制御した線材を皮剥ぎ後に焼鈍を行うことが、その後の伸線加工に有効であることを見い出した。つまり、本発明によるコイルばね用オイルテンパー線の製造方法は、線材の皮剥ぎ中に線材の表層に発生する加工硬化層を、焼鈍により軟化させることにより無害化し、伸線を行つた後に、オイルテンパー処理をするものである。
【０００８】
伸線加工性と、伸線加工後のオイルテンパー処理時のオーステナイト化加熱によるセメンタイトの固溶状態とを考慮して、線材の焼鈍温度は５００〜６５０℃とする。焼鈍時の雰囲気は、窒素雰囲気または窒素と酸素との混合雰囲気とし、特に酸素量を制御するのが好ましい。線材の焼鈍で発生する酸化スケール被膜は極く薄くかつ均一になるように制御する。これにより、従来の伸線加工のための酸洗後の潤滑被膜処理を省略することができる。
【０００９】
線材の伸線加工前に焼鈍による酸化スケール被膜を、シヨツトブラストなどによりデスケーリングを行つてもよい。線材の焼鈍による酸化スケール被膜を均一化することにより、続くオイルテンパー処理後の酸化スケール被膜（の厚さ）が均一になり、コイルばねの成形加工（コイリング）時の潤滑性を保つことができる。
【００１０】
【実施例】
本発明によるオイルテンパー線の製造方法は、線材を皮剥ぎした時に表層に発生する加工硬化層を、焼鈍により軟化させることにより無害化し、伸線を行つた後にオイルテンパー処理をすることを特徴とする。
【００１１】
［具体的実施例１］
オイルテンパー線として炭素０．５７％（以下、％は特に明記されていない限り重量％を意味する。）と、珪素１．４５％と、マンガン０．６９％と、燐０．０１４％と、硫黄０．００４％と、クロム０．６７％と、残部鉄とからなる合金鋼の介在物を制御された線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈを用意し、各線材を恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面の皮剥ぎを行つた。線材の皮剥ぎ量は径で０．３ｍｍ（厚さ０．１５ｍｍ）である。次いで、バツチにより窒素と酸素の混合雰囲気で線材の焼鈍を行つた。
【００１２】
線材の焼鈍温度は４５０℃から７００℃まで変化させ、各焼鈍温度における線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈの伸線加工性を確認した。線材の焼鈍後の酸化スケール被膜の状態は、いずれも極く薄く均一なものであつた。また、焼鈍での線材Ａ〜Ｇに脱炭は認められなかつたが、図４に示すように、比較材Ｈには脱炭が認められた。
【００１３】
次に、伸線加工が良好な線材に対し、オイルテンパー処理を行つた。オイルテンパー処理時におけるセメンタイトの固溶状態（図２を参照）を確認した。オイルテンパー処理は加熱時間が短時間であるので、セメンタイトが球状化すると、加熱によるセメンタイトの固溶が不十分になり、適切な強度が得られない。
【００１４】
介在物を制御された線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈを、恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面の皮剥ぎを行つた後の焼鈍温度と伸線加工性との関係は次のとおりである。
線材Ａ：焼鈍温度４５０℃では、伸線加工中に断線が発生し、実用的なものではなかつた。
線材Ｂ：焼鈍温度４８０℃では、減面率８０％以上の伸線加工ができたものの、図１に示すように、線材の表面に微細な線軸に直角なクラツク状の割れが発生した。
線材Ｃ〜Ｆ：焼鈍温度５００〜６５０℃では、微細な線軸に直角なクラツク状の割れは認められず、また、セメンタイトの球状化は見られず、伸線加工後のオーステナイト化加熱により、セメンタイトは十分に固溶され、適切な強度が得られた。オイルテンパー処理後の酸化スケール被膜の外観にむらは認められなかつた。
線材Ｇ：温度７００℃での焼鈍では、セメンタイトの球状化が進んでおり、伸線加工後のオーステナイト化加熱により、球状化したセメンタイトの固溶は不十分になり、適切な強度は得られなかつた。
比較材Ｈ：オイルテンパー処理後の酸化スケール被膜の外観にはむらが認められた。
【００１５】
以上の各線材Ａ〜Ｇおよび比較材Ｈの評価状況を表１にまとめて表す。焼鈍温度は線材Ｃ〜Ｆの５００〜６５０℃が適切である。
オイルテンパー処理後にオフラインで全長に亘り、渦流探傷による傷の検査を行つた。バツチ式焼鈍処理を行つた線材Ｃ〜Ｆでは、１コイル当り（図３に示すように線材が金属運搬枠に巻かれたもの）の傷の数が全くないのに対し、比較材Ｈ（皮剥ぎ後恒温変態熱処理を行つたもの）では、１コイル当り７個の傷が発見された。図３のＡ〜Ｄは各コイルについての酸化スケール被膜むら判定基準を示す。
【００１８】
［具体的実施例２］
実施例１とは成分が異なる炭素０．６５％と、珪素１．５３％と、マンガン０．６９％と、燐０．００７％と、硫黄０．００８％と、クロム０．６８％と、残部鉄とからなる合金鋼の介在物を制御された線材を、恒温変態熱処理し、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面を径で０．３ｍｍ（厚さ０．１５ｍｍ）の皮剥ぎを行つた。
【００１９】
次いで、バツチにより窒素と酸素の混合雰囲気で線材に焼鈍処理を行つた。この焼鈍温度は５００℃とした。線材に焼鈍処理を行つた後、適切な線径まで伸線を行い、次いでオイルテンパー処理を行つた。この時、伸線加工による異常、オイルテンパー処理における強度不足、酸化スケール被膜のむらなどの異常は発生しなかつた。
【００２０】
［具体的実施例３］
高疲労強度材として使用されているオイルテンパー線として、炭素０．６４％と、珪素１．４３％と、マンガン０．７１％と、燐０．００６％と、硫黄０．００５％と、クロム１．４８％と、モリブデン０．４７％と、バナジウム０．１９％と、残部鉄とからなる合金鋼の介在物を制御された線材を、酸洗後に潤滑被膜を施し、表面を径で０．３ｍｍ（厚さ０．１５ｍｍ）の皮剥ぎを行つた。次いで、バツチにより線材に温度６００℃の窒素と酸素の混合雰囲気で焼鈍処理を行つた。次いで、線材に伸線加工を行つた後、オイルテンパー処理を行つた。
【００２１】
上述の高疲労強度材においても、伸線加工による異常、オイルテンパー処理における強度不足、酸化スケール被膜のむらなどの異常は発生しなかつた。
上述の各実施例において、皮剥き前の線材の恒温変態熱処理は、従来の技術でも述べたように省略しても同様の結果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上述のように、線材を皮剥ぎ後、その時表面に発生する加工硬化層を焼鈍により軟化させて伸線を行つた後、オイルテンパー処理をするものであり、線材を皮剥き後に焼鈍することにより、皮剥き後に恒温変態熱処理を施さなくても８０％以上の伸線加工性が得られ、脱炭と傷の発生要因がなく、高品質のオイルテンパー線を得ることができる。
【００２３】
焼鈍による生じる均一な酸化被膜（酸化スケール被膜）が、オイルテンパー線の酸化被膜（酸化スケール被膜）を均一化させ、コイルばねの成形つまりコイリング成形が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオイルテンパー線の製造方法における一線材の表面割れを示す写真である。
【図２】同オイルテンパー線の製造方法における一線材の固溶状態を示す写真である。
【図３】同オイルテンパー線の製造方法における線材のコイル巻状態での酸化スケール被膜むら判定基準を表す概略図である。
【図４】比較線材の脱炭状態を示す写真である。
Claims (1)
- 非金属介在物を制御した線材に皮剥ぎを行つた後に、皮剥ぎ時に表層に発生する加工硬化層を温度５００〜６５０℃の窒素と酸素の混合雰囲気で焼鈍により軟化させてから伸線を行い、次いで線材に焼入れ焼戻しを行うオイルテンパー処理を施して表層に厚さ０．５〜５μｍの酸化スケール被膜を形成することを特徴とする、オイルテンパー線の製造方法。
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