JP3940264B2 - 硬引きばね用鋼線材、硬引きばね用伸線材および硬引きばね並びに硬引きばねの製造方法 - Google Patents
硬引きばね用鋼線材、硬引きばね用伸線材および硬引きばね並びに硬引きばねの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジンの弁ばね、クラッチばねおよびブレーキばね等の素材として有用な硬引きばね用鋼線材、およびこのばね用鋼線材を使用した硬引きばね用伸線材やばね、並びにこうした硬引きばねを製造する為の有用な方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の軽量化や高出力化に伴い、弁ばね、クラッチばね、ブレーキばね等においても高応力化が指向され、疲労強度および耐へたり性に優れたばねが要求されている。特に、弁ばねの高応力化に対する要求が強い傾向にあるのが実状である。
【０００３】
近年、弁ばねの大部分は、オイルテンパー線と呼ばれる焼入れ・焼戻しの施された鋼線を、常温でばね巻き加工して製造されているのが一般的である。こうしたばねの製造方法として、例えばＪＩＳ規格では一般のオイルテンパー線（ＪＩＳ Ｇ３５６０）とは別に、弁ばね用オイルテンパー線（ＪＩＳ Ｇ３５６１）を規定しており、鋼種、不純物レベル、きず深さ等をより厳しく管理する様に要求されている。
【０００４】
上記の様なオイルテンパー線では、焼戻しマルテンサイト組織であるので、高強度を得るのに都合が良く、また疲労強度や耐へたり性に優れるという利点があるものの、焼入れ・焼戻し等の熱処理に大掛かりな設備と処理コストを要するという欠点がある。
【０００５】
一方、負荷応力が比較的低い設計された一部の弁ばねには、フェライト・パーライト組織またはパーライト組織の炭素鋼を伸線加工して強度を高めた線材（「硬引き線」と呼ばれている）を、常温でばね巻き加工したものが使用されている。こうしたばねとして、ＪＩＳ規格にはピアノ線（ＪＩＳ Ｇ３５２２）の中で、特に「弁ばねまたはこれに準ずるばね用」として、「ピアノ線Ｖ種」を定めている。
【０００６】
上記の様な硬引き線によって製造されるばね（以下では、このばねを「硬引きばね」と呼ぶ）は、熱処理を必要としないので低コストになるという利点がある。しかしながら、フェライト・パーライト組織またはパーライト組織を伸線した線材では、疲労特性や耐へたり性が低いという欠点があり、こうした線材を素材として用いても、近年要望の高まっている様な高応力ばねは実現できない。
【０００７】
低コストに製造できるという利点のある硬引きばねにおいて、より高応力化を図る技術も様々検討されており、こうした技術として例えば特開平１１−１９９９８１号には、オーステンパー線と同等の特性を備えたピアノ線として、共析〜過共析鋼パーライトの伸線加工方法を工夫することによって、特定のセメンタイト形状を得る方法が提案されている。しかしながらこうした方法においても、伸線方向を入れ替えるなど、工程の複雑化による製造コストの上昇は避けられない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、オイルテンパー線を用いたばねと同等以上の疲労強度、耐へたり性を発揮する硬引きばねを製造する為のばね用鋼線材、ばね用伸線材、およびこの様な硬引きばね、並びにこうした硬引きばねを低コストで製造する為の有用な方法等を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得た本発明の硬引きばね用鋼線材とは、Ｃ：０．５〜０．７質量％未満、Ｓｉ：１．６〜３質量％、Ｍｎ：０．５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％およびＶ：０．０５〜０．２５質量％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなると共に、パーライト組織の面積率Ｒｐが下記（１）式を満足するものである点に要旨を有するものである。
Ｒｐ（面積％）≧５５×［Ｃ］＋６１…（１）
但し、［Ｃ］はＣの含有量（質量％）を示す。
【００１０】
また、上記目的を達成し得た本発明の硬引きばね用伸線材とは、Ｃ：０．５〜０．７質量％未満、Ｓｉ：１．６〜３質量％、Ｍｎ：０．５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％およびＶ：０．０５〜０．２５質量％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなると共に、パーライト組織の面積率Ｒｐが下記（１）式を満足し、且つ線材の引張強さＴＳが下記（２）式を満足するものである点に要旨を有するものである。
Ｒｐ（面積％）≧５５×［Ｃ］＋６１…（１）
但し、［Ｃ］はＣの含有量（質量％）を示す。
−13.1d3+160d2−671d＋3200≧ＴＳ≧−13.1d3＋160d2−671d＋2800…（２）
但し、ｄ：線材の直径（ｍｍ）［１．０≦ｄ≦１０．０］
【００１１】
上記の様なばね用鋼線材またはばね用伸線材を用いることによって、高応力を発揮する硬引きばねが得られる。また、この硬引きばねにおいては、ばね内側における表層残留応力が圧縮から引張りに転ずる深さが０．０５ｍｍ以上のものであることが好ましく、より好ましくはこのこの深さが０．１５ｍｍ以上のものである。更に、この硬引きばねには、その表面に窒化処理を施すことも有効である。
【００１２】
上記の様な硬引きばねを製造するに当たり、ショットピーニング後に、室温以上の温度で、下記（３）式を満足する応力τ（ＭＰａ）を少なくとも１回付与する様にすれば良い。また、この製造方法においては、応力τを付与するときの温度は１２０℃以上であることが好ましい。
τ≧線材の引張強さＴＳ（ＭＰａ）×０．５…（３）
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成することのできる硬引きばね用鋼の実現を目指して様々な角度から検討した。その結果、鋼線材の化学成分組成を厳密に規定すると共に、線材中のパーライト組織面積率を含有炭素量との関係で適切な範囲［前記（１）式で規定する範囲］に制御した鋼線材では、オイルテンパー線を用いたばねと同等以上の疲労強度、耐へたり性を発揮する硬引きばね得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１４】
本発明のばね用鋼線材では、化学成分組成を適切に調製する必要があるが、その範囲限定理由は下記の通りである。
【００１５】
Ｃ：０．５〜０．７質量％未満
Ｃは、伸線材の引張強度を高め、疲労特性や耐へたり性を確保するために有用なな元素であり、通常のピアノ線では０．８質量％前後含有されているが、本発明で目的としている様な高強度の伸線材においては、Ｃの含有量が０．７質量％以上になると欠陥感受性を増大させ、表面疵や介在物からの亀裂を発生して疲労寿命が劣化することが分かったので、０．７質量％未満に限定した。但し、Ｃ含有量が０．５質量％未満になると、高応力ばねとして必要な引張強さが確保できないばかりか、疲労亀裂発生を助長する初析フェライトの量が多くなって疲労特性を劣化させるので、Ｃ含有量の下限は０．５質量％とする必要がある。
【００１６】
Ｓｉ：１．６〜２．５質量％
Ｓｉは、固溶強化によって伸線材の引張強さを高め、疲労特性と耐へたり性の改善に貢献する元素である。Ｃ含有量を低めにした分だけＳｉを高めに含有させる必要があり、こうした観点からその下限は１．６質量％とした。しかしながら、Ｓｉの含有量が２．５質量％を超えて過剰になると、表面の脱酸や疵等が増加して耐疲労性が悪くなる。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は１．７質量％程度であり、好ましい上限は２．２質量％程度である。
【００１７】
Ｍｎ：０．５〜１．５質量％
Ｍｎは、パーライト組織を緻密且つ整然化させ、疲労特性の改善に貢献する元素である。こうした効果を発揮させる為には、Ｍｎは少なくとも０．５質量％含有させる必要があるが、過剰に含有させると熱間圧延時やパテンティング処理時にベイナイト組織が生成し易くなり、疲労特性を劣化させるので、１．５質量％以下とすべきである。尚、Ｍｎ含有量のより好ましい下限は０．７質量％程度であり、より好ましい上限は１．０質量％程度である。
【００１８】
Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％
Ｎｉは、切り欠き感受性を低めると共に靭性を高め、ばね巻き加工時の折損トラブルを抑制すると共に、疲労寿命を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させる為には、０．０５質量％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、熱間圧延時やパテンティング処理時にベイナイト組織が生成し易くなり、逆効果となるので、０．５質量％以下とする必要がある。尚、Ｎｉ含有量の好ましい下限は、０．１５質量％であり、好ましい上限は０．３０質量％である。
【００１９】
Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％
Ｃｒは、パーライトラメラ間隔を小さくして、圧延後、または熱処理後の強度を上昇させ、耐へたり性を向上させるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒ含有量は０．０５質量％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、パテンティング時間が長くなり過ぎ、また靭性や延性が劣化するので、１．５質量％以下とする必要がある。
【００２０】
Ｖ：０．０５〜０．２５質量％
Ｖは、パーライトノジュールサイズを微細にして伸線加工性、ばねの靭性および耐へたり性等を改善するのに有用な元素である。こうした効果を発揮させる為には、Ｖは０．０５質量％以上含有させる必要があり、好ましくは０．１０質量％以上含有させるのが良い。しかしながら、０．２５質量％を超えて過剰に含有させても、熱間圧延時やパテンティング処理時にベイナイト組織が生成し易くなり、疲労寿命を劣化させることになる。
【００２１】
本発明のばね用鋼線材における基本的な化学成分組成は上記の通りであり、残部は実質的にＦｅからなるものであるが、上記の各種成分以外にもばね用鋼の特性を阻害しない程度の微量成分を含み得るものであり、こうした鋼線材も本発明の範囲に含まれものである。上記微量成分としては不純物、特にＰ，Ｓ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ等の不可避不純物が挙げられる。
【００２２】
本発明のばね用鋼線材においては、線材中のパーライト組織面積率を含有炭素量との関係で適切な範囲［前記（１）式で規定する範囲］に制御する必要があるが、この理由は下記の通りである。本発明に用いられる鋼材のＣ含有量は、前述の如く、０．５〜０．７質量％未満と共析成分よりも低くしなければならないのであるが、この様な鋼材から線材を通常の方法で製造すると初析フェライト組織が生成し、この初析フェライト組織は疲労破壊の起点となてって疲労寿命を劣化させることになる。こうした不都合を回避する為には、初析フェライトをできるだけ少なくし、パーライト組織分率を高くすることが必要になる。
【００２３】
図１は、鋼中の炭素含有量とパーライト面積率の関係を示したものである。一般的な炭素鋼では、パーライト面積率が比較的低い組織であるが、本発明の鋼線材では、上記した観点からパーライト面積率が炭素含有量との関係からして比較的高い組織となっているのである。
【００２４】
上記（１）式を満足する様な組織を得る為には、熱間圧延時またはパテンティング処理時にＡｅ3変態点（オーステナイトとフェライトが平衡に共存できる上限温度）より高い温度から、Ａｅ1変態点（フェライトとセメンタイトが共存できる上限温度）以下の温度にできるだけ急速に冷却することが有効である。具体的には、熱間圧延の場合にはコンベア上の冷却条件を上記温度領域において、冷却速度を５℃／ｓ以上、好ましくは１０℃／ｓ以上に管理することが有効である。但し、必要以上に冷却を続行することは、精細なパーライト組織が得られなくなり、ベイナイトの様な過冷組織が混入して靭性を劣化させるので、冷却条件をコンベアの位置ごとに管理し、線材の温度が約５５０℃以下の領域までは冷却を緩めることが推奨される。
【００２５】
パテンティング処理においては、Ａｅ3変態点からＡｅ1変態点までの冷却が比較的速くなるが、恒温保持に利用する媒体としては熱伝導率の高いものを選定することが望ましい。具体的には、例えば流動槽よりも、鉛浴や塩浴を利用することが望ましい。更に冷却を速める為には、オーステナイト化加熱炉から恒温保持炉へ入る間のにプロセスに冷却工程を介在させ、この冷却工程によって強制冷却することが好ましい。また冷却速度を大きくする為には、線材の送給速度をできるだけ大きくすることも有効である。尚、パーライト面積率Ｒｐについては、伸線加工やその後のばね巻き加工によっても大きく変化することがないので、面積率の測定は伸線加工後の線材やばね製品において実施しても良い。
【００２６】
上記の様なばね用鋼線材を用いて伸線加工およびばね巻き加工を施すことによって、希望する特性を発揮するばねが得られるのであるが、こうした効果をより有効に発揮させるためには、伸線加工線材が上記（２）式の関係を満足することが有効である。
【００２７】
上記（２）式に関連して、ＪＩＳ−ＳＷＰ−Ｖについては、引張強さが線材の直径に応じて規定されているが、一般ばね用のＳＷＰ−Ｂ等よりも低いＴＳに設定されている。その理由は、引張強さを高くし過ぎると欠陥感受性の増加や靭・延性の低下等を招き、伸線中の断線、ばね加工中の折損、疲労破壊、脆性破壊等の問題が生じる可能性があるからと考えられる。
【００２８】
これに対して本発明では、欠陥感受性を下げて、靭・延性を高めることによって、上記（２）式右辺の値以上のＴＳ領域でのばねの製造と使用に適したものとしたのである。但し、この引張強さＴＳを高くし過ぎると、欠陥感受性や靭・延性の低下による悪影響が防ぎきれないので、その上限を上記（２）の左辺の値までとした。こうした要件を満足する伸線材は、従来の伸線設備によって伸線することによっても可能であるが、特に高強度な線材を塑性加工することになるので、断線を起こさない様にその条件を適切に考慮することが望まれる。こうした観点から、（１）伸線前処理としてリン酸塩被膜を施した上で潤滑剤には金属石鹸を用いること、（２）伸線ダイス個々の減面率は１５〜２５％の範囲とすること（但し、残留応力制御の為に最終ダイスのみ減面率を下げても良い）、（３）伸線中の温度上昇を防ぐ為に伸線速度を上げ過ぎない様にする、等に留意すべきである。
【００２９】
本発明に係るばねにおいては、ばね内側における表層残留応力が圧縮から引張りに転ずる深さが０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくはこのこの深さが０．１５ｍｍ以上のものである。通常、弁ばねやそれに準ずる高応力ばねには、ショットピーニングによって表層に圧縮残留応力が付与された状態で使用されるのであるが、表層（ばね内側部分の表層）から深さ方法圧縮残留応力を順次測定していくと、或る深さから引張強さに転ずる。そして、この深さ（以下、「クロシングポイント」と呼ぶ）は、ショットピーニング条件、材料の硬さ、ショットピーニング前の母材の残留応力分布等に依存する。通常の硬引き線の表層には、伸線加工による引張残留応力が生じているので、ショットピーニング後の残留応力のクロシングポイントは、オイルテンパー線などに比べて小さくなる傾向がある。これに対し本発明の線材では、一般に硬引きばねよりも高応力での使用を想定したものであることから、オイルテンパー線製ばねにおいてなされる条件よりも強くショットピーニングを施し、クロシングポイントを意図的に０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．１５ｍｍ以上となる様に管理することが望ましい。
【００３０】
尚、クロシングポイントが上記の範囲となる様にする為には、伸線加工の引張残留応力を低減する為に、（ａ）伸線時の最終ダイスの減面率を１０％以下、好ましくは３〜６％程度とすること、（ｂ）ばね巻き加工の歪取焼鈍温度を３６０℃以上に高めること、（ｃ）ショットピーニング工程において平均直径０．６ｍｍ以上、好ましくは０．８ｍｍ以上のショット粒による投射を少なくとも１度行なうこと、等が有効である。
【００３１】
本発明のばねには、特に過酷な応力条件で使用されることが予想される場合には、その表面に窒化処理を施すことも有効である。こうした窒化処理を施すことによって、疲労強度を更に改善することができる。こうした窒化処理に関しては、オイルテンパー線の弁ばねについては従来からその処理が行なわれているが、硬引きばねについては、全く行われていなかった。これは、硬引きばねでは、それほど過酷な条件で使用されたことがなかったことや、通常の硬引き線の化学成分では窒化処理を施しても効果があまり期待できないと考えられていたこと等が原因である。
【００３２】
これに対して、本発明で規定する化学成分組成を有する線材を硬引きした後、窒化処理を施すと、疲労寿命が改善されることになる。こうした効果が発揮される理由は、次の様に考えることができた。即ち、本発明のばねはＣ含有量が低いものであるので、パーライト組織を構成するセメンタイト相に対してフェライト相の体積が高くなっており、且つフェライトをＳｉ，Ｖ，Ｃｒ等の合金元素で強化することによって線材の強度がフェライト自身の強度に依存する状態になっているので、窒化によってフェライトの強度を高めることが疲労強度の直接的な改善に繋がるものと考えられる。尚、本発明者らが確認したところによれば、窒化処理を施すことによる効果は、特に表層１０μｍ位置で硬さをＨＶ６００以上（好ましくはＨＶ７００以上）となる様に処理したときに大きいことが判明した。
【００３３】
一方、本発明のばねを製造するに当たっては、ショットピーニング後に、室温好ましくは１２０℃以上の温度で、前記（３）式を満足する応力τを少なくとも１回付与することが有効である。一般に硬引きばねは、オイルテンパー線製ばねに比べて耐へたり性が低い。本発明では鋼材成分や線材引張強さの上昇によって耐へたり性の改善を図るものであるが、その使用目的や使用条件によっては更に高い耐へたり性が要求される場合がある。こうした場合には、室温（好ましくは１２０℃以上の温度）で、前記応力τを少なくとも１回付与することが有効である。これによって、伸線加工で導入された転位を固着し、塑性変形に対する抵抗を高めることができると考えられる。尚、上記（３）式における線材の引張強さＴＳとは、伸線加工材のときに測定される値である。
【００３４】
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・後記の趣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。
【００３５】
【実施例】
下記表１に示す化学成分組成の鋼（Ａ〜Ｇ）を溶製し、熱間圧延して直径：９．０ｍｍの鋼線材を作製した。その後、鋼Ｄ以外に軟化焼鈍を施し、更に全ての鋼種において皮削り、パテンティング処理および伸線処理を行なって各線径とした。このとき、パテンティング処理は、オーステナイト化加熱温度を９４０℃とし、線速を８．０ｍ／ｍｉｎと比較的速めると共に、Ｎｏ．１〜８，１０，１３については、パーライト面積率を高める為に６２０℃の鉛炉との間で強制的に高圧エアーを吹き付け急冷後に鉛炉に入る様にした。伸線はダイス枚数８枚の連続伸線機を使用し、最終ダイス以外の各ダイスの減面率を１５〜２５％、最終ダイスを５％と設定し、最終ダイスの伸線速度を２００ｍ／ｍｉｎにて実施した。また、伸線に伴う線材の温度上昇を防ぐ為に、線材を直接水冷しながら冷却する冷却伸線を実施した。
【００３６】
伸線材を常温にてばね成形し、歪み取り焼鈍（４００℃×２０分）、座研磨、二段ショットピーニング、低温焼鈍（２３０℃×２０分）およびセッチング（τmax＝１２００ＭＰａ相当）を行なった。Ｎｏ．４〜８のサンプルにおいては、セッチングを低温焼鈍の余熱を利用して１８０℃程度の温度で実施した。また、Ｎｏ．５，６のものについては、４６０℃にて５時間の窒化処理も施した。パーライト面積率は、パテンティング後の鋼線の断面積における光学顕微鏡写真（４００倍×１０視野）を、コンピュータで画像解析して評価した。
【００３７】
【表１】
【００３８】
得られた各ばねに６３７±５８８ＭＰａの負荷応力下で疲労試験を行ない、破断寿命を測定した。また、１２０℃、８８２ＭＰａの応力下で、４８時間締め付けた後、残留せん断歪を測定し、耐へたり性の指標（残留せん断歪が小さいほど耐へたり性は良好）とした。これらの結果を、各製造条件、線材の引張強さＴＳ、クロシングポイント、１０μｍ位置（深さ）の硬さ等と共に下記表２に示す。
【００３９】
尚、１０μｍ位置での硬さは試料を既知の角度傾斜させて樹脂に埋め込み、研磨したサンプル上でビッカース硬さ（荷重３００ｇ）を測定し、垂直方向に換算するいわゆる「コード法」によった。また、残留応力については、Ｘ線回折法によった。深さ方向のプロファイルについては、化学研磨にて表層を除去し、Ｘ線回折測定を行なうことによって評価した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
これらの結果から、次の様に考察できる。まず、Ｎｏ．１のものは、前記（１）式を満足するものであるが、伸線時の減面率が低いために硬引き線のＴＳが前記（２）式の低い方に外れたものとなっている。この結果、耐へたり性の点では他よりも劣る結果となったが、疲労寿命については他の実施例に匹敵する長寿命を示してした。
【００４２】
Ｎｏ．２〜８のものは、前記（１）式および（２）式のいずれをも満足するものであり、疲労寿命および耐へたり性のいずれも優れたものとなっている。このうち、Ｎｏ．２のものでは、Ｎｏ．３と同じ鋼線を用いているが、ショットピーニング条件を変化（一段目のショット粒を小さくしたもの）させたもので、クロシングポイントが浅くなっている。これによって、Ｎｏ．２の疲労寿命はＮｏ．３のものに比べて劣っているが、耐へたり性は同等レベルである。
【００４３】
Ｎｏ．４のものは、Ｎｏ．３に対して１２０℃以上での応力付与を実施したものであり、耐へたり性は向上しているが疲労寿命は同レベルである。Ｎｏ．５のものは、Ｎｏ．４に対して窒化処理を施したものであり、耐へたり性は同等であるが疲労寿命が向上している。Ｎｏ．６のものは、素材や処理内容はＮｏ．５と同等であるが、伸線加工度と線材直径が異なるものであり、２１１３ＭＰａの高い引張強さが得られており、疲労寿命も向上している。Ｎｏ．７は、Ｃ含有量が比較的低い鋼種を用いたものであり、またＮｏ．８は逆に高い鋼種を用いたものであるが、いずれも良好な耐へたり性と疲労特性を示している。
【００４４】
これに対して、Ｎｏ．９〜１３のものは、本発明で規定する要件のいずれかを欠く比較例であり、いずれかの特性が劣化していることが分かる。Ｎｏ．９のものでは、化学成分組成はＮｏ．１〜６のものと同じものであるが、パテンティング処理時にガス冷却を行なわなかった為に、初析フェライトが生じてパーライト面積率が本発明で規定する範囲よりも低くなったものである。こうしたことから、引張強さＴＳについてはＮｏ．７と同程度の値が得られているにも関わらず、疲労寿命が著しく低くなっている。
【００４５】
Ｎｏ．１０のものは、ＪＩＳ−ＳＷＲＳ９２Ｂ相当鋼であり、耐へたり性、疲労寿命ともに実施例のものよりも劣っている。疲労寿命が劣るのは、Ｃ含有量が高くなって欠陥感受性が高くなり、疲労起点が早期に形成されたからと考えられる。また、耐へたり性が劣るのは、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ等の含有量が少なかったことによるものと考えられる。
【００４６】
Ｎｏ．１１のものでは、Ｓｉ含有量が高く、ＣｒやＶも含有しているが、Ｃ含有量が高くなった鋼種を用いたものであり、耐へたり性は良好であるが、疲労寿命が劣っている。
【００４７】
Ｎｏ．１２のものは、Ｎｏ．１１のものよりＳｉ含有量がやや少ないものであり、耐へたり性が低くなっている。またＮｏ．１３のものは、Ｃ含有量は本発明で規定する範囲内にあるが、Ｓｉ含有量がやや少なくなっており、疲労特性はＮｏ．１０〜１２よりやや良いが、実施例ほどの性能が得られておらず、また耐へたり性が非常に劣っている。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、オイルテンパー線を用いたばねと同等以上の疲労強度、耐へたり性を発揮する硬引きばねを製造する為のばね用鋼線材、ばね用伸線材、およびこの様な硬引きばね、並びにこうした硬引きばねを低コストで製造する為の有用な方法が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼中の炭素含有量とパーライト面積率の関係を示したグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジンの弁ばね、クラッチばねおよびブレーキばね等の素材として有用な硬引きばね用鋼線材、およびこのばね用鋼線材を使用した硬引きばね用伸線材やばね、並びにこうした硬引きばねを製造する為の有用な方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の軽量化や高出力化に伴い、弁ばね、クラッチばね、ブレーキばね等においても高応力化が指向され、疲労強度および耐へたり性に優れたばねが要求されている。特に、弁ばねの高応力化に対する要求が強い傾向にあるのが実状である。
【０００３】
近年、弁ばねの大部分は、オイルテンパー線と呼ばれる焼入れ・焼戻しの施された鋼線を、常温でばね巻き加工して製造されているのが一般的である。こうしたばねの製造方法として、例えばＪＩＳ規格では一般のオイルテンパー線（ＪＩＳ Ｇ３５６０）とは別に、弁ばね用オイルテンパー線（ＪＩＳ Ｇ３５６１）を規定しており、鋼種、不純物レベル、きず深さ等をより厳しく管理する様に要求されている。
【０００４】
上記の様なオイルテンパー線では、焼戻しマルテンサイト組織であるので、高強度を得るのに都合が良く、また疲労強度や耐へたり性に優れるという利点があるものの、焼入れ・焼戻し等の熱処理に大掛かりな設備と処理コストを要するという欠点がある。
【０００５】
一方、負荷応力が比較的低い設計された一部の弁ばねには、フェライト・パーライト組織またはパーライト組織の炭素鋼を伸線加工して強度を高めた線材（「硬引き線」と呼ばれている）を、常温でばね巻き加工したものが使用されている。こうしたばねとして、ＪＩＳ規格にはピアノ線（ＪＩＳ Ｇ３５２２）の中で、特に「弁ばねまたはこれに準ずるばね用」として、「ピアノ線Ｖ種」を定めている。
【０００６】
上記の様な硬引き線によって製造されるばね（以下では、このばねを「硬引きばね」と呼ぶ）は、熱処理を必要としないので低コストになるという利点がある。しかしながら、フェライト・パーライト組織またはパーライト組織を伸線した線材では、疲労特性や耐へたり性が低いという欠点があり、こうした線材を素材として用いても、近年要望の高まっている様な高応力ばねは実現できない。
【０００７】
低コストに製造できるという利点のある硬引きばねにおいて、より高応力化を図る技術も様々検討されており、こうした技術として例えば特開平１１−１９９９８１号には、オーステンパー線と同等の特性を備えたピアノ線として、共析〜過共析鋼パーライトの伸線加工方法を工夫することによって、特定のセメンタイト形状を得る方法が提案されている。しかしながらこうした方法においても、伸線方向を入れ替えるなど、工程の複雑化による製造コストの上昇は避けられない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、オイルテンパー線を用いたばねと同等以上の疲労強度、耐へたり性を発揮する硬引きばねを製造する為のばね用鋼線材、ばね用伸線材、およびこの様な硬引きばね、並びにこうした硬引きばねを低コストで製造する為の有用な方法等を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成し得た本発明の硬引きばね用鋼線材とは、Ｃ：０．５〜０．７質量％未満、Ｓｉ：１．６〜３質量％、Ｍｎ：０．５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％およびＶ：０．０５〜０．２５質量％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなると共に、パーライト組織の面積率Ｒｐが下記（１）式を満足するものである点に要旨を有するものである。
Ｒｐ（面積％）≧５５×［Ｃ］＋６１…（１）
但し、［Ｃ］はＣの含有量（質量％）を示す。
【００１０】
また、上記目的を達成し得た本発明の硬引きばね用伸線材とは、Ｃ：０．５〜０．７質量％未満、Ｓｉ：１．６〜３質量％、Ｍｎ：０．５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％およびＶ：０．０５〜０．２５質量％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなると共に、パーライト組織の面積率Ｒｐが下記（１）式を満足し、且つ線材の引張強さＴＳが下記（２）式を満足するものである点に要旨を有するものである。
Ｒｐ（面積％）≧５５×［Ｃ］＋６１…（１）
但し、［Ｃ］はＣの含有量（質量％）を示す。
−13.1d3+160d2−671d＋3200≧ＴＳ≧−13.1d3＋160d2−671d＋2800…（２）
但し、ｄ：線材の直径（ｍｍ）［１．０≦ｄ≦１０．０］
【００１１】
上記の様なばね用鋼線材またはばね用伸線材を用いることによって、高応力を発揮する硬引きばねが得られる。また、この硬引きばねにおいては、ばね内側における表層残留応力が圧縮から引張りに転ずる深さが０．０５ｍｍ以上のものであることが好ましく、より好ましくはこのこの深さが０．１５ｍｍ以上のものである。更に、この硬引きばねには、その表面に窒化処理を施すことも有効である。
【００１２】
上記の様な硬引きばねを製造するに当たり、ショットピーニング後に、室温以上の温度で、下記（３）式を満足する応力τ（ＭＰａ）を少なくとも１回付与する様にすれば良い。また、この製造方法においては、応力τを付与するときの温度は１２０℃以上であることが好ましい。
τ≧線材の引張強さＴＳ（ＭＰａ）×０．５…（３）
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成することのできる硬引きばね用鋼の実現を目指して様々な角度から検討した。その結果、鋼線材の化学成分組成を厳密に規定すると共に、線材中のパーライト組織面積率を含有炭素量との関係で適切な範囲［前記（１）式で規定する範囲］に制御した鋼線材では、オイルテンパー線を用いたばねと同等以上の疲労強度、耐へたり性を発揮する硬引きばね得られることを見出し、本発明を完成した。
【００１４】
本発明のばね用鋼線材では、化学成分組成を適切に調製する必要があるが、その範囲限定理由は下記の通りである。
【００１５】
Ｃ：０．５〜０．７質量％未満
Ｃは、伸線材の引張強度を高め、疲労特性や耐へたり性を確保するために有用なな元素であり、通常のピアノ線では０．８質量％前後含有されているが、本発明で目的としている様な高強度の伸線材においては、Ｃの含有量が０．７質量％以上になると欠陥感受性を増大させ、表面疵や介在物からの亀裂を発生して疲労寿命が劣化することが分かったので、０．７質量％未満に限定した。但し、Ｃ含有量が０．５質量％未満になると、高応力ばねとして必要な引張強さが確保できないばかりか、疲労亀裂発生を助長する初析フェライトの量が多くなって疲労特性を劣化させるので、Ｃ含有量の下限は０．５質量％とする必要がある。
【００１６】
Ｓｉ：１．６〜２．５質量％
Ｓｉは、固溶強化によって伸線材の引張強さを高め、疲労特性と耐へたり性の改善に貢献する元素である。Ｃ含有量を低めにした分だけＳｉを高めに含有させる必要があり、こうした観点からその下限は１．６質量％とした。しかしながら、Ｓｉの含有量が２．５質量％を超えて過剰になると、表面の脱酸や疵等が増加して耐疲労性が悪くなる。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は１．７質量％程度であり、好ましい上限は２．２質量％程度である。
【００１７】
Ｍｎ：０．５〜１．５質量％
Ｍｎは、パーライト組織を緻密且つ整然化させ、疲労特性の改善に貢献する元素である。こうした効果を発揮させる為には、Ｍｎは少なくとも０．５質量％含有させる必要があるが、過剰に含有させると熱間圧延時やパテンティング処理時にベイナイト組織が生成し易くなり、疲労特性を劣化させるので、１．５質量％以下とすべきである。尚、Ｍｎ含有量のより好ましい下限は０．７質量％程度であり、より好ましい上限は１．０質量％程度である。
【００１８】
Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％
Ｎｉは、切り欠き感受性を低めると共に靭性を高め、ばね巻き加工時の折損トラブルを抑制すると共に、疲労寿命を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させる為には、０．０５質量％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、熱間圧延時やパテンティング処理時にベイナイト組織が生成し易くなり、逆効果となるので、０．５質量％以下とする必要がある。尚、Ｎｉ含有量の好ましい下限は、０．１５質量％であり、好ましい上限は０．３０質量％である。
【００１９】
Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％
Ｃｒは、パーライトラメラ間隔を小さくして、圧延後、または熱処理後の強度を上昇させ、耐へたり性を向上させるのに有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒ含有量は０．０５質量％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、パテンティング時間が長くなり過ぎ、また靭性や延性が劣化するので、１．５質量％以下とする必要がある。
【００２０】
Ｖ：０．０５〜０．２５質量％
Ｖは、パーライトノジュールサイズを微細にして伸線加工性、ばねの靭性および耐へたり性等を改善するのに有用な元素である。こうした効果を発揮させる為には、Ｖは０．０５質量％以上含有させる必要があり、好ましくは０．１０質量％以上含有させるのが良い。しかしながら、０．２５質量％を超えて過剰に含有させても、熱間圧延時やパテンティング処理時にベイナイト組織が生成し易くなり、疲労寿命を劣化させることになる。
【００２１】
本発明のばね用鋼線材における基本的な化学成分組成は上記の通りであり、残部は実質的にＦｅからなるものであるが、上記の各種成分以外にもばね用鋼の特性を阻害しない程度の微量成分を含み得るものであり、こうした鋼線材も本発明の範囲に含まれものである。上記微量成分としては不純物、特にＰ，Ｓ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ等の不可避不純物が挙げられる。
【００２２】
本発明のばね用鋼線材においては、線材中のパーライト組織面積率を含有炭素量との関係で適切な範囲［前記（１）式で規定する範囲］に制御する必要があるが、この理由は下記の通りである。本発明に用いられる鋼材のＣ含有量は、前述の如く、０．５〜０．７質量％未満と共析成分よりも低くしなければならないのであるが、この様な鋼材から線材を通常の方法で製造すると初析フェライト組織が生成し、この初析フェライト組織は疲労破壊の起点となてって疲労寿命を劣化させることになる。こうした不都合を回避する為には、初析フェライトをできるだけ少なくし、パーライト組織分率を高くすることが必要になる。
【００２３】
図１は、鋼中の炭素含有量とパーライト面積率の関係を示したものである。一般的な炭素鋼では、パーライト面積率が比較的低い組織であるが、本発明の鋼線材では、上記した観点からパーライト面積率が炭素含有量との関係からして比較的高い組織となっているのである。
【００２４】
上記（１）式を満足する様な組織を得る為には、熱間圧延時またはパテンティング処理時にＡｅ3変態点（オーステナイトとフェライトが平衡に共存できる上限温度）より高い温度から、Ａｅ1変態点（フェライトとセメンタイトが共存できる上限温度）以下の温度にできるだけ急速に冷却することが有効である。具体的には、熱間圧延の場合にはコンベア上の冷却条件を上記温度領域において、冷却速度を５℃／ｓ以上、好ましくは１０℃／ｓ以上に管理することが有効である。但し、必要以上に冷却を続行することは、精細なパーライト組織が得られなくなり、ベイナイトの様な過冷組織が混入して靭性を劣化させるので、冷却条件をコンベアの位置ごとに管理し、線材の温度が約５５０℃以下の領域までは冷却を緩めることが推奨される。
【００２５】
パテンティング処理においては、Ａｅ3変態点からＡｅ1変態点までの冷却が比較的速くなるが、恒温保持に利用する媒体としては熱伝導率の高いものを選定することが望ましい。具体的には、例えば流動槽よりも、鉛浴や塩浴を利用することが望ましい。更に冷却を速める為には、オーステナイト化加熱炉から恒温保持炉へ入る間のにプロセスに冷却工程を介在させ、この冷却工程によって強制冷却することが好ましい。また冷却速度を大きくする為には、線材の送給速度をできるだけ大きくすることも有効である。尚、パーライト面積率Ｒｐについては、伸線加工やその後のばね巻き加工によっても大きく変化することがないので、面積率の測定は伸線加工後の線材やばね製品において実施しても良い。
【００２６】
上記の様なばね用鋼線材を用いて伸線加工およびばね巻き加工を施すことによって、希望する特性を発揮するばねが得られるのであるが、こうした効果をより有効に発揮させるためには、伸線加工線材が上記（２）式の関係を満足することが有効である。
【００２７】
上記（２）式に関連して、ＪＩＳ−ＳＷＰ−Ｖについては、引張強さが線材の直径に応じて規定されているが、一般ばね用のＳＷＰ−Ｂ等よりも低いＴＳに設定されている。その理由は、引張強さを高くし過ぎると欠陥感受性の増加や靭・延性の低下等を招き、伸線中の断線、ばね加工中の折損、疲労破壊、脆性破壊等の問題が生じる可能性があるからと考えられる。
【００２８】
これに対して本発明では、欠陥感受性を下げて、靭・延性を高めることによって、上記（２）式右辺の値以上のＴＳ領域でのばねの製造と使用に適したものとしたのである。但し、この引張強さＴＳを高くし過ぎると、欠陥感受性や靭・延性の低下による悪影響が防ぎきれないので、その上限を上記（２）の左辺の値までとした。こうした要件を満足する伸線材は、従来の伸線設備によって伸線することによっても可能であるが、特に高強度な線材を塑性加工することになるので、断線を起こさない様にその条件を適切に考慮することが望まれる。こうした観点から、（１）伸線前処理としてリン酸塩被膜を施した上で潤滑剤には金属石鹸を用いること、（２）伸線ダイス個々の減面率は１５〜２５％の範囲とすること（但し、残留応力制御の為に最終ダイスのみ減面率を下げても良い）、（３）伸線中の温度上昇を防ぐ為に伸線速度を上げ過ぎない様にする、等に留意すべきである。
【００２９】
本発明に係るばねにおいては、ばね内側における表層残留応力が圧縮から引張りに転ずる深さが０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくはこのこの深さが０．１５ｍｍ以上のものである。通常、弁ばねやそれに準ずる高応力ばねには、ショットピーニングによって表層に圧縮残留応力が付与された状態で使用されるのであるが、表層（ばね内側部分の表層）から深さ方法圧縮残留応力を順次測定していくと、或る深さから引張強さに転ずる。そして、この深さ（以下、「クロシングポイント」と呼ぶ）は、ショットピーニング条件、材料の硬さ、ショットピーニング前の母材の残留応力分布等に依存する。通常の硬引き線の表層には、伸線加工による引張残留応力が生じているので、ショットピーニング後の残留応力のクロシングポイントは、オイルテンパー線などに比べて小さくなる傾向がある。これに対し本発明の線材では、一般に硬引きばねよりも高応力での使用を想定したものであることから、オイルテンパー線製ばねにおいてなされる条件よりも強くショットピーニングを施し、クロシングポイントを意図的に０．０５ｍｍ以上、より好ましくは０．１５ｍｍ以上となる様に管理することが望ましい。
【００３０】
尚、クロシングポイントが上記の範囲となる様にする為には、伸線加工の引張残留応力を低減する為に、（ａ）伸線時の最終ダイスの減面率を１０％以下、好ましくは３〜６％程度とすること、（ｂ）ばね巻き加工の歪取焼鈍温度を３６０℃以上に高めること、（ｃ）ショットピーニング工程において平均直径０．６ｍｍ以上、好ましくは０．８ｍｍ以上のショット粒による投射を少なくとも１度行なうこと、等が有効である。
【００３１】
本発明のばねには、特に過酷な応力条件で使用されることが予想される場合には、その表面に窒化処理を施すことも有効である。こうした窒化処理を施すことによって、疲労強度を更に改善することができる。こうした窒化処理に関しては、オイルテンパー線の弁ばねについては従来からその処理が行なわれているが、硬引きばねについては、全く行われていなかった。これは、硬引きばねでは、それほど過酷な条件で使用されたことがなかったことや、通常の硬引き線の化学成分では窒化処理を施しても効果があまり期待できないと考えられていたこと等が原因である。
【００３２】
これに対して、本発明で規定する化学成分組成を有する線材を硬引きした後、窒化処理を施すと、疲労寿命が改善されることになる。こうした効果が発揮される理由は、次の様に考えることができた。即ち、本発明のばねはＣ含有量が低いものであるので、パーライト組織を構成するセメンタイト相に対してフェライト相の体積が高くなっており、且つフェライトをＳｉ，Ｖ，Ｃｒ等の合金元素で強化することによって線材の強度がフェライト自身の強度に依存する状態になっているので、窒化によってフェライトの強度を高めることが疲労強度の直接的な改善に繋がるものと考えられる。尚、本発明者らが確認したところによれば、窒化処理を施すことによる効果は、特に表層１０μｍ位置で硬さをＨＶ６００以上（好ましくはＨＶ７００以上）となる様に処理したときに大きいことが判明した。
【００３３】
一方、本発明のばねを製造するに当たっては、ショットピーニング後に、室温好ましくは１２０℃以上の温度で、前記（３）式を満足する応力τを少なくとも１回付与することが有効である。一般に硬引きばねは、オイルテンパー線製ばねに比べて耐へたり性が低い。本発明では鋼材成分や線材引張強さの上昇によって耐へたり性の改善を図るものであるが、その使用目的や使用条件によっては更に高い耐へたり性が要求される場合がある。こうした場合には、室温（好ましくは１２０℃以上の温度）で、前記応力τを少なくとも１回付与することが有効である。これによって、伸線加工で導入された転位を固着し、塑性変形に対する抵抗を高めることができると考えられる。尚、上記（３）式における線材の引張強さＴＳとは、伸線加工材のときに測定される値である。
【００３４】
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・後記の趣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。
【００３５】
【実施例】
下記表１に示す化学成分組成の鋼（Ａ〜Ｇ）を溶製し、熱間圧延して直径：９．０ｍｍの鋼線材を作製した。その後、鋼Ｄ以外に軟化焼鈍を施し、更に全ての鋼種において皮削り、パテンティング処理および伸線処理を行なって各線径とした。このとき、パテンティング処理は、オーステナイト化加熱温度を９４０℃とし、線速を８．０ｍ／ｍｉｎと比較的速めると共に、Ｎｏ．１〜８，１０，１３については、パーライト面積率を高める為に６２０℃の鉛炉との間で強制的に高圧エアーを吹き付け急冷後に鉛炉に入る様にした。伸線はダイス枚数８枚の連続伸線機を使用し、最終ダイス以外の各ダイスの減面率を１５〜２５％、最終ダイスを５％と設定し、最終ダイスの伸線速度を２００ｍ／ｍｉｎにて実施した。また、伸線に伴う線材の温度上昇を防ぐ為に、線材を直接水冷しながら冷却する冷却伸線を実施した。
【００３６】
伸線材を常温にてばね成形し、歪み取り焼鈍（４００℃×２０分）、座研磨、二段ショットピーニング、低温焼鈍（２３０℃×２０分）およびセッチング（τmax＝１２００ＭＰａ相当）を行なった。Ｎｏ．４〜８のサンプルにおいては、セッチングを低温焼鈍の余熱を利用して１８０℃程度の温度で実施した。また、Ｎｏ．５，６のものについては、４６０℃にて５時間の窒化処理も施した。パーライト面積率は、パテンティング後の鋼線の断面積における光学顕微鏡写真（４００倍×１０視野）を、コンピュータで画像解析して評価した。
【００３７】
【表１】
得られた各ばねに６３７±５８８ＭＰａの負荷応力下で疲労試験を行ない、破断寿命を測定した。また、１２０℃、８８２ＭＰａの応力下で、４８時間締め付けた後、残留せん断歪を測定し、耐へたり性の指標（残留せん断歪が小さいほど耐へたり性は良好）とした。これらの結果を、各製造条件、線材の引張強さＴＳ、クロシングポイント、１０μｍ位置（深さ）の硬さ等と共に下記表２に示す。
【００３９】
尚、１０μｍ位置での硬さは試料を既知の角度傾斜させて樹脂に埋め込み、研磨したサンプル上でビッカース硬さ（荷重３００ｇ）を測定し、垂直方向に換算するいわゆる「コード法」によった。また、残留応力については、Ｘ線回折法によった。深さ方向のプロファイルについては、化学研磨にて表層を除去し、Ｘ線回折測定を行なうことによって評価した。
【００４０】
【表２】
これらの結果から、次の様に考察できる。まず、Ｎｏ．１のものは、前記（１）式を満足するものであるが、伸線時の減面率が低いために硬引き線のＴＳが前記（２）式の低い方に外れたものとなっている。この結果、耐へたり性の点では他よりも劣る結果となったが、疲労寿命については他の実施例に匹敵する長寿命を示してした。
【００４２】
Ｎｏ．２〜８のものは、前記（１）式および（２）式のいずれをも満足するものであり、疲労寿命および耐へたり性のいずれも優れたものとなっている。このうち、Ｎｏ．２のものでは、Ｎｏ．３と同じ鋼線を用いているが、ショットピーニング条件を変化（一段目のショット粒を小さくしたもの）させたもので、クロシングポイントが浅くなっている。これによって、Ｎｏ．２の疲労寿命はＮｏ．３のものに比べて劣っているが、耐へたり性は同等レベルである。
【００４３】
Ｎｏ．４のものは、Ｎｏ．３に対して１２０℃以上での応力付与を実施したものであり、耐へたり性は向上しているが疲労寿命は同レベルである。Ｎｏ．５のものは、Ｎｏ．４に対して窒化処理を施したものであり、耐へたり性は同等であるが疲労寿命が向上している。Ｎｏ．６のものは、素材や処理内容はＮｏ．５と同等であるが、伸線加工度と線材直径が異なるものであり、２１１３ＭＰａの高い引張強さが得られており、疲労寿命も向上している。Ｎｏ．７は、Ｃ含有量が比較的低い鋼種を用いたものであり、またＮｏ．８は逆に高い鋼種を用いたものであるが、いずれも良好な耐へたり性と疲労特性を示している。
【００４４】
これに対して、Ｎｏ．９〜１３のものは、本発明で規定する要件のいずれかを欠く比較例であり、いずれかの特性が劣化していることが分かる。Ｎｏ．９のものでは、化学成分組成はＮｏ．１〜６のものと同じものであるが、パテンティング処理時にガス冷却を行なわなかった為に、初析フェライトが生じてパーライト面積率が本発明で規定する範囲よりも低くなったものである。こうしたことから、引張強さＴＳについてはＮｏ．７と同程度の値が得られているにも関わらず、疲労寿命が著しく低くなっている。
【００４５】
Ｎｏ．１０のものは、ＪＩＳ−ＳＷＲＳ９２Ｂ相当鋼であり、耐へたり性、疲労寿命ともに実施例のものよりも劣っている。疲労寿命が劣るのは、Ｃ含有量が高くなって欠陥感受性が高くなり、疲労起点が早期に形成されたからと考えられる。また、耐へたり性が劣るのは、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ等の含有量が少なかったことによるものと考えられる。
【００４６】
Ｎｏ．１１のものでは、Ｓｉ含有量が高く、ＣｒやＶも含有しているが、Ｃ含有量が高くなった鋼種を用いたものであり、耐へたり性は良好であるが、疲労寿命が劣っている。
【００４７】
Ｎｏ．１２のものは、Ｎｏ．１１のものよりＳｉ含有量がやや少ないものであり、耐へたり性が低くなっている。またＮｏ．１３のものは、Ｃ含有量は本発明で規定する範囲内にあるが、Ｓｉ含有量がやや少なくなっており、疲労特性はＮｏ．１０〜１２よりやや良いが、実施例ほどの性能が得られておらず、また耐へたり性が非常に劣っている。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、オイルテンパー線を用いたばねと同等以上の疲労強度、耐へたり性を発揮する硬引きばねを製造する為のばね用鋼線材、ばね用伸線材、およびこの様な硬引きばね、並びにこうした硬引きばねを低コストで製造する為の有用な方法が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼中の炭素含有量とパーライト面積率の関係を示したグラフである。
Claims (8)
- Ｃ：０．５〜０．７質量％未満、Ｓｉ：１．６〜２．５質量％、Ｍｎ：０．５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％およびＶ：０．０５〜０．２５質量％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなると共に、パーライト組織の面積率Ｒｐが下記（１）式を満足するものであることを特徴とする硬引きばね用鋼線材。
Ｒｐ（面積％）≧５５×［Ｃ］＋６１…（１）
但し、［Ｃ］はＣの含有量（質量％）を示す。 - Ｃ：０．５〜０．７質量％未満、Ｓｉ：１．６〜３質量％、Ｍｎ：０．５〜１．５質量％、Ｎｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｃｒ：０．０５〜１．５質量％およびＶ：０．０５〜０．２５質量％を夫々含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなると共に、パーライト組織の面積率Ｒｐが下記（１）式を満足し、且つ線材の引張強さＴＳが下記（２）式を満足するものであることを特徴とする硬引きばね用伸線材。
Ｒｐ（面積％）≧５５×［Ｃ］＋６１…（１）
但し、［Ｃ］はＣの含有量（質量％）を示す。
−13.1d3+160d2−671d＋3200≧ＴＳ≧−13.1d3＋160d2−671d＋2800…（２）
但し、ｄ：線材の直径（ｍｍ）［１．０≦ｄ≦１０．０］ - 請求項１または２に記載のばね用鋼線材またはばね用伸線材を用いて製造されたものである硬引きばね。
- ばね内側における表層残留応力が圧縮から引張りに転ずる深さが０．０５ｍｍ以上のものである請求項３に記載の硬引きばね。
- ばね内側における表層残留応力が圧縮から引張りに転ずる深さが０．１５ｍｍ以上のものである請求項４に記載の硬引きばね。
- 表面に窒化処理が施されたものである請求項３〜５のいずれかに記載の硬引きばね。
- 請求項３〜５のいずれかに記載の硬引きばねを製造するに当たり、ショットピーニング後に、室温以上の温度で、下記（３）式を満足する応力τ（ＭＰａ）を少なくとも１回付与することを特徴とする硬引きばねの製造方法。
τ≧線材の引張強さＴＳ（ＭＰａ）×０．５…（３） - 前記応力τを付与するときの温度が１２０℃以上である請求項７に記載の製造方法。
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