JP4423254B2 - コイリング性と耐水素脆化特性に優れた高強度ばね鋼線 - Google Patents
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Description
<熱間巻きばね製造工程>
ばね用鋼 →酸洗 →引抜き →加熱 →熱間ばね巻き加工 → 焼入れ → 焼戻し
→ セッチング→ ショットピーニング→ 塗装→ 製品
<冷間巻きばね製造工程>
ばね用鋼 →酸洗 →引抜き →加熱 →焼入れ →焼戻し →冷間ばね巻き加工
→ 歪取焼鈍→ セッチング→ ショットピーニング→ 塗装→ 製品
旧オーステナイト平均粒径:12μm以下、
残留オーステナイト量:全組織に対する体積率で1.0〜8.0%、
残留オーステナイト平均粒径:300nm以下、及び
残留オーステナイト最大粒径:800nm以下を満たし、
更に引張強度が1900MPa以上であるところに特徴がある。
まず本発明では旧オーステナイト平均粒径を12μm以下とする。旧オーステナイト平均粒径を微細化すれば、旧オーステナイト粒界等に生じる応力集中を低減でき、鋼の靭延性と耐水素脆化特性を同時に向上できるからである。好ましくは10μm以下であり、更に好ましくは8μm以下である。
一般に炭素鋼を焼入れ処理すると、残留オーステナイトが少なからず存在するが、その後、例えば約250℃で焼戻すと該残留オーステナイトは分解するといわれている。しかしながら、鋼材の高強度化に伴いC量と合金成分が増加すると、焼入れ時に存在する残留オーステナイトが増加し、焼戻し時に分解し難くなる。この様に焼戻し後の鋼材に残留オーステナイトが多量に存在すると、該残留オーステナイトがコイリングの際に加工誘起変態して、ばねが折損する場合がある(特開2003−3241号公報参照)。
残留オーステナイト最大粒径:800nm以下〉
上記量の残留オーステナイトを確保しても、コイリング等により加工誘起変態して減少すると、優れた靭延性や耐水素脆化特性を維持することができない。そこで本発明者らが検討した結果、上記残留オーステナイト粒を微細化すれば加工誘起変態し難くなり、かつ加工誘起後の局所的な応力集中も緩和でき、置き割れやコイリング破損等を防止できることがわかった。
Cは、高強度を確保するのに必要な元素であり0.4%以上含有させる。好ましくは0.42%以上である。しかしC量が過剰になると、焼入れ焼戻し後の残留オーステナイト量が増量し、耐水素脆化特性が低下する場合がある。またCは、耐食性を劣化させる元素でもあることから、最終製品であるばね製品(懸架ばね等)の腐食疲労特性を高めるにはC量を抑える必要があり、本発明では0.60%以下とした。好ましくは0.59%以下である。
Siは、ばねに必要な耐へたり性の向上に有効な元素であり、本発明で対象とする強度レベルのばねに必要な耐へたり性を得るには、Si量を1.7%以上とする必要がある。好ましくは1.8%以上である。一方、Siは脱炭を促進させる元素でもあるため、過度のSiは鋼材表面の脱炭層形成を促進し、脱炭層削除のためピーリング工程が必要となり、製造コストの面で不都合である。よって、本発明ではSi量の上限を2.5%とした。好ましくは2.4%以下である。
Mnは、脱酸元素として利用されると共に、鋼中の有害元素であるSとMnSを形成して無害化する有益な元素である。この様な効果を有効に発揮させるにはMnを0.1%以上含有させる。好ましくは0.12%以上である。しかしMnが過剰に含まれると、偏析帯が形成されて材質のばらつきや焼き割れが生じる。また焼入れ時に偏析部で粗大残留オーステナイトが形成され、焼戻し時に分解し難いので材料特性に悪影響を及ぼす。これらの理由から、本発明ではMn量を0.4%以下とする。好ましくは0.38%以下である。
Crは、焼戻し後の強度確保や耐食性向上に有効な元素であり、特に高レベルの耐食性が要求される懸架ばねに重要な元素である。この様な効果を発揮させるにはCrを0.5%以上含有させる。好ましくは0.7%以上である。しかしCr量が過剰になると、難溶性のCrリッチな炭化物が形成され、焼入れ時に十分固溶されず却って所望の強度を確保できなくなる。よってCr量は2.0%以下とした。好ましくは1.9%以下である。
Pは、鋼材の靭延性を劣化させる有害元素であるため低い方が望ましく、その上限を0.015%とする。好ましくは0.01%以下、より好ましくは0.008%以下に抑える。
Sも、上記Pと同様に鋼材の靭延性を劣化させる有害元素であるため低い方が望ましく、その上限を0.015%とする。好ましくは0.01%以下、より好ましくは0.008%以下である。
Nは、固溶状態で存在すると鋼材の靭延性及び耐水素脆化特性を劣化させる。但し、Al、Ti等が存在すると窒化物を形成して組織を微細化させる効果がある。本発明では、固溶Nを極力低減させるため、N量を0.006%以下とした。好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.004%以下である。
Alは、主に脱酸元素として添加される。また、NとAlNを形成して固溶Nを無害化すると共に組織の微細化にも寄与する。これらの効果を十分に発揮させるには、Al量を0.001%以上とする必要がある。特に固溶Nを固定させるには、N量(質量%)の2倍を超えるようAlを含有させることが好ましい。しかし、AlはSiと同様に脱炭を促進させる元素でもあるため、Siを多く含有するばね鋼線ではAl量を抑える必要があり、本発明では0.07%以下とした。好ましくは0.06%以下である。
Niは、表層脱炭を抑制したり耐食性を向上するのに有効な元素であり、この様な効果を発揮させるには、Niを0.2%以上含有させることが好ましい。しかし過度に含まれると、焼入れ後の残留オーステナイト量が極端に増え、鋼材の靭延性が劣化する場合があるので、本発明では上限を1.0%とした。特に熱間加工割れやコスト低減の観点からは0.7%以下とするのが好ましく、より好ましくは0.5%以下である。
Cuは、上記Niと同様に表層脱炭を抑制したり耐食性を向上するのに有効な元素である。この様な効果を発揮させるには、Cuを0.2%以上含有させることが好ましい。しかし過度に含まれると、熱間加工時に割れが発生したり、焼入れ後の残留オーステナイト量が極端に増え鋼材の靭延性が劣化する場合がある。よって本発明ではCu量の上限を1.0%とした。好ましくは0.7%以下、より好ましくは0.5%以下である。尚、Cuが0.5%を超える場合には、同量もしくはそれ以上のNiを存在させる[Ni量(質量%)≧Cu量(質量%)]ことによってCuによる熱間脆性を抑制できる。
Tiは、NやSと窒化物や硫化物を形成してこれらの元素を無害化する作用を有する。またTiは炭窒化物を形成して組織を微細化する効果も有する。これらの効果を発揮させるには、0.02%以上かつ[3.5×N量(質量%)]超のTiを存在させるのがよい。しかしTi量が過剰になると、粗大なTiNが形成され靭延性が劣化する場合がある。よって本発明では、Ti量の上限を0.1%とした。コスト低減の観点からは0.07%以下に抑えることが好ましい。
Vは、CやNと炭窒化物を形成し、主に組織微細化に寄与する元素である。この様な効果を発揮させるには、Vを0.02%以上含有させるのが好ましく、より好ましくは0.05%以上である。しかしV量が過剰になると、焼入れ性が不必要に高まり圧延時に過冷組織が発生するため、後工程で焼鈍等の軟質化工程を要し製造性が低下する。よってV量の上限を0.2%とすることが好ましい。コスト低減の観点からは0.18%以下に抑えることがより好ましい。
Nbも、CやNと炭窒化物を形成し、主に組織微細化に寄与する元素である。この様な効果を発揮させるには、Nb量を0.003%以上とするのが好ましく、より好ましくは0.005%以上である。しかしNb量が過剰になると、粗大炭窒化物が形成されて鋼材の靭延性が劣化する。そのためNb量の上限を0.1%とすることが好ましい。コスト低減の観点からは0.07%以下に抑えることがより好ましい。
Moも、CやNと炭窒化物を形成し組織微細化に寄与する元素である。また焼戻し後の強度確保に有効な元素でもある。この様な効果を発揮させるには、0.15%以上とするのが好ましく、より好ましくは0.3%以上である。しかしMo量が過剰になると、粗大炭窒化物が形成されて鋼材の靭延性が劣化する。よってMo量の上限を1.0%(より好ましくは0.7%)とすることが好ましい。コスト低減の観点からは0.5%以下に抑えることがより好ましい。
Claims (3)
- 質量%で、
C :0.4〜0.60%、
Si:1.7〜2.5%、
Mn:0.1〜0.4%、
Cr:0.5〜2.0%、
P :0.015%以下(0%を含まない)、
S :0.015%以下(0%を含まない)、
N :0.006%以下(0%を含まない)、
Al:0.001〜0.07%
を満たし、残部が鉄及び不可避不純物からなるものであって、
旧オーステナイト平均粒径:12μm以下、
残留オーステナイト量:全組織に対する体積率で1.0〜8.0%、
残留オーステナイト平均粒径:300nm以下、及び
残留オーステナイト最大粒径:800nm以下を満たし、
更に引張強度が1900MPa以上であることを特徴とするコイリング性と耐水素脆化特性に優れた高強度ばね鋼線。 - 更に、質量%で、
Ni:1.0%以下(0%を含まない)、及び/又は
Cu:1.0%以下(0%を含まない)
を含む請求項1に記載の高強度ばね鋼線。 - 更に、質量%で、
Ti:0.1%以下(0%を含まない)、
V :0.2%以下(0%を含まない)、
Nb:0.1%以下(0%を含まない)、及び
Mo:1.0%以下(0%を含まない)
よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1または2に記載の高強度ばね鋼線。
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