JP5121360B2 - 耐脱炭性および伸線加工性に優れたばね用鋼線材およびその製造方法 - Google Patents
耐脱炭性および伸線加工性に優れたばね用鋼線材およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
次に、鋼線材の中心部の平均結晶粒径Dcは80μm以下とする。本発明において、Dcの制御は、ばね用鋼線材の伸線加工性向上に特に重要であり、そのために、Dcの上限を80μmに定めた(後記する実施例を参照)。Dcは小さいほど良く、例えば、60μm以下であることが好ましく、40μm以下であることがより好ましく、30μm以下であることが更に好ましい。なお、Dcの下限は、伸線加工性向上の観点からは特に限定されないが、焼入れ時の焼入れ性などを考慮すると、おおむね、15μmとすることが好ましい。Dcの好ましい下限は20μmである。
Cは、鋼線材の強度に影響する元素であり、含有量が多いほど高強度が得られる。本発明の鋼線材を高強度懸架ばねなどに適用するには、C量は0.35%以上必要である。C量の好ましい下限は0.40%である。しかし、C量が過剰になると耐食性が劣化するため、上限を0.65%と定めた。C量の好ましい上限は0.60%であり、より好ましい上限は0.49%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、本発明の線材を高強度懸架ばねなどに適用するには、Si量は1.4%以上必要である。Si量の好ましい下限は1.6%であり、より好ましくは1.8%以上である。しかし、Si量が過剰になると焼入れ時のセメンタイト析出が抑制され、残留オーステナイトの増加によってばね特性が劣化するため、Si量の上限を2.2%と定めた。Si量の好ましい上限は2.1%である。
Mnは、靭性劣化元素であるSをMnSとして固定し、Sを無害化するために有用な元素であり、このような効果を充分に発揮させるために、Mn量は0.10%以上とする。Mn量の好ましい下限は0.15%であり、より好ましくは0.2%以上である。しかし、Mn量が過剰になると、鋳造時の凝固偏析が顕著になり、偏析部で破壊が生じ易くなるため、Mn量の上限を1.0%と定めた。Mn量の好ましい上限は0.85%であり、より好ましくは0.75%以下である。
Crは、耐食性向上に寄与する元素であり、0.1%以上の添加によって上記作用が有効に発揮される。Cr量の好ましい下限は0.15%であり、より好ましくは0.2%以上である。しかし、Cr量が過剰になると、粗大なCr系炭化物が生成し、靭性が低下するため、Cr量の上限を2.0%と定めた。Cr量の好ましい上限は1.8%であり、より好ましくは1.6%以下である。
Pは、粒界偏析によって靭性を低下させるため、少ないほど良く、本発明では、高強度懸架ばねとしての特性を確保するといった観点から、上限を0.025%とした。P量の好ましい上限は0.020%であり、より好ましくは0.015%以下である。
Sは、粒界脆化や粗大な硫化物形成によって靭性を低下させるため、少ないほど良く、本発明では、高強度懸架ばねとしての特性を確保するといった観点から、上限を0.025%とした。S量の好ましい上限は0.020%であり、より好ましくは0.015%以下である。
Alは脱炭を促進するため、できるだけ少ない方が良く、0.1%以下にすることが好ましい。より好ましくは0.05%以下、さらに好ましくは0.03%以下である。
Oは、粗大酸化物を形成して伸線加工性の劣化をもたらすため、できるだけ少ない方が良く、0.0030%以下にすることが好ましい。より好ましくは0.002%以下であり、更に好ましくは0.0015%以下である。
Nは固溶状態で存在すると、伸線加工性を劣化させるため、できるだけ少ない方が良く、0.006%以下であることが好ましい。より好ましくは0.004%以下であり、更に好ましくは0.003%以下である。
Tiは炭窒化物形成元素であり、微細組織の生成によって靭性が向上するため、0.01%以上とすることが好ましく、0.05%以上がより好ましい。ただし、Ti量が過剰になると、炭窒化物が粗大化し、靭性が劣化するようになるため、Tiを0.10%以下とすることが好ましい。Ti量は、0.07%以下であることが好ましい。
Vは炭窒化物形成元素であり、微細組織の生成によって靭性が向上するため、0.12%以上とすることが好ましい。ただし、V量が過剰になると、炭窒化物が粗大化し、靭性が劣化するようになるため、Vを0.30%以下とすることが好ましい。より好ましいV量は0.2%以下である。
Niは、耐食性向上元素として有用であり、0.2%以上とすることが好ましい。ただし、過剰になると、残留オーステナイトの増加によってばね特性が低下するため、Ni量の上限を0.7%とすることが好ましく、0.6%がより好ましい。
Cuは、耐食性向上元素として有用であり、上記作用を有効に発揮させるため、0.1%以上とすることが好ましく、0.2%以上がより好ましい。ただし、過剰になると、残留オーステナイトの増加によってばね特性が低下するため、Cu量の上限を1%とすることが好ましく、0.8%がより好ましく、0.6%が更に好ましい。
Moは、強度確保に有用であるほか、Pの粒界偏析による靭性低下などの悪影響を軽減し、強靱化に有用な元素である。これらの効果を有効に発揮させるためには、Mo量の好ましい下限を0.1%とし、より好ましくは0.2%とする。しかし、Moは凝固偏析し易い元素であり、Mo量が過剰になると偏析部で破壊する恐れがあるため、Mo量の好ましい上限を1%とする。Mo量のより好ましい上限は0.7%であり、更に好ましくは0.5%である。
NbおよびZrは、いずれも、炭窒化物形成元素であり、微細組織の生成によって靭性が向上する。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。上記の作用を有効に発揮させるため、NbおよびZrを合計で、0.01%以上とすることが好ましく、0.05%以上がより好ましい。ただし、これら元素の量が過剰になると、炭窒化物が粗大化し、靭性が劣化するようになるため、Nbを0.1%以下、Zr:0.1%以下とすることが好ましい。より好ましくは、Nb:0.07%以下、Zr:0.07%以下であり、更に好ましくは、Nb:0.05%以下、Zr:0.05%以下である。
本実施例では、ばね用鋼線材の製造に通常用いられる組成の鋼を用い、熱処理条件を種々変化させたときの特性を調べた。
平均結晶粒径Ds、Dcの測定に用いたのと同じサンプルを用意する。このとき、観察面が線材横断面となるように研磨加工した。次いで、2%硝酸−エタノール溶液(ナイタール溶液)でエッチングして金属組織を現出させた後、合計4視野において光学顕微鏡を用いて200倍で観察を行ない、フェライト脱炭の有無、および過冷組織(ベイナイトおよびマルテンサイト)の有無を評価した。
熱間圧延線材を酸洗してスケールを除去し、ボンデ処理による表面被覆を施した後、減面率20%の乾式伸線加工を行い、断線の有無を調べた。
上記の伸線加工によって得られた伸線材について、電気炉を用いて930℃で20分間保持→WQの焼入れを行なった。930℃までの平均昇温速度は10℃/sとした。焼入れ後の伸線材について、熱間圧延材のフェライト脱炭の有無を評価したのと同じ方法で、フェライト脱炭の有無を評価した。
上記の伸線材について、以下のようにして焼入れ焼戻しを行なった後、JIS試験片(疲労試験片)に加工した。
焼入れ条件:930℃で20分間保持→WQ
(930℃までの平均昇温速度:10℃/s)
焼戻し条件:430℃で60分間保持→WC
(430℃までの平均昇温速度:10℃/s)
Claims (7)
- C:0.35〜0.65%(質量%の意味、以下同じ)、Si:1.4〜2.2%、Mn:0.10〜1.0%、Cr:0.1〜2.0%、P:0.025%以下(0%を含まない)、およびS:0.025%以下(0%を含まない)を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、
鋼線材の中心部の平均結晶粒径Dcが14μm以上、80μm以下で、且つ、
鋼線材の表層部の平均結晶粒径Dsが3.0μm以上であり、Ds<Dcであることを特徴とする耐脱炭性および伸線加工性に優れたばね用鋼線材。 - C:0.35〜0.49%、Si:1.4〜2.1%、Mn:0.10〜1.0%、Cr:0.1〜2.0%、P:0.025%以下(0%を含まない)、およびS:0.025%以下(0%を含まない)を含有し、残部が鉄および不可避不純物からなり、
鋼線材の中心部の平均結晶粒径Dcが14μm以上、80μm以下で、且つ、
鋼線材の表層部の平均結晶粒径Dsが3.0μm以上であり、Ds<Dcであることを特徴とする耐脱炭性および伸線加工性に優れたばね用鋼線材。 - 更に、Ti:0.01〜0.10%、V:0.12〜0.30%、Ni:0.2〜0.7%、およびCu:1%以下(0%を含まない)を含有する請求項1または2に記載のばね用鋼線材。
- 更に、Mo:1%以下(0%を含まない)を含有する請求項1〜3のいずれかに記載のばね用鋼線材。
- 更に、Nb:0.1%以下(0%を含まない)、およびZr:0.1%以下(0%を含まない)よりなる群から選択される少なくとも一種を含有する請求項1〜4のいずれかに記載のばね用鋼線材。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のばね用鋼線材を用いて得られるばね。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の組成を満足するばね用鋼を15℃/分以上、50℃/分以下の平均昇温速度(HR1)で1100℃以上、1300℃以下の温度(T1)に加熱し、850℃以上の圧延温度(T2)および900〜1150℃の仕上げ圧延温度(T3)で熱間圧延した後、880〜1050℃の巻取り温度(T4)で巻き取る工程と、
前記巻取り温度(T4)後の冷却を、前記巻取り温度(T4)から720℃までの範囲を1.5℃/秒以上、70℃/秒以下の平均冷却速度(CR1)で冷却し、720℃から600℃までの範囲を2.0℃/秒以下の平均冷却速度(CR2)で冷却し、且つ、前記巻取り温度(T4)から500℃までの平均冷却速度(CR3)を0.3℃/秒以下で冷却して行う工程と、
を包含することを特徴とする耐脱炭性および伸線加工性に優れたばね用鋼線材の製造方法。
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