JP5342827B2 - 疲労特性に優れたばね鋼およびばね - Google Patents
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Description
「第182・183回西山記念技術講座」、(社)日本鉄鋼協会編、第131〜134頁
(1)Li2Oを除く介在物組成を100質量%としたとき、Al2O3とSiO2の合計が80質量%以上
(2)Al2O3:SiO2=1:4〜2:3(質量比)
(3)介在物中にLiを含有する
(4)Mg含有酸化物系介在物組成を100質量%としたとき、MgOとSiO2の合計が80質量%以上
(5)Mg含有酸化物系介在物のMgO含有量(質量%)>同SiO2含有量(質量%)
(6)Mg含有酸化物系介在物のSiO2含有量(質量%)>25質量%
Cは、高強度ばねとして適用する上で所定の強度を確保するために必要な元素であり、こうした特性を発揮させるためには、Cの含有量は0.2%以上とすることが好ましいが(より好ましくは0.4%以上)、C含有量が過剰になると鋼材が脆化し、実用的でなくなるので1.2%以下とする必要がある。
Mnは鋼の脱酸に寄与する元素であり、また焼入れ性を高めて強度向上に寄与する。こうした観点からMnは0.1%以上含むものであることが好ましい。但し、Mn含有量が過剰になると、靭性、延性が悪くなるので2%以下とすべきである。
Siは、製鋼時における主たる脱酸剤として作用すると共に、鋼材の高強度化にも寄与し、本発明の疲労特性向上効果が顕著にあらわれる点からも重要な元素である。更には、軟化抵抗を高め耐へたり性を向上させるのにも有用な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Si含有量は0.2%以上とする。しかしながら、Si含有量が過剰になると、凝固中に純粋なSiO2が生成する可能性があり、表面脱炭や表面疵が増加するため疲労特性が却って低下することになる。こうしたことから、Siは3%以下、好ましくは2%以下とする。
Alは、介在物制御に必要な元素であり、その質量濃度で0.0003%以上は必要である。しかし、Al含有量が多くなると、断線の原因になる粗大Al2O3が生成する可能性があるので、0.005%以下が望ましい。
Liは上記(1)〜(3)の要件を満足する介在物を得るために必要な元素であり、そのためには0.03ppm以上必要である。但し、Li含有量がある程度を超えると効果が飽和するので、8ppm以下で足りる。
対象となる線材から試料0.5gを採取してビーカーに取り、純水、塩酸および硝酸を加えて加熱分解した。放冷後、100mL(ミリリットル)のメスフラスコに移し入れ、測定溶液とした。この測定溶液を純水で希釈し、ICP質量分析装置(型式 SPQ8000:セイコーインスツルメント社製)を用い、Liを定量分析した。
熱間圧延した各鋼線材のL断面(軸心を含む断面)を研磨し、該研磨断面に存在する短径5μm以上の全介在物をEPMA(Electron Probe Microanalyzer)で組成分析を行い、酸化物に換算し、その平均値を求めた。このときのEPMAの測定条件は下記の通りである。
分析装置(EDS):TN−5500(Tracor Northern社製)
加速電圧:20kV
操作電流:5nA
操作方法:エネルギー分散分析で定量分析(粒子全域を測定)
測定面積:10000mm2以上または100000mm2以上
LiはEPMAなどでの測定ができないため、前記(1)〜(3)の要件を満足する酸化物系介在物をSIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy:二次イオン質量分析法)により測定し(一次イオン種:O2 +、二次イオン極性:正)、7Li+と28Si+の相対二次イオン強度を得た。7Li+/28Si+が0.01以上の場合に介在物中にLiが存在すると判定した。尚、測定はCAMECA社製二次イオン質量分析装置「ims5f」を用いて行なった。
各熱間圧延線材(直径:8.0mm)について、皮削り(直径:7.4mm)→パテンティング→冷間線引き加工(直径:4mm)→オイルテンパー[油焼入れと鉛浴(約450℃)焼戻し連続工程]にて直径4.0mm×650mmのワイヤを作製した。得られたワイヤについて、歪取焼鈍相当処理(400℃)→ショットピーニング→低温焼鈍200℃を行った後、中村式回転曲げ試験機を用いて、公称応力970MPa、回転数:4000〜5000rpm、中止回数:2×107回で試験を行った。そして、破断したもののうち介在物折損したものについて、下記式により折損率を求めた。
折損率(%)=[介在物折損本数/(介在物折損本数+所定回数に達し中止した本数)]×100
C:燃焼赤外線吸収法
Si,Mn,Ni,Cr,V,Ti,Mg,Nb,Mo,W,CuおよびCo:ICP発光分光分析法
Al,REMおよびB:ICP質量分析法
Ca:フレームレス原子吸光分析法
Claims (3)
- C:1.2%(質量%の意味、以下同じ)以下、Mn:0.1〜2%、Si:0.2〜3%、Al:0.0003〜0.005%、Li:0.03〜8ppm(質量ppmの意味、以下同じ)、Ca:30ppm以下(0ppmを含まない)およびMg:28ppm以下(0ppmを含まない)を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなるばね鋼であって、下記(1)〜(3)の要件を満足する酸化物系介在物が1×10-4個/mm2以上存在すると共に、鋼中に存在するMg含有酸化物系介在物のうち、下記(4)〜(6)の要件を満足するMg含有酸化物系介在物が1×10-4個/mm2以上存在するものであることを特徴とする疲労特性に優れたばね鋼。
(1)Li2Oを除く介在物組成を100質量%としたとき、Al2O3とSiO2の合計が80質量%以上
(2)Al2O3:SiO2=1:4〜2:3(質量比)
(3)介在物中にLiを含有する
(4)Mg含有酸化物系介在物組成を100質量%としたとき、MgOとSiO2の合計が80質量%以上
(5)Mg含有酸化物系介在物のMgO含有量(質量%)>同SiO2含有量(質量%)
(6)Mg含有酸化物系介在物のSiO2含有量(質量%)>25質量% - 更に、Cr:3%以下、Ni:0.5%以下、V:0.5%以下、Nb:0.1%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:0.1%以下、Ti:0.1%以下、Co:0.5%以下、B:0.01%以下および希土類元素:0.05%以下よりなる群から選択される1種以上の元素を含有するものである請求項1に記載のばね鋼。
- 請求項1または2に記載のばね鋼から得られたものであるばね。
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