JP5653021B2 - 腐食疲労強度に優れるばね用鋼、及びばね - Google Patents

Description

本発明は、ばね用鋼及びばねに関し、より詳しくは腐食疲労強度に優れるばね用鋼、及びばねに関する。

近年、各種の要請からより高強度のばね用鋼及びばねが求められるようになってきている。高強度ばねにあって、耐へたり性を確保するために硬度を高めると、耐衝撃性、靭性、腐食疲労強度が低下する傾向にあった。こうした観点から様々な材料が検討されている（特許文献１）。

国際公開ＷＯ２００６／０２２００９号パンフレット

しかしながら、上記特許文献に記載される組成であっても、これらの要請を好ましいレベルでしかも低コストで充足することは困難であった。
そこで、本発明は、高強度であっても腐食疲労強度に優れるばね用鋼及びばねを提供することを目的とする。

本発明者らは、ばね用鋼の合金組成について種々検討したところ、高い強度を確保しつつ良好な腐食疲労強度を発揮するばね用鋼の合金組成を見出し、本発明を完成した。本発明によれば、以下の手段が提供される。

本発明によれば、質量％で、Ｃ：０．３５％以上０．５５％以下、Ｓｉ：１．６０％以上３．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上１．５０％以下、Ｃｒ：０．１０％以上１．５０％以下を含み、さらに、Ｎｉ：０．４０％以上３．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．５０％以下及びＶ：０．０５％以上０．５０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上の元素を前記濃度で含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるとともに、
以下の式（１）及び（２）：
３．２０％≦Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）＋Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≦３．７０％・・式（１）
１．２０％≦Ｓｉ（％）−０．４６Ｃ（％）−１．０８Ｍｎ（％）・・・式（２）
を充足することを特徴とする、ばね用鋼が提供される。

本ばね用鋼は、さらに、以下の式（３）及び（４）；
１５９Ｃ（％）−Ｓｉ（％）＋８Ｍｎ（％）＋１２Ｃｒ（％）≦８４％・・・式（３）
６Ｃ（％）−Ｓｉ（％）−０．３Ｍｎ（％）＋１．４Ｃｒ（％）≦１．２％・・式（４）
のいずれかを充足していてもよい。

本ばね用鋼は、さらに、以下の式（５）及び（６）；
３．３５％≦Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）＋Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≦３．６５％・・式（５）
１．３５％≦Ｓｉ（％）−０．４６Ｃ（％）−１．０８Ｍｎ（％）・・・式（６）
を充足していてもよい。
また、本ばね用鋼は、さらに、以下の式（７）及び（８）：
１５９Ｃ（％）−Ｓｉ（％）＋８Ｍｎ（％）＋１２Ｃｒ（％）≦８２％ ・・・式（７）
６．０Ｃ（％）−Ｓｉ（％）−０．３Ｍｎ（％）＋１．４Ｃｒ（％）≦１．０％ ・・・式（８）
のいずれかを充足していてもよい。

さらに、本ばね用鋼は、Ｃが０．４５％以上０．５０％以下、Ｓｉが２．００％以上２．５０％以下、Ｍｎが０．４０％以上０．５０％以下であってもよい。さらにまた、本ばね用鋼は、Ｎｉ、Ｍｏ及びＶを含有するものであってもよい。

また、本ばね用鋼は、焼入れ焼戻し処理後において、以下の（１）〜（３）から選択される1種又は２種以上の特性：
（１）腐食耐久回数が４００００回以上（好ましくは、４５０００回以上）
（２）シャルピー衝撃値が７０Ｊ／ｃｍ²以上（好ましくは８０Ｊ／ｃｍ²以上）
（３）遅れ破壊強度が８００ＭＰａ以上（好ましくは、９１０ＭＰａ以上）
を充足するものであってもよい。

さらに、本ばね用鋼は、焼入れ焼戻し処理後において、ロックウェル硬さがＨＲＣ５３以上ＨＲＣ５６以下であってもよい。

本発明によれば、上記のいずれかのばね用鋼よりなる、ばねも提供される。

本発明のばね用鋼によれば、上記組成並びに上記式（１）及び（２）を充足することで、腐食疲労強度等の良好な耐久性を有するばねを製造することができる。本発明のばね用鋼における合金成分組成は、良好な強度及び腐食疲労強度に寄与している。これらの元素、すなわち、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒの含有量が、式（１）を充足することで、焼入れ焼戻しにより、所望の強度、典型的には、ＨＲＣ５３〜ＨＲＣ５６程度の強度のばね用鋼を容易に実現することができるようになる。また、式（１）を充足することで、ばね用鋼を圧延した後に硬化しすぎることを防ぎ、ばね用鋼を線引きするときに断線、表面疵等の発生が抑制される。また、式（２）を充足することで、良好な腐食疲労強度等の耐久性を有するばね用鋼を製造することができるようになる。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（ばね用鋼）
本発明のばね用鋼は、質量％で、Ｃ：０．３５％以上０．５５％以下、Ｓｉ：１．６０％以上３．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上１．５０％以下、Ｃｒ：０．１０％以上１．５０％以下を含有している。

（Ｃ：炭素）
Ｃは、０．３５％以上０．５５％以下含有することが好ましい。本ばね用鋼において、Ｃがこの範囲であると、焼入れ焼戻しにより良好な強度のばね用鋼を得ることができる。０．３５％未満であると、焼入れ焼戻しにより良好な強度のばね用鋼を得ることができない。また、０．５５％を超えると靭性が低下して、水焼入れ時に焼割れが生じる可能性がある。さらに、疲労強度や腐食疲労強度が低下するおそれがある。他の合金成分との関係もあるが、好ましくは、Ｃは、０．４５％以上０．５０％以下である。この範囲であると、良好な強度を実現しやすいとともに、他の合金成分との関係でも式（１）〜式（８）のうちの１又は２以上を適宜充足して良好な腐食疲労強度を初めとする耐久性を得られやすくなる。より好ましくは、上限は、０．４９％であり、さらに好ましくは０．４８％である。また下限は好ましくは０．４６％であり、より好ましくは０．４７％である。

（Ｓｉ：ケイ素）
Ｓｉは、１．６０％以上３．００％以下であることが好ましい。本ばね用鋼において、Ｓｉがこの範囲であると、耐へたり性、焼戻し特性及び腐食疲労強度の向上に有効である。この範囲において、Ｓｉが多いほど、腐食疲労強度が向上される。１．６０％未満では、これらにつき十分な効果が得られにくく、３．００％を超えると、靭性も低下しやすくなり、圧延時及び熱処理（焼入れ）時の脱炭が助長される。本ばね用鋼においては、腐食疲労強度等の観点から、好ましくは、下限は２．００％であり、より好ましくは２．１０％である。また、好ましくは、上限は、２．５０％である。さらに好ましくは２．４０％である。

（Ｍｎ：マンガン）
Ｍｎは、０．２０％以上１．５０％以下であることが好ましい。本ばね用鋼において、Ｍｎがこの範囲であると、良好な腐食疲労強度を得ることができる。Ｍｎが１．５０％を超えると、腐食疲労強度が低下する傾向にあり、Ｍｎが０．２０％未満であると、強度や焼入れ性が不足する傾向があり、圧延時に割れやすくなる傾向がある。本ばね用鋼では、これらの観点から、より好ましくは上限は０．７０％であり、さらに好ましくは０．５０％以下である。また、より好ましくは、下限は０．４０％である。

（Ｃｒ：クロム）
Ｃｒは、０．１０％以上１．５０％以下であることが好ましい。本ばね用鋼において、Ｃｒがこの範囲であると強度確保や焼入れ性向上に有用である。Ｃｒが０．１０％未満であると、こうした効果が不十分であり、また、１．５０％を超えると、焼戻し組織が不均一になり、耐へたり性を阻害するおそれが生じやすくなる。好ましくは、上限は０．３０％である。また、好ましくは、下限は０．２０％である。

本発明のばね用鋼は、Ｎｉ：０．４０％以上３．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．５０％以下及びＶ：０．０５％以上０．５０％以下からなる群から選択される１種又は２種以上の元素を前記濃度で含有していることが好ましい。本ばね用鋼は、好ましくは、全ての元素を前記濃度で含有している。こうすることで、良好な靭性が得られるほか、良好な腐食疲労強度が得られる。

（Ｎｉ：ニッケル）
Ｎｉは０．４０％以上３．００％以下であることが好ましい。本ばね用鋼においては、Ｎｉがこの範囲であると耐腐食性の向上に効果がある。０．４０％未満であると、その効果が不十分であり、３．００％を超えると、耐腐食性向上効果が飽和する傾向がある。より好ましくは、上限は１．００％であり、さらに好ましくは、０．６０％である。本ばね用鋼は、Ｎｉ、Ｍｏ及びＶのうち、少なくともＮｉを含有していることが好ましい。

（Ｍｏ：モリブデン）
Ｍｏは、０．０５％以上０．５０％以下であることが好ましい。本ばね用鋼においては、Ｍｏがこの範囲であると、腐食疲労強度を向上させることができる。０．０５％未満であると、この効果が不十分であり、０．５０％を超えると、効果が飽和する傾向がある。好ましくは、０．２０％以下である。より好ましくは０．１０％以下である。

（Ｖ：バナジウム）
Ｖは、０．０５％以上０．５０％以下であることが好ましい。本ばね用鋼においてＶがこの範囲であると、結晶粒の微細化、析出硬化に効果的である。０．０５％未満であると、その効果が不十分であり、０．５０％を超えると、炭化物が鋼表面において腐食ピットを形成して、亀裂破壊の起点となるおそれがある。また、靭性が低下する。より好ましくは、０．３０％以下であり、さらに好ましくは、０．２０％以下である。一層好ましくは、０．１０％以下である。

さらに、本ばね用鋼は、Ｐ（リン）を含有することができる。Ｐは、結晶粒界を脆弱化させる傾向があるため、０．０１０％以下とすることが好ましく、より好ましくは、０．００５％以下である。

また、本ばね用鋼は、Ｓ（硫黄）を含有することができる。ＳはＰと同様、結晶粒界を脆弱化させる傾向があるため、０．０１０％以下であることが好ましい。より好ましくは０．００５％以下である。

本ばね用鋼は、Ｃｕ（銅）を含むことができる。本ばね用鋼においては、好ましくは、０．２０％以下であることが好ましく、より好ましくは、０．０５％以下である。

本ばね用鋼は、以上説明した合金成分のほか、Ｔｉ（チタン：好ましくは、０．００５％以上０．０３０％以下）を含有することができる。また、Ｂ（ホウ素：好ましくは、０．００１５％以上０．００２５％以下）を含有することができる。本ばね用鋼は、これら合金成分を含有するほか、残部はＦｅ（鉄）であるとともに、不可避不純物からなる。

本ばね用鋼は、こうした合金組成を有するほか、以下の式（１）〜（８）を適宜充足することができる。

式（１）：３．２０％≦Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）＋Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≦３．７０％
式（１）の下限値は、焼入れ焼戻しによって所望の強度を得るための下限値を示し、当該数値未満では、十分な強度を得ることができない。また、式（１）の上限値は、所望の強度を得るための上限値を示し、当該数値を超えると、圧延後にばね用鋼が硬化しすぎ、ばね用鋼を線引きするときに断線、表面疵等が発生するおそれがある。式（１）の範囲は、ロックウェル硬さＨＲＣ５３以上ＨＲＣ５６以下の範囲を得るのに好ましい。上記下限値は３．３５（％）であることが好ましく、上記上限値は３．６５（％）であることが好ましい。すなわち、下記式（５）を充足することが好ましい。
式（５）：３．３５％≦Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）＋Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≦３．６５％
なお、上記下限値が３．６０％であり、上記上限値が３．６３％であることが特に好ましい。また、式（１）が意図する強度は、ロックウェル硬さＨＲＣであることが好ましい。

本ばね用鋼は、上記式（１）とともに、後述する式（２）を少なくとも充足することが好ましい。これら２式を充足することで、高強度で腐食疲労強度に優れるばね用鋼を容易に得ることができる。

式（２）：１．２０％≦Ｓｉ（％）−０．４６Ｃ（％）−１．０８Ｍｎ（％）
式（２）は、本ばね用鋼の合金成分から、Ｃ、Ｓｉ及びＭｎを選択し、腐食疲労強度をパラメータとして得られた式であり、腐食疲労強度の優れたばね用鋼を得るための式である。上記下限値未満であるとき、十分な腐食疲労強度を得ることができない。好ましくは、上記下限値は、１．３０％であり、より好ましくは１．３５％である。すなわち、下記式（６）を充足することが好ましい。
式（６）：１．３５％≦Ｓｉ（％）−０．４６Ｃ（％）−１．０８Ｍｎ（％）
なお、上記下限値が１．４０％であることが特に好ましく、一層好ましくは１．４５％である。より一層好ましくは、１．５０％である。また、式（２）及び（６）では特に上限は規定していないが、強度及び脱炭抑制を図る観点からは、好ましくは、１．９０％であり、より好ましくは、１．７５％であり、さらに好ましくは１．７０％である。なお、式（２）が意図する腐食疲労強度は、後述する実施例記載の試験方法によって得られるものであることが好ましい。

本ばね用鋼は、式（２）のみを充足することもできるが、好ましくは、式（１）及び式（２）を充足する。特に好ましくは、式（５）及び式（６）を充足する。こうすることで、一層腐食疲労強度の優れたばね用鋼を得ることができる。

式（３）：１５９Ｃ（％）−Ｓｉ(％)＋８Ｍｎ（％）＋１２Ｃｒ（％）≦８４％
式（３）は、本ばね用鋼の合金成分から、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒを選択し、シャルピー衝撃値をパラメータとして得られた式であり、靭性に関連し、良好なシャルピー衝撃値のばね用鋼を得るための式である。上記下限値未満であるとき、十分なシャルピー衝撃値（靭性）を得ることができない。好ましくは、上記上限値は、８２％である。すなわち、下記式（７）を充足することが好ましい。
式（７）：１５９Ｃ（％）−Ｓｉ（％）＋８Ｍｎ（％）＋１２Ｃｒ（％）≦８２％
なお、さらに好ましくは、上記上限値は８１％である。また、式（３），（７）では特に下限を規定していないが、好ましくは、６０％であり、より好ましくは７０％である。なお、式（３）が意図するシャルピー衝撃値は、後述する実施例記載の試験方法によって得られるものであることが好ましい。

式（４）：６．０Ｃ(％)−Ｓｉ(％)−０．３Ｍｎ(％)＋１．４Ｃｒ(％)≦１．２％
式（４）は、本ばね用鋼の合金成分から、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｒを選択し、遅れ破壊強度をパラメータとして得られた式であり、耐久性に関連し、良好な遅れ破壊強度を有するばね用鋼を得るための式である。上記上限値を超えるとき、十分な遅れ破壊強度を得ることができない。好ましくは、上記上限値は、１．０％である。すなわち、下記式（８）を充足することが好ましい。
式（８）：６．０Ｃ(％)−Ｓｉ(％)−０．３Ｍｎ(％) ＋１．４Ｃｒ(％)≦１．０％
なお、さらに好ましくは、上記上限値は０．９５％である。また、式（４），（８）では特に下限は規定していないが、強度及び脱炭抑制の観点からは、好ましくは、０．６５％であり、より好ましくは０．６８％であり、さらに好ましくは０．７０％である。なお、式（４）が意図する遅れ破壊強度は、後述する実施例記載の試験方法によって得られるものであることが好ましい。

本ばね用鋼は、焼入れ焼戻し処理後において硬さがＨＲＣ５３以上ＨＲＣ５６以下に調質されていることが好ましい。こうした範囲であると、軽量でかつ高強度なばねを得ることができる。また、本ばね用鋼は、焼入れ焼戻し処理後において、腐食疲労強度、シャルピー衝撃値及び遅れ破壊強度のいずれかが以下の特性を充足していることが好ましい。すなわち、腐食疲労強度に関しては、腐食耐久回数が４００００回以上であることが好ましい。より好ましくは４５０００回以上である。また、シャルピー衝撃値が７０Ｊ／ｃｍ²以上であることが好ましい。より好ましくは、８０Ｊ／ｃｍ²以上であり、さらに好ましくは、８５Ｊ／ｃｍ²以上である。さらに、遅れ破壊強度が８００ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは９００ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは９１０ＭＰａ以上であり、一層好ましくは９５０ＭＰａである。

次に、こうしたばね用鋼を用いてばねを製造する方法について説明する。本明細書に開示されるばね用鋼は、公知の熱間成形法、冷間成形法、温間成形法等を適用して各種ばねを製造できる。例えば、コイルばねを製造するには、以下のようにすることができる。すなわち、本明細書に開示されるばね用鋼を丸鋼、線材又は線あるいは板材等とした後、コイル状に成形し、成形後のコイルに対して温間ショットピーニングを行い、温間ショットピーニング後のコイルに対してホットセッチングを行うことでばねを製造することができる。こうした製法を適用することで、耐へたり性、耐久性に優れた自動車懸架用コイルばねを得ることができる。より具体的な実施形態としては、本明細書に開示されるばね用鋼を用いて、コイル成形、熱処理、ホットセッチング、温間ショットピーニング、冷間ショットピーニング、冷間セッチングの各工程を行うことによって自動車懸架用コイルばねを製造する形態が挙げられる。コイル成形工程は、熱間（線材の再結晶温度以上の温度）で行ってもよいし、温間（線材の再結晶温度未満の温度）又は冷間（室温）で行ってもよい。また、コイル状に成形する方法には、従来公知の種々の方法を用いることができ、例えば、コイリングマシンを用いて成形してもよいし、心金に巻き付ける方法によって成形してもよい。

熱処理工程では、上記の成形工程によってコイル状に成形されたコイルに対して熱処理を行う。この工程で行われる熱処理は、上記の成形工程を熱間で行ったか、温間又は冷間で行ったかによって異なる。すなわち、上記の成形工程を熱間で行った場合には、焼入れと焼戻しを行う。焼入れ焼戻しにより、コイルには強度と靭性が付与される。一方、上記の成形工程を冷間で行った場合には、低温焼鈍を行う。低温焼鈍により、コイル内部及び表面の有害な残留応力（引張りの残留応力）を除去することができる。コイルの焼入れ焼戻し、並びに、コイルの低温焼鈍の方法は、従来知られているいずれの方法によっても行うことができる。

ホットセッチング工程では、コイルの温度を温間とした状態でセッチングを行う。ホットセッチングにより、コイルに方向性のある圧縮残留応力が付加されて耐久性が向上し、また、コイルに比較的大きな塑性変形が生じることでコイルの耐へたり性が向上する。ここで、ホットセッチングを行う温度は、線材の再結晶温度以下で、かつ、室温より高い温度となる温度範囲内で適宜設定することができる。例えば、コイルの温度を１５０℃以上４００℃以下程度の範囲で行うことができる。このような温度範囲でセッチングを行うことで、コイルに付与される塑性変形量を大きくでき、耐へたり性を向上することができる。また、セッチングのへたり代δｈは、自動車懸架用コイルばねの全長Ｌ（セット時の全長Ｌｓ）に応じて適宜決定することができる。なお、セッチングには、従来知られている種々の方法を用いることができる。

温間ショットピーニング工程では、上記の熱処理が行われたコイルを温間でショットピーニングする。温間ショットピーニングにより、コイル表面に大きな圧縮残留応力が付与され、コイルの耐久性、耐腐食疲労性が向上する。ここで、ショットピーニングを行う温度は、線材の再結晶温度以下で、かつ、室温より高い温度となる温度範囲内で適宜設定することができる。例えば、コイルの温度を１５０℃以上４００℃以下程度とすることができる。なお、鋼球のショット方法には、従来知られている種々の方法を用いることができる。

冷間ショットピーニング工程では、コイルの温度を常温にした状態でショットピーニングを行う。温間ショットピーニングに加えてさらに冷間ショットピーニングを行うことにより、コイルの耐久性を一層向上させることができる。なお、冷間ショットピーニングで用いる鋼球の径を、温間ショットピーニングで用いる鋼球の径より小さくすることが好ましい。例えば、温間ショットピーニングに使用する鋼球の径を直径１．２ｍｍとした場合、冷間ショットピーニングに使用する鋼球の径を０．８ｍｍとする。温間ショットピーニングと冷間ショットピーニングを行うことで、先に行われる温間ショットピーニングでコイルに大きな圧縮残留応力が付与され、後に行われる冷間ショットピーニングでコイルの表面粗さが改善され、コイルの耐久性、耐腐食疲労性が一層向上する。なお、鋼球のショット方法には、従来知られている種々の方法を用いることができる。

冷間セッチング工程では、コイルの温度を常温にした状態でセッチングを行う。上記ホットセッチングに加えて冷間セッチングを行うことにより、コイルの耐へたり性を一層向上させる。冷間セッチングのへたり代δｃは、自動車懸架用コイルばねの全長Ｌ（セット時の全長Ｌｓ）に応じて適宜決定することができる。なお、冷間セッチングのへたり代δｃは、温間セッチングのへたり代δｈより小さいことが好ましい。

なお、上記の冷間ショットピーニング、冷間セッチングの各工程を省略し、温間ショットピーニング及びホットセッチングのみを行うこともできる。また、上記の各工程以外の他の工程を含んでいてもよい。例えば、ホットセッチング後に水冷する工程を行うようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、高強度でかつ腐食疲労強度など耐久性に優れるばね用鋼及びばねを得ることができる。こうしたばねは、車両用懸架装置等に使用するコイルばね，板ばね，トーションバー，スタビライザ等に好適に用いられる。

以下、本発明を具現化した実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明を説明するための具体例であって、本発明を限定するものではない。

以下の表１に示す化学組成を有する参照例、実施例及び比較例の鋼を、以下の２種類の製法で製造した。なお、後述する腐食疲労試験において、表１の参照例１，２、実施例３〜５及び比較例１〜７で使用する鋼は下記（２）の製法で製造し、比較例８で使用する鋼は下記（１）の製法で製造した。また、後述するシャルピー衝撃試験及び遅れ破壊試験で使用する鋼は、下記（２）の製法で製造した。
（１）鋼を高炉又は電炉で量産相当で溶製して得た鋼塊を分塊圧延し、その後、線材圧延した。
（２）鋼を真空溶解炉で２トン溶解後、分塊圧延し、その後 線材圧延した。

これらの鋼につき、以下の方法で各種項目の試験を行った。
１．腐食疲労試験
（１）試験片の調製
試験片は、各鋼の線材を、表面研削後、焼入れ加熱し、その後熱間成形し、焼入れ（油冷）し、焼戻しすることにより、コイルばねとした。なお、焼入れ加熱条件は、高周波誘導加熱９９０℃とし、ばね硬さ（焼戻し後硬さ）は、ＨＲＣ５５に調整した。得られたコイルばねの概要を以下の表２に示す。

（２）試験方法
得られたばねに人工的にピットを付与し、腐食環境中で疲労試験（ＪＡＳＯＣ６０４）を実施した。ピットは、主応力振幅が最大となる箇所（コイル端末から3.1巻）におけるばねの外側表面に小さな穴のあいたマスキングをし、電解研磨により直径600μm、深さ300μmの半球状の穴（人工ピット）を付与した。このピットによるねじり負荷における垂直応力（主応力）の応力集中係数は，有限要素法解析によると2.2である。電解液としては、塩化アンモニウム水溶液を用いた。腐食環境は、腐食液として5％NaCl水溶液を用いて、噴霧装置にて人工ピット部のみを16時間腐食させた後、5％NaCl水溶液を含ませた脱脂綿で人工ピット部周辺を覆い、その周りをエチレンラップで包んで乾燥を防いだ状態とした。この状態で疲労試験を実施し、折損までの繰返し回数を評価した。疲労試験は、繰返し速度2Hzとし、フラットな座を使用して平行圧縮で加振した。試験高さは人工ピット付与位置における人工ピットがない状態での主応力条件が507±196MPaとなる条件（最大荷重（４０３１Ｎ）時高さ220mm、最小荷重（２０７９Ｎ）時高さ270mm）とした。結果を表３に併せて示す。また、表３には、化学組成に基づく式（１）〜（４）の数値及び各式に対する充足性を併せて示す。

表３において、式（１）〜（４）の範囲を充足する試料に夫々○を付し、式（１）〜（４）の範囲を充足しない試料に夫々×を付している。表３に示すように、参照例１，２及び実施例３〜５は、式（１）〜（４）の全てを充足している。

２．シャルピー衝撃値
（１）試験片の調製
参照例、実施例及び比較例につき、ハーフサイズ試験片（５×１０ｍｍ断面、長さ５５ｍｍ角柱の中央部に２ｍｍ（幅）×２ｍｍ（深さ）×Ｒ１（Ｕ状底部）のＵノッチを形成したもの）とした。
（２）焼入れ加熱条件：
参照例１、２及び比較例１、２については、９００℃×３０分とし、比較例５については高周波誘導加熱９６０℃とし、実施例３，４については高周波誘導加熱９９０℃とした。
（３）試験片硬さ
焼戻し後の硬さは、ＨＲＣ５５に調整した。
（４）試験方法
試験温度は、常温とし、ＪＩＳ Ｚ２２４２に基づき試験を実施した。結果を表３に示す。

３．遅れ破壊試験
（実施例３，４及び比較例５，８）
試験片は、引張試験片（深さ１ｍｍ環状切欠き付き）を用いた。また、試験方法は、定荷重負荷−水素チャージ法を用いた。具体的には、ｐＨ３のＨ_２ＳＯ_４溶液中で電流密度１．０ｍＡ／ｃｍ^２で試験片に水素をチャージしながら定荷重で負荷を与え破断するまでの時間をカウントした。２００時間以上破断しない最大負荷応力を遅れ破壊強度として評価した。
（焼入れ加熱条件）
上記試験片に対する焼入れ加熱条件は以下のとおりとした。すなわち、実施例３，４については高周波誘導加熱９９０℃とし、比較例５については高周波誘導加熱９６０℃とし、比較例８については９００℃×３０分とした。結果を表３に併せて示す。

表３に示すように、参照例１，２及び実施例３〜５は、いずれも良好な腐食耐久回数を有していることがわかった。これらはいずれも式（１）〜（４）を充足していた。式（２）の下限が１．４５％以上である実施例３〜５は、特に良好な結果であった。また、シャルピー衝撃値に関しても、式（１）〜（４）を充足する参照例１，２及び実施例３，４が良好な結果であった。実施例５も参照例１，２及び実施例３，４と同様に式（１）〜（４）を充足することより、良好な結果が得られる。なお、シャルピー衝撃値に関しては、式（３）の上限が８１％以下である実施例３，４は、特に良好な結果であった。遅れ破壊強度に関しては、式（１）〜（４）を充足する実施例３，４が良好な結果を示しており、参照例１，２及び実施例５も同様に良好な結果が得られる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (11)

1. 質量％で、Ｃ：０．４５％以上０．５０％以下、Ｓｉ：１．６０％以上３．００％以下、Ｍｎ：０．２０％以上１．５０％以下、Ｃｒ：０．１０％以上０．３０％以下、Ｔｉ：０．００５％以上０．０３０％以下、Ｂ：０．００１５％以上０．００２５％以下を含み、
   さらに、Ｎｉ：０．４０％以上３．００％以下、Ｍｏ：０．０５％以上０．５０％以下及びＶ：０．０５％以上０．５０％以下からなる群から選択される少なくともＮｉを含む１種又は２種以上を含み、
   残部がＦｅ及び不可避不純物からなるとともに、
   以下の式（１）及び（２）：
   ３．２０％≦Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）＋Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≦３．７０％・・式（１）
   １．２０％≦Ｓｉ（％）−０．４６Ｃ（％）−１．０８Ｍｎ（％）・・・式（２）
   を充足することを特徴とする、ばね用鋼。
2. Ｃｒが０．２０％以上０．３０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のばね用鋼。
3. さらに、以下の式（３）及び（４）；
   １５９Ｃ（％）−Ｓｉ（％）＋８Ｍｎ（％）＋１２Ｃｒ（％）≦８４％・・・式（３）
   ６．０Ｃ（％）−Ｓｉ（％）−０．３Ｍｎ（％）＋１．４Ｃｒ（％）≦１．２％ ・・・式（４）
   のいずれかを充足することを特徴とする、請求項１又は２に記載のばね用鋼。
4. さらに、以下の式（５）及び（６）；
   ３．３５％≦Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）＋Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％）≦３．６５％・・式（５）
   １．３５％≦Ｓｉ（％）−０．４６Ｃ（％）−１．０８Ｍｎ（％）・・・式（６）
   を充足することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のばね用鋼。
5. さらに、以下の式（７）及び（８）：
   １５９Ｃ（％）−Ｓｉ（％）＋８Ｍｎ（％）＋１２Ｃｒ（％）≦８２％・・・式（７）
   ６．０Ｃ（％）−Ｓｉ（％）−０．３Ｍｎ（％）＋１．４Ｃｒ（％）≦１．０％ ・・・式（８）
   のいずれかを充足することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のばね用鋼。
6. Ｓｉが２．００％以上２．５０％以下、Ｍｎが０．４０％以上０．５０％以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のばね用鋼。
7. Ｎｉ、Ｍｏ及びＶを含有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のばね用鋼。
8. 焼入れ焼戻し処理後において、以下の（１）〜（３）のいずれかの特性：
   （１）腐食耐久回数が４５０００回以上
   （２）シャルピー衝撃値が８０Ｊ／ｃｍ²以上
   （３）遅れ破壊強度が９１０ＭＰａ以上
   を充足する、請求項１〜７のいずれかに記載のばね用鋼。
9. ロックウェル硬さがＨＲＣ５３以上ＨＲＣ５６以下であることを特徴する、請求項１〜８のいずれかに記載のばね用鋼。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のばね用鋼よりなるばねであって、
    ロックウェル硬さＨＲＣ５３以上ＨＲＣ５６以下である、ばね。
11. 腐食耐久回数が４００００回以上である、請求項１０に記載のばね。