JP6728817B2 - High strength spring steel and spring - Google Patents

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Description

本発明は、高強度ばね用鋼及びばねに関するものであり、特に、熱間または冷間でコイリングされ、熱処理後に高強度かつ高靭性を有する懸架ばねに供される高強度ばね用鋼に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-strength spring steel and a spring, and more particularly to a high-strength spring steel that is hot- or cold-coiled and used for a suspension spring having high strength and high toughness after heat treatment.

自動車の高性能化に伴い、懸架ばねの高強度化が求められている。最近では、熱処理後において引張強度1800MPaを越えるような高強度のばね用鋼が懸架ばねに供されており、近年では引張強度2000MPaを超えるばね鋼も使用されている。このような高強度のばね用鋼は、一般に焼戻しマルテンサイト組織を有しているが、焼戻しマルテンサイト組織では強度に対して延性や靭性がトレードオフの関係にあるため、強度・延性・靭性のバランスを維持したまま高強度化を進めることが徐々に難しくなっている。 As the performance of automobiles increases, the suspension springs are required to have higher strength. Recently, high-strength spring steel having a tensile strength of more than 1800 MPa after heat treatment has been used for suspension springs, and spring steel having a tensile strength of more than 2000 MPa has been used in recent years. Such high-strength spring steel generally has a tempered martensite structure, but in the tempered martensite structure, ductility and toughness have a trade-off relationship with respect to strength. It is gradually becoming difficult to improve strength while maintaining balance.

これに対して、特許文献1には、熱処理後のばね鋼組織をベイナイトとすることで、焼戻しマルテンサイト組織とは異なる強度・延性・靭性バランスが追求したばね鋼が提案されている。一般に、Siを多く含むばね用鋼においてベイナイト組織を得ようとすると、熱処理後に比較的大量の残留オーステナイトが生じるが、特許文献1では、この残留オーステナイトによるTRIP効果を活用することで、従来の焼戻しマルテンサイト組織のばね用鋼では為し得なかった高強度かつ高延性なばね用鋼を実現している。 On the other hand, Patent Document 1 proposes a spring steel that pursues a balance of strength, ductility, and toughness different from that of a tempered martensite structure by using bainite as the spring steel structure after heat treatment. Generally, when trying to obtain a bainite structure in a spring steel containing a large amount of Si, a relatively large amount of retained austenite occurs after heat treatment. However, in Patent Document 1, by utilizing the TRIP effect of this retained austenite, conventional tempering is performed. We have achieved a spring steel with high strength and ductility that could not be achieved with martensitic spring steel.

また、特許文献2には、FCC構造の残留オーステナイトがBCC構造の焼戻しマルテンサイトやベイナイトと比較して水素吸蔵能力が高いことに着目し、残留オーステナイトにより耐水素脆化特性を向上させたばね鋼が提案されている。 Further, Patent Document 2 focuses on that retained austenite having an FCC structure has a higher hydrogen storage capacity than tempered martensite and bainite having a BCC structure, and a spring steel having improved hydrogen embrittlement resistance due to retained austenite is disclosed. Proposed.

一方で、ベイナイト組織を有するばね用鋼にもいくつかの課題がある。その一つが加熱による硬さの低下が大きいことである。ベイナイトばね鋼の強度を高めるには、ベイナイト変態温度を低下させる必要がある。たとえば特許文献1では、250〜350℃でベイナイト変態させることで、ばね鋼ワイヤ状態で引張強さ1800〜2100MPaを達成している。しかし実際にばねとして使用する際には、このワイヤをばね加工し、更に加工による残留応力を除去するために通常は約350℃のひずみ取り焼鈍を行う必要がある。この場合、ベイナイトの変態温度よりも高温でひずみ取り焼鈍を行うため、ベイナイト組織が焼戻されてしまい、ばねとして使用する際にはばね加工前のワイヤの強度よりも低下してしまう。 On the other hand, spring steel having a bainite structure also has some problems. One of them is that the hardness is greatly reduced by heating. In order to increase the strength of bainite spring steel, it is necessary to lower the bainite transformation temperature. For example, in Patent Document 1, a tensile strength of 1800 to 2100 MPa is achieved in a spring steel wire state by performing bainite transformation at 250 to 350°C. However, when it is actually used as a spring, it is necessary to subject this wire to a spring working, and usually to carry out strain relief annealing at about 350° C. in order to remove the residual stress due to the working. In this case, since strain relief annealing is performed at a temperature higher than the transformation temperature of bainite, the bainite structure is tempered, and when used as a spring, the strength of the wire before spring processing is reduced.

なお、従来の焼戻しマルテンサイト組織のばね鋼では、焼戻し時点で350℃以上の熱処理を受けているために、ひずみ取り焼鈍後も強度がほとんど劣化しない。従って、ひずみ取り焼鈍後の強度低下は、ベイナイト組織を有するばね用鋼に特有な課題である。 Since the conventional tempered martensitic spring steel is subjected to heat treatment at 350°C or higher at the time of tempering, its strength hardly deteriorates even after strain relief annealing. Therefore, the reduction in strength after strain relief annealing is a problem peculiar to spring steel having a bainite structure.

また、マルテンサイト変態組織やベイナイト変態組織は、旧オーステナイト粒の内部がパケットやブロックと呼ばれる下部組織に分割されるが、パケットやブロックが大きいほど脆性破壊に対する抵抗が低下することが知られている。パケットやブロックは変態温度が高いほど大きくなる傾向があり、ばね鋼ではマルテンサイトがおよそ250℃で変態するのに対し、ベイナイトは300〜400℃で変態するために、パケットやブロックサイズが大きくなって靭性が低下しやすい傾向にある。 Further, in martensitic transformation structure and bainite transformation structure, the interior of the former austenite grains is divided into lower structures called packets and blocks, but it is known that the larger the packets and blocks, the lower the resistance to brittle fracture. .. Packets and blocks tend to become larger as the transformation temperature becomes higher. In spring steel, martensite transforms at about 250°C, whereas bainite transforms at 300 to 400°C, resulting in larger packet and block sizes. Toughness tends to decrease.

従来は、変態温度が高くなることでベイナイト組織の硬さが低下し、靭性が改善する傾向にあった。しかしベイナイト組織の高強度化が進むにつれて、ベイナイト組織サイズの粗大化による靭性低下は顕著な問題になりつつある。 Conventionally, there has been a tendency that the hardness of the bainite structure is lowered and the toughness is improved by increasing the transformation temperature. However, as the strength of the bainite structure increases, the decrease in toughness due to the coarsening of the bainite structure size is becoming a significant problem.

特開2010−222671号公報JP, 2010-222671, A 特開平5−255733号公報JP-A-5-255733

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、強度及び延性を兼ね備え、かつ、ばね製造時のひずみ取り焼鈍後も強度低下が起きないと同時に、組織粗大化による靭性低下を抑制した、高強度ばね用鋼及びばねを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has both strength and ductility, and at the same time, strength reduction does not occur even after strain relief annealing during spring production, and toughness reduction due to structure coarsening is suppressed, It is an object to provide a steel for high strength spring and a spring.

ひずみ取り焼鈍後の強度低下を起こさせないためには、ベイナイトの変態温度をひずみ取り焼鈍温度と同等以上にする必要がある。さらに、ベイナイト変態によって焼戻しマルテンサイト組織と同等以上の強度・延性バランスを発揮させる必要がある。 The transformation temperature of bainite must be equal to or higher than the strain relief annealing temperature in order not to cause the strength reduction after the strain relief annealing. Further, it is necessary to exert a strength/ductility balance equal to or higher than that of the tempered martensite structure by the bainite transformation.

一般に、焼入れ後に温度T1で焼戻ししたマルテンサイト組織と比較して、温度T1でベイナイト変態させた組織では炭化物が粗大に析出するために、鋼の強度が低下する懸念がある。 Generally, as compared with a martensite structure that is tempered at a temperature of T 1 after quenching, carbide coarsely precipitates in a structure that is transformed to bainite at a temperature of T 1 , and thus there is a concern that the strength of steel may be reduced.

そこで、ベイナイト変態温度を高くしても高強度を得る方法について研究した結果、本発明では、ベイナイト変態に特徴的な変態界面での炭素濃化と、微細な炭化物を析出させる合金元素を、組み合わせて活用することで、従来よりも少ない合金元素の添加で炭化物を析出させることが可能となり、ベイナイト組織でもひずみ取り焼鈍温度でも強度低下を抑制できることを見出した。 Therefore, as a result of researching a method for obtaining high strength even if the bainite transformation temperature is increased, in the present invention, carbon concentration at the transformation interface characteristic of bainite transformation and alloying elements that precipitate fine carbides are combined. It has been found that by utilizing the alloys, it is possible to precipitate carbides with the addition of less alloying elements than before, and it is possible to suppress the strength reduction regardless of bainite structure or strain relief annealing temperature.

さらに、同一の加熱温度、同一のオーステナイト粒径から変態させても、変態温度の高いベイナイトのパケット・ブロックサイズの方が大きく、変態温度の低いマルテンサイトのパケット・ブロックサイズの方が小さくなる。ベイナイトのパケット・ブロックサイズを微細化するためには、オーステナイト中に微細な析出粒子を分散させてオーステナイト粒成長を抑制し、オーステナイト粒径を微細化することが有効であり、そのための粒子分散条件を見出した。 Further, even if transformation is performed with the same heating temperature and the same austenite grain size, the packet block size of bainite having a high transformation temperature is larger and the packet block size of martensite having a lower transformation temperature is smaller. In order to reduce the bainite packet block size, it is effective to disperse fine precipitation particles in austenite to suppress austenite grain growth and to reduce the austenite grain size. Found.

(1) 鋼成分が質量%で、C:0.40〜0.80%、Si:0.80〜3.00%、Mn:0.10〜1.50%、Cr:0.10〜2.00%、Mo:0.10〜1.00%、Ti:0.030〜0.100%、N:0.0010〜0.0070%を含み、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Al:0.050%未満に制限し、残部がFeと不純物からなり、
任意の断面におけるミクロ組織において、旧オーステナイトの粒度番号が8以上であり、ベイナイトが体積分率で70%以上、残留オーステナイトが体積分率で5%以上15%以下、残部が0〜25%以下のマルテンサイトであることを特徴とする高強度ばね用鋼。
(2) 前記鋼成分で、さらに[Ti質量%]、[N質量%]及び[S質量%]それぞれがTi含有量、N含有量およびS含有量を単位質量%で表す場合、前記化学成分が([Ti質量%]−3.43[N質量%])/[S質量%]>3.0を満たす(1)に記載の高強度ばね用鋼。
(3) 前記鋼成分に、さらにV:0.05〜1.00%を含む(1)または(2)に記載の高強度ばね用鋼。
(4) 前記鋼成分に、さらにNi:0.10〜1.00%、Cu:0.10〜0.50%、W:0.10〜0.50%、Nb:0.020〜0.100%B:0.0010〜0.0060%、のうち1種または2種以上を含む(1)ないし(3)のいずれか一項に記載の高強度ばね用鋼。
(5) (1)ないし(4)のいずれか一項に記載の高強度ばね用鋼からなるばね。
(1) Steel component is mass %, C: 0.40 to 0.80%, Si: 0.80 to 3.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, Cr: 0.10 to 2 0.00%, Mo: 0.10 to 1.00%, Ti: 0.030 to 0.100%, N: 0.0010 to 0.0070%, P: 0.030% or less, S:0. 0.030% or less , Al: less than 0.050% , the balance consisting of Fe and impurities,
In the microstructure in any cross section, the grain size number of old austenite is 8 or more, bainite is 70% or more in volume fraction, retained austenite is 5% or more and 15% or less in volume fraction, and the balance is 0 to 25% or less. high-strength spring steel which is a martensite.
(2) In the steel composition, when [Ti mass%], [N mass%] and [S mass%] respectively represent Ti content, N content and S content in unit mass %, the chemical composition Is ([Ti mass%]-3.43 [N mass%])/[S mass%]>3.0, The high strength spring steel according to (1).
(3) The high-strength spring steel according to (1) or (2), wherein the steel composition further contains V: 0.05 to 1.00%.
(4) Ni: 0.10 to 1.00%, Cu: 0.10 to 0.50%, W: 0.10 to 0.50%, Nb: 0.020 to 0. 100% , B: 0.0010 to 0.0060%, The high-strength spring steel according to any one of (1) to (3), containing one or more.
(5) A spring made of the high-strength spring steel according to any one of (1) to (4).

本発明によれば、強度及び延性を兼ね備え、かつ、ばね製造時のひずみ取り焼鈍後も強度低下が起きず、靱性の低下も少ないばね用鋼及びばねを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a spring steel and a spring that have both strength and ductility, do not undergo strength reduction even after strain relief annealing during spring manufacture, and have little toughness reduction.

発明者は、ベイナイト変態と合金元素の添加を組み合わせて活用することにより、従来のベイナイト組織のばね鋼の高強度・高延性を維持しつつ、さらに焼戻し軟化抵抗にも優れるばね鋼を発明するに至った。 The inventor intends to invent a spring steel excellent in temper softening resistance while maintaining high strength and high ductility of the conventional bainite structure spring steel by utilizing bainite transformation and addition of alloying elements in combination. I arrived.

また、鋼中のMnSは、水と接した際に溶解し、局部電池を形成して鋼材の腐食を促進することが知られている。これに対し、TiなどのTi系硫化物は水に対して安定である。そこで本発明では、Ti、Mn、Sの鋼中含有量を制御することでTiなどのTi系硫化物を形成させるようにする。これにより、鋼の耐食性が高まる。また、腐食ピットの形成や鋼材への水素の侵入が抑制されるため、懸架ばねに要求される腐食疲労特性も向上する。 It is also known that MnS in steel dissolves when it comes into contact with water to form a local battery and promote corrosion of steel. On the other hand, Ti-based sulfides such as Ti 4 C 2 S 2 are stable to water. Therefore, in the present invention, Ti-based sulfides such as Ti 4 C 2 S 2 are formed by controlling the contents of Ti, Mn, and S in the steel. This increases the corrosion resistance of the steel. Further, since formation of corrosion pits and entry of hydrogen into the steel material are suppressed, the corrosion fatigue characteristics required for suspension springs are also improved.

以下、本実施形態のばね用鋼の化学成分について説明する。 Hereinafter, the chemical composition of the spring steel of this embodiment will be described.

[C:0.40〜0.80%]
Cは、鋼材の基本強度に大きな影響を及ぼす元素であり、ばね鋼として十分な強度を得るためには0.40%以上のC添加が必要である。一方でCを過剰に添加するとベイナイト変態後に粗大な炭化物が生成して延性・靭性が著しく低下する。このため、C添加量の上限を0.80%とした。
[C: 0.40 to 0.80%]
C is an element that greatly affects the basic strength of the steel material, and 0.40% or more of C must be added to obtain sufficient strength as spring steel. On the other hand, if C is added excessively, coarse carbides are formed after bainite transformation, and ductility and toughness are remarkably lowered. Therefore, the upper limit of the amount of C added is set to 0.80%.

[Si:0.80〜3.00%]
Siは、ばねの強度と耐へたり性を確保するために必要な元素であると同時に、セメンタイトの粗大化を抑制してベイナイト強度を向上させる働きもある。これらの効果を得るためには、0.80%以上のSi添加が必要である。一方で、Siを過剰に添加すると鋼材の延性を著しく低下させ鋼材の脆化をもたらす。このため、Si添加量の上限を3.00%とした。
[Si: 0.80 to 3.00%]
Si is an element necessary for ensuring the strength and sag resistance of the spring, and also has the function of suppressing coarsening of cementite and improving the bainite strength. In order to obtain these effects, it is necessary to add 0.80% or more of Si. On the other hand, if Si is added excessively, the ductility of the steel material is significantly reduced and the steel material becomes brittle. Therefore, the upper limit of the amount of Si added is set to 3.00%.

[Mn:0.10〜1.50%]
Mnは、鋼材の焼入れ性を向上させる元素であり、また鋼中に存在するSをMnSとして固定するために必要な元素である。これらの効果を得るためには、0.10%以上のMn添加が必要である。より好ましくは0.20%以上である。一方で、Mnを過剰に添加すると鋼材中の成分偏析を著しく悪化させ、残留オーステナイト量を過剰にする働きがあるため、鋼材の靭性や疲労特性を劣化させる。このため、Mn添加量の上限を1.50%とした。
[Mn: 0.10 to 1.50%]
Mn is an element that improves the hardenability of steel and is an element necessary for fixing S existing in steel as MnS. To obtain these effects, it is necessary to add 0.10% or more of Mn. It is more preferably 0.20% or more. On the other hand, if Mn is excessively added, segregation of components in the steel material is significantly deteriorated and the amount of retained austenite is excessively added, which deteriorates the toughness and fatigue characteristics of the steel material. Therefore, the upper limit of the amount of Mn added is set to 1.50%.

[Cr:0.10〜2.00%]
Crは、鋼材の焼入れ性の向上や、セメンタイト析出を微細化して、ベイナイトの強度を向上させるために有効な元素である。これらの効果を得るためには、0.10%以上のCr添加が必要である。一方でCrを過剰に添加すると、焼入れ時に未溶解炭化物が増加して鋼材の焼入れ性が低下すると同時に、これらの炭化物が破壊起点として働いて疲労特性を低下させる。このため、鋼材強度も低下する。このため、Cr添加量の上限を2.00%とした。
[Cr: 0.10 to 2.00%]
Cr is an element effective for improving the hardenability of steel and refining cementite precipitation to improve the strength of bainite. To obtain these effects, it is necessary to add Cr in an amount of 0.10% or more. On the other hand, when Cr is excessively added, undissolved carbides increase during quenching to deteriorate the hardenability of the steel material, and at the same time, these carbides act as fracture starting points to deteriorate fatigue properties. Therefore, the strength of the steel material also decreases. Therefore, the upper limit of the Cr addition amount is set to 2.00%.

[Mo:0.10〜1.00%]
Moは、Crと複合添加することでセメンタイトを微細に析出させるとともに、微細なCrMo炭化物(CrとMoを含む炭化物)も析出させることで、ベイナイトの強度向上に有効な元素である。これらの効果を得るためには、0.10%以上のMo添加が必要である。一方で過剰なMoを添加するとオーステナイト温度域で粗大な炭化物を形成してしまい、ベイナイト変態時の強度上昇に貢献しないだけでなく、これらの粗大な炭化物が疲労破壊の起点として働く。このため、Mo添加量の上限を1.00%とした。
[Mo: 0.10 to 1.00%]
Mo is an element effective for improving the strength of bainite by adding cement with Cr to finely precipitate cementite and also fine CrMo carbide (carbide containing Cr and Mo). To obtain these effects, it is necessary to add 0.10% or more of Mo. On the other hand, when excessive Mo is added, coarse carbides are formed in the austenite temperature range, which does not contribute to the increase in strength during bainite transformation, and these coarse carbides serve as the starting points of fatigue fracture. Therefore, the upper limit of the amount of Mo added is set to 1.00%.

[Ti:0.030〜0.100%]
Tiは、オーステナイト中でピン止め粒子として働く微細なTiNやTi(C,N)を析出させる元素であり、熱処理中のオーステナイト粒粗大化を抑制する働きがある。またTiはTi系硫化物(TiS、Ti)を形成してSを無害化する働きもある。この効果を得るためには、0.030%以上のTi添加が必要である。一方でTi添加量が過剰であると、凝固直後から粗大なTiNが生成し、破壊起点として疲労寿命を低下させる。このため、Ti添加量の上限を0.100%とした。
[Ti: 0.030 to 0.100%]
Ti is an element that precipitates fine TiN and Ti(C,N) that function as pinning particles in austenite, and has a function of suppressing coarsening of austenite grains during heat treatment. Ti also has a function of forming Ti-based sulfides (TiS, Ti 4 C 2 S 2 ) and rendering S harmless. In order to obtain this effect, addition of 0.030% or more of Ti is necessary. On the other hand, if the Ti addition amount is excessive, coarse TiN is generated immediately after solidification, and the fatigue life is reduced as a fracture starting point. Therefore, the upper limit of the Ti addition amount is set to 0.100%.

[N:0.0010〜0.0070%]
Nは、鋼中で各種窒化物を生成する元素であり、高温でも安定な窒化物粒子はオーステナイト粒成長のピン止め効果による旧オーステナイト粒の微細化効果を発揮する。これらの効果を得るためには、0.001%以上のN添加が必要である。一方で、N量が過剰であるとCrNやTiNなどの粗大な窒化物粒子が生成し、靭性低下や疲労特性低下をもたらす。このため、N添加量の上限を0.007%とした。
[N: 0.0010 to 0.0070%]
N is an element that forms various kinds of nitrides in steel, and nitride particles that are stable even at high temperatures exert the effect of refining old austenite grains due to the pinning effect of austenite grain growth. In order to obtain these effects, it is necessary to add 0.001% or more of N. On the other hand, if the amount of N is excessive, coarse nitride particles such as CrN and TiN are generated, resulting in deterioration of toughness and fatigue characteristics. Therefore, the upper limit of the amount of N added is set to 0.007%.

[P:0.030%未満]
Pは、不純物元素として鋼中に存在し、鋼を脆化させる。特に、旧オーステナイト粒界に偏析したPは、衝撃値の低下、および水素の侵入による遅れ破壊などを引き起こす。そのため、P含有量は少ない方がよい。鋼の脆化を防ぐためには、P含有量を0.030%未満に制限する必要がある。
[P: less than 0.030%]
P is present in steel as an impurity element and embrittles steel. In particular, P segregated at the former austenite grain boundaries causes a decrease in impact value and delayed fracture due to hydrogen intrusion. Therefore, the P content is preferably low. In order to prevent the embrittlement of steel, it is necessary to limit the P content to less than 0.030%.

[S:0.030%未満]
Sは、Pと同様に不純物元素として鋼中に存在し、鋼を脆化させる。Sは、Mnを含有させることによりMnSとして固定することができるが、MnSも、粗大化すると破壊起点として働き、これにより鋼の破壊特性を劣化させる。また、MnSは腐食の起点にもなりうるため、過剰のSは耐食性の低下ももたらす。これらの悪影響を抑制するためには、S含有量を0.030%未満に制限する必要がある。
[S: less than 0.030%]
S, like P, exists in steel as an impurity element and embrittles steel. S can be fixed as MnS by containing Mn, but MnS also acts as a fracture starting point when coarsened, thereby deteriorating the fracture characteristics of steel. Further, since MnS can also be a starting point of corrosion, excessive S also causes a decrease in corrosion resistance. In order to suppress these adverse effects, it is necessary to limit the S content to less than 0.030%.

また、本実施形態に係るばね用鋼では、腐食の起点となるMnSの低減を目的に、上述のようにTiをSの固定に活用することで、Mn含有量を低下させることができる。このため、本実施形態に係るばね鋼は、Sを固定するのに必要十分なTi量を確保するために、化学成分が下記の数式1を満たしてもよい。
([Ti質量%]−3.43×[N質量%])/[S質量%]>3.0 ・・(数式1)
Further, in the spring steel according to the present embodiment, the Mn content can be reduced by utilizing Ti for fixing S as described above for the purpose of reducing MnS which is a starting point of corrosion. Therefore, in the spring steel according to the present embodiment, the chemical composition may satisfy the following formula 1 in order to secure a Ti amount necessary and sufficient for fixing S.
([Ti mass%]-3.43 x [N mass%])/[S mass%]>3.0...(Equation 1)

数式1において、左辺の分子部の「3.43」との数値は、Tiの原子量をNの原子量で除することによって得られる値である。“3.43×[N質量%]”は、TiNの形成によって消費されうる最大のTi量である。よって数式の左辺は、「Nによって消費されずに残っているTi量」と「S量」の比である。Ti系硫化物としてTi4C2S2を想定した場合、TiとSの重量比は、分子式とそれぞれの原子量から、Ti:S=3:1となるため、「Nによって消費されずに残ったTiが、TiとしてSを固定するのに十分である」ためには、数式1の左辺の下限値は3.0超であることが好ましい。 In the numerical formula 1, the numerical value “3.43” of the molecular part on the left side is a value obtained by dividing the atomic weight of Ti by the atomic weight of N. “3.43×[N mass %]” is the maximum amount of Ti that can be consumed by the formation of TiN. Therefore, the left side of the mathematical expression is the ratio of the “Ti amount remaining without being consumed by N” and the “S amount”. When Ti4C2S2 is assumed as the Ti-based sulfide, the weight ratio of Ti and S is Ti:S=3:1 based on the molecular formula and the atomic weights of the respective elements. Therefore, “Ti remaining without being consumed by N is Ti In order to fix S as 4 C 2 S 2 , it is preferable that the lower limit value of the left side of Expression 1 is more than 3.0.

本実施形態に係る鋼の化学成分は、さらに、Vを含んでもよい。また、Ni、Cu、W、Nb,Al、Bのうち1種または2種以上を含有してもよい。ただし、V、Ni、Cu、W、Nb,Al、Bは任意元素であり、本実施形態に係る鋼の化学成分はこれらを含有する必要は無い。 The chemical composition of the steel according to this embodiment may further contain V. Moreover, you may contain 1 type(s) or 2 or more types among Ni, Cu, W, Nb, Al, and B. However, V, Ni, Cu, W, Nb, Al, and B are arbitrary elements, and the chemical composition of the steel according to this embodiment does not need to contain these.

[V:0.05〜1.00%]
Vは、セメンタイトや析出炭化物を微細化させることでベイナイト強度を向上させると同時に、オーステナイト域で析出するVNやV(N,C)粒子がピン止め粒子としてオーステナイト粒成長を抑制し、ばね鋼の高靭性化にも寄与する。これらの効果を得るためには、Vを0.05%以上添加することが望ましい。一方で、Vを過剰に添加すると、粗大な炭化物を形成してしまい、疲労特性を低下させる。このためVの添加量は1.00%以下が望ましい。
[V: 0.05 to 1.00%]
V improves bainite strength by refining cementite and precipitated carbides, and at the same time, VN and V(N,C) particles that precipitate in the austenite region suppress austenite grain growth as pinning particles, and It also contributes to high toughness. In order to obtain these effects, it is desirable to add V in an amount of 0.05% or more. On the other hand, if V is added excessively, coarse carbides will be formed and the fatigue characteristics will be deteriorated. Therefore, the amount of V added is preferably 1.00% or less.

[Ni:0.10〜1.00%]
Niは鋼材の耐食性と靭性を向上させる元素であり、これらの効果を得るためには、0.10%以上のNi添加が望ましい。一方で、Niを過剰に添加すると残留オーステナイトの増加を招き、耐へたり性やばね疲労特性の低下をもたらす。このため、Niの添加量は1.00%以下が望ましい。
[Ni: 0.10 to 1.00%]
Ni is an element that improves the corrosion resistance and toughness of the steel material, and in order to obtain these effects, addition of Ni of 0.10% or more is desirable. On the other hand, excessive addition of Ni causes an increase in retained austenite, resulting in deterioration of sag resistance and spring fatigue characteristics. Therefore, the amount of Ni added is preferably 1.00% or less.

[Cu:0.10〜0.50%]
Cuは、Niと同様にiは鋼材の耐食性と靭性を向上させる元素であり、これらの効果を得るためには、0.10%以上のCu添加が望ましい。一方で、Cuを過剰に添加すると熱間圧延時の脆化をもたらし、製造性を著しく低下させる。このため、Cuの添加量は0.50%以下が望ましい。
[Cu: 0.10 to 0.50%]
Like Ni, i is an element that improves the corrosion resistance and toughness of steel materials, and in order to obtain these effects, addition of Cu of 0.10% or more is desirable. On the other hand, if Cu is excessively added, embrittlement is caused during hot rolling, and manufacturability is significantly reduced. Therefore, the Cu addition amount is preferably 0.50% or less.

[W:0.10〜0.50%]
Wは、析出炭化物を微細化させることでベイナイト強度を向上させる元素であり、この効果を得るためには0.10%以上のW添加が望ましい。一方で過剰なW添加は鋼材を脆化させるため、Wの添加量は0.50%以下が望ましい。
[W: 0.10 to 0.50%]
W is an element that improves the bainite strength by refining precipitated carbides, and in order to obtain this effect, W addition of 0.10% or more is desirable. On the other hand, since excessive addition of W embrittles the steel material, the amount of W added is preferably 0.50% or less.

[Nb:0.020〜0.100%]
Nbは、オーステナイト中でピン止め粒子として働く微細なNbNやNb(C,N)を析出させる元素であり、熱処理中のオーステナイト粒粗大化を抑制する働きがある。この効果を得るためには、0.020%以上のNb添加が望ましい。一方でNb添加量が過剰であると、凝固直後から粗大なNbNが生成し、破壊起点として疲労寿命を低下させるため、Nb添加量は0.100%以下が望ましい。
[Nb: 0.020 to 0.100%]
Nb is an element that precipitates fine NbN and Nb(C,N) that function as pinning particles in austenite, and has a function of suppressing coarsening of austenite grains during heat treatment. In order to obtain this effect, it is desirable to add 0.020% or more of Nb. On the other hand, if the amount of Nb added is excessive, coarse NbN is generated immediately after solidification, and the fatigue life is reduced as a fracture starting point. Therefore, the amount of Nb added is preferably 0.100% or less.

[Al:0.050%未満]
Alは脱酸元素として使用される元素であり、通常の脱酸工程後のAl含有量は約0.050%未満である。過剰なAlは粗大介在物が発生する原因となり、破壊特性を劣化させる。これらの悪影響を抑制するためには、Al含有量を0.050%未満に制限することが望ましい。
[Al: less than 0.050%]
Al is an element used as a deoxidizing element, and the Al content after a normal deoxidizing step is less than about 0.050%. Excessive Al causes the generation of coarse inclusions and deteriorates the fracture characteristics. In order to suppress these adverse effects, it is desirable to limit the Al content to less than 0.050%.

[B:0.0010〜0.0060%]
Bは、鋼の焼入れ性を向上させる効果を有する。さらにBは、破壊の起点となりやすい旧オーステナイト粒界に優先的に偏析することで粒界へのP及びSなどの偏析を抑制し、結果として粒界強度の上昇および靭性の向上に寄与する元素である。これらの効果を得るためには、0.0010%以上のB添加が望ましい。一方、過剰にBを含有させてもこれら効果は飽和し、さらに鋼の靱性が損なわれるおそれがあるため、B添加量は0.006%以下が望ましい。
[B: 0.0010 to 0.0060%]
B has the effect of improving the hardenability of steel. Further, B is an element that suppresses segregation of P and S and the like at the grain boundaries by preferentially segregating to the old austenite grain boundaries, which tend to become the starting point of fracture, and as a result contributes to an increase in grain boundary strength and an improvement in toughness. Is. In order to obtain these effects, it is desirable to add 0.0010% or more of B. On the other hand, even if B is excessively contained, these effects are saturated, and further, the toughness of the steel may be impaired. Therefore, the B addition amount is preferably 0.006% or less.

鋼成分の残部は、鉄及び不純物である。不純物には、前述のP、Sの他に、原料や製造工程中から不可避的に混入する微量元素が含まれる。 The balance of the steel components is iron and impurities. The impurities include, in addition to P and S described above, trace elements that are inevitably mixed in from the raw materials and the manufacturing process.

次に、本実施形態のばね用鋼の金属組織は、任意の断面におけるミクロ組織において、ベイナイトが70%以上、残部がマルテンサイト及び残留オーステナイトである。 Next, in the metallographic structure of the spring steel according to the present embodiment, the microstructure in an arbitrary cross section has bainite of 70% or more, and the balance is martensite and retained austenite.

ベイナイト組織を主体とすることで、せん断変態による高転位密度・高強度の組織が得られ、熱処理後の強度を高めることができる。また旧オーステナイト粒界から内部に向けて変態が進むために、粒界への脆化元素偏析・粒界炭化物の析出を抑制できるために、延性も向上させることができる。ベイナイトの体積分率は70%以上が好ましい。 By mainly using the bainite structure, a structure with high dislocation density and high strength due to shear transformation can be obtained, and the strength after heat treatment can be increased. Further, since transformation proceeds from the former austenite grain boundaries toward the inside, segregation of embrittlement elements and precipitation of grain boundary carbides at the grain boundaries can be suppressed, so that the ductility can also be improved. The volume fraction of bainite is preferably 70% or more.

ベイナイト以外の残部は、マルテンサイト及び残留オーステナイトである。それぞれの体積分率は、マルテンサイトが0〜25%の範囲であり、残留オーステナイトが5〜15%の範囲である。本実施形態のばね用鋼においては、残留オーステナイトが5%以上存在していることが延性を向上できる点で好ましい。ただし、残留オーステナイトの体積分率が高いと鋼が軟化するので、高強度を維持するには残留オーステナイト量を15%以下に制限する必要がある。 The balance other than bainite is martensite and retained austenite. The volume fraction of martensite is in the range of 0 to 25%, and the volume fraction of retained austenite is in the range of 5 to 15%. In the steel for springs of the present embodiment, it is preferable that residual austenite is present in an amount of 5% or more from the viewpoint of improving ductility. However, since the steel softens when the volume fraction of retained austenite is high, it is necessary to limit the amount of retained austenite to 15% or less in order to maintain high strength.

ベイナイトは、Ac3点以上に加熱された鋼がベイナイト変態開始温度(Bs点)以下まで冷却されることで生成する組織である。なお、Ac3点は、加熱によりフェライト相からオーステナイト相への変態が完了する温度であり、Bs点は、Ac3点以上の温度から冷却してベイナイト変態が開始する上限温度である。ベイナイトはラスと呼ばれる微細な板状の組織の集合であり、ベイナイト変態が進むにつれて、ベイナイトラス間にオーステナイト中の炭素が濃化される。この濃化した炭素が、鋼に固溶していたMoと結合してMo炭化物を生成させる。 Bainite is a structure formed by cooling steel heated to an Ac3 point or higher to a bainite transformation start temperature (Bs point) or lower. Note that the Ac3 point is the temperature at which the transformation from the ferrite phase to the austenite phase is completed by heating, and the Bs point is the upper limit temperature at which the bainite transformation starts upon cooling from the Ac3 point or higher. Bainite is a set of fine plate-like structures called lath, and carbon in austenite is concentrated between bainite laths as bainite transformation progresses. This thickened carbon combines with Mo that was in solid solution in the steel to form Mo carbide.

本実施形態のばね用鋼の金属組織中には、CrMo炭化物が析出していることが望ましい。鋼中にCr及びMoが含まれることでCrMo炭化物が多量に微細析出し、これにより、ベイナイト組織が析出強化されて、強度が高められる。また、Mo炭化物は、加熱を受けた際にCr炭化物に比べて比較的安定しているので、ばねの製造時にひずみ取り焼鈍が実施されても粗大化・消失することなく存在し続けることができ、これにより、ばねにした場合であっても強度低下が抑制される。Cr炭化物のみの場合は、ばねの製造時にひずみ取り焼鈍が実施されると、粒成長が起きるとともにCr酸化物の個数密度が低減してしまい、析出強化能が低下して強度を保つことが困難になる。 It is desirable that CrMo carbide is precipitated in the metal structure of the spring steel of the present embodiment. Since Cr and Mo are contained in the steel, a large amount of CrMo carbide is finely precipitated, whereby the bainite structure is precipitation strengthened and the strength is increased. Further, since Mo carbide is relatively stable as compared with Cr carbide when it is heated, it can continue to exist without being coarsened/disappeared even if strain relief annealing is performed at the time of manufacturing a spring. As a result, even if a spring is used, the reduction in strength is suppressed. In the case of only Cr carbide, when strain relief annealing is carried out at the time of manufacturing a spring, grain growth occurs and the number density of Cr oxide is reduced, so that precipitation strengthening ability is lowered and it is difficult to maintain strength. become.

本実施形態のばね用鋼では、旧オーステナイト粒に内部に存在するパケットやブロックのサイズを小さくして靱性を向上させるために、旧オーステナイト粒を微細化させる。この効果は旧オーステナイト粒度番号が8番以上となるように微細化することによって、特に大きくなる。そこで旧オーステナイト粒度番号を8.0番以上と規定する。好ましくは、旧オーステナイト粒度番号は9.0番以上である。 In the spring steel of the present embodiment, the prior austenite grains are refined in order to reduce the size of the packets and blocks existing inside the former austenite grains and improve the toughness. This effect becomes particularly large by refining so that the former austenite grain size number becomes 8 or more. Therefore, the former austenite grain size number is defined as 8.0 or more. Preferably, the prior austenite grain size number is 9.0 or more.

なお旧オーステナイト粒度番号は、ピクリン酸飽和水溶液等の適切な腐食液によって腐食させることにより、旧オーステナイト粒界を現出させ、光学的顕微鏡などによって観察して測定すればよく、代表的には、JIS G 0551に準拠すればよい。またここで、旧オーステナイト粒度の測定は、焼入れ焼戻し後のばね用鋼線における長さ方向に直交する断面(C断面)で行えば良く、実際上は、例えば後述する実施例で示しているように、焼入れ焼戻し後のばね用鋼線のC断面における、鋼線外周面位置から直径Dの1/4の位置で測定した値で代表すればよい。 Note that the old austenite grain size number, by corroding with an appropriate corrosive solution such as a picric acid saturated aqueous solution, the old austenite grain boundaries are exposed, and may be measured by observing with an optical microscope or the like, typically, It may be based on JIS G 0551. Further, here, the measurement of the prior austenite grain size may be performed on a cross section (C cross section) orthogonal to the length direction of the steel wire for spring after quenching and tempering, and in practice, for example, as shown in Examples described later. Further, it may be represented by a value measured at a position ¼ of the diameter D from the outer peripheral surface position of the steel wire in the C section of the spring steel wire after quenching and tempering.

本実施形態のばね用鋼は、上記組成の鋼材を、Ac3点を超え(Ac3点+200℃)以下の温度でオーステナイト化後、10℃/s以上の速度で冷却し、(Bs点−250℃)を超えBs点以下の温度で300〜3600s保持し、その後10℃/s以上の冷却速度で室温まで冷却することにより得られる。 The spring steel of the present embodiment is such that the steel material having the above composition is austenitized at a temperature of more than Ac3 point and (Ac3 point+200° C.) or less, and then cooled at a rate of 10° C./s or more (Bs point−250° C. ) Above Bs point for 300 to 3600 s, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 10°C/s or more.

上記成分を有する鋼材をベイナイト変態させ、かつ合金元素を有効に活用するためには、ベイナイト変態の温度条件の制御が必要である。その詳細を以下に示す。なお、鋼材は、成分調整した溶鋼を連続鋳造してビレットとし、このビレットを熱間圧延することにより鋼線材として得られる。その後、酸洗や、必要に応じて伸線を経てからベイナイト組織を得るための熱処理が行われる。熱間圧延の条件は特に制限されるものではない。 In order to transform the steel material having the above components into bainite and effectively utilize the alloying elements, it is necessary to control the temperature condition of the bainite transformation. The details are shown below. The steel material can be obtained as a steel wire material by continuously casting molten steel having the adjusted composition into a billet and hot rolling the billet. After that, pickling and, if necessary, wire drawing and then heat treatment for obtaining a bainite structure are performed. The conditions for hot rolling are not particularly limited.

ベイナイト組織を得るためには、鋼材を加熱してオーステナイト相に変態させた後に、冷却してベイナイト変態させる必要がある。オーステナイト相に変態させる温度は、Ac3点を超え(Ac3点+200℃)以下の温度が適切である。Ac3点より低温ではオーステナイト単相が得られないので、最終組織に未変態の初析フェライトが残存するため、必要な強度が得られない。一方、(Ac3点+200℃)より高温では、オーステナイト粒成長をピン止めして抑制するTi(C,N)が粗大化しやすく、ピン止め効果が失われてオーステナイト粒が粗大化しやすい。オーステナイト粒径が粗大化すると、熱処理後の靭性が低下するため、オーステナイト域の加熱温度は(Ac3点+200℃)を上限とする。 In order to obtain the bainite structure, it is necessary to heat the steel material to transform it into an austenite phase and then to cool it to transform it into bainite. It is appropriate that the temperature at which the austenite phase is transformed is higher than the Ac3 point (Ac3 point+200° C.) or lower. At temperatures lower than the Ac3 point, an austenite single phase cannot be obtained, and untransformed proeutectoid ferrite remains in the final structure, so that the required strength cannot be obtained. On the other hand, if the temperature is higher than (Ac3 point+200° C.), Ti(C,N) that pinches and suppresses austenite grain growth is likely to be coarsened, and the pinning effect is lost, and austenite grains are likely to be coarsened. When the austenite grain size becomes coarse, the toughness after heat treatment decreases, so the upper limit of the heating temperature in the austenite region is (Ac3 point+200° C.).

オーステナイト相に加熱後、オーステナイト粒制御のために適切な時間保持した後に、冷却してベイナイト組織を得る。本発明の高強度ベイナイトを得るためには、Ac3点以上の温度から冷却してベイナイト変態が開始する上限温度をBs点とすると、Ac3点以上から10℃/s以上の速度で冷却し、(Bs点−250℃)を超えBs点以下の温度で300〜3600s保持し、その後10℃/s以上の冷却速度で室温まで冷却することが必要である。 After heating to the austenite phase, after holding for an appropriate time for controlling the austenite grain, it is cooled to obtain a bainite structure. In order to obtain the high-strength bainite of the present invention, when the upper limit temperature at which bainite transformation starts by cooling from a temperature of Ac3 point or higher is set to Bs point, cooling is performed from an Ac3 point or higher at a rate of 10°C/s or higher, and ( It is necessary to hold at a temperature above (Bs point −250° C.) and below Bs point for 300 to 3600 s and then cool to room temperature at a cooling rate of 10° C./s or more.

Ac3点からの冷却速度が小さいと、初析フェライトが析出するために、必要な強度が得られない場合がある。保持温度がBs点より高温ではベイナイト組織が得られない。保持温度が(Bs点−250℃)より低温では、ばね加工後のひずみ取り焼鈍温度に近接しすぎるため、最終ばねに加工時の強度を維持できない。(Bs点−250℃)を超えBs点以下の温度での保持時間が300sより短いと、ベイナイト変態が未完了のためにマルテンサイトの分率が高くなりすぎて、熱処理後の靭性が不足する。保持時間が3600sより長い、または保持後の冷却速度が10℃/sより小さいと、ベイナイト変態した組織が軟化するために必要な強度を維持できない。 If the cooling rate from the Ac3 point is low, proeutectoid ferrite precipitates, and the required strength may not be obtained in some cases. If the holding temperature is higher than the Bs point, a bainite structure cannot be obtained. When the holding temperature is lower than (Bs point −250° C.), the final spring cannot maintain the strength during working because it is too close to the strain relief annealing temperature after spring working. If the holding time at a temperature higher than (Bs point −250° C.) and lower than Bs point is shorter than 300 s, the fraction of martensite becomes too high due to uncompleted bainite transformation, resulting in insufficient toughness after heat treatment. .. If the holding time is longer than 3600 s or the cooling rate after holding is lower than 10°C/s, the strength required for softening the bainite transformed structure cannot be maintained.

以上のようにして、本実施形態のばね用鋼が製造される。
更に、得られたばね用鋼をばねの形状に加工し、更に加工による残留応力を除去するために約350℃のひずみ取り焼鈍を行う。本実施形態では、ベイナイトさせる温度が、ひずみ取り焼鈍の温度よりも高温であるため、ひずみ取り焼鈍時にベイナイト組織が焼戻されることがなく、ばねとして使用する際にはばね加工前のワイヤと同等の強度を発揮できる。
The spring steel of this embodiment is manufactured as described above.
Further, the obtained spring steel is processed into a spring shape, and further strain relief annealing at about 350° C. is performed in order to remove the residual stress due to the processing. In the present embodiment, since the temperature for bainating is higher than the temperature for strain relief annealing, the bainite structure is not tempered during strain relief annealing, and when used as a spring, it is equivalent to the wire before spring processing. The strength of can be demonstrated.

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。 Next, an example of the present invention will be described. The condition in the example is one condition example adopted for confirming the feasibility and effect of the present invention, and the present invention is based on this one condition example. It is not limited. The present invention can adopt various conditions as long as the object of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.

実施例および比較例の各成分、Ac3点、Bs点、(Ti−3.43N)/Sの値を表1に、ベイナイト変態後のベイナイト(B)、マルテンサイト(M)及び残留オーステナイト(γR)の体積分率、旧オーステナイト粒度番号(γ粒度)、引張強度(TS)、伸び(EL)、シャルピー衝撃値、組織中のCrMo炭化物の析出の有無、1週間の恒温恒湿試験(温度35℃、湿度95%)における発錆の有無を表2に示す。 The components of Examples and Comparative Examples, Ac3 point, Bs point, and (Ti-3.43N)/S values are shown in Table 1, and bainite (B) after bainite transformation, martensite (M), and retained austenite (γR). ), former austenite grain size number (γ grain size), tensile strength (TS), elongation (EL), Charpy impact value, presence or absence of precipitation of CrMo carbide in the structure, 1 week constant temperature and humidity test (temperature 35 Table 2 shows the presence or absence of rust at ℃ and 95% humidity.

Ac3点とBs点は、それぞれ以下の数式から計算した値である。なお、[C]等の表記は各合金元素のmass%を意味する。
いずれの実施例および比較例も、φ14〜16mmの鋼を1900〜2000MPaになるようにベイナイト変態させ、試験片を採取した。引張試験は、「JIS Z 2201」に準拠して、平行部径8mmの14号試験片を作製して実施した。シャルピー衝撃試験は、「JIS Z 2204」に準拠して、Uノッチ試験片(ノッチ下高さ8mm、幅5mmサブサイズ)を作製して実施した。
また、組織中のCrMo炭化物の析出の有無は、鋼中の炭化物を透過型電子顕微鏡で観察し、100μm四方の矩形の領域においてCr及びMoを同時に含む炭化物が見つかった場合を○、見つからなかった場合を×とした。
また、恒温恒湿試験後の発錆の有無は目視で判断した。
旧オーステナイト粒度番号は、JIS G 0551に準拠し、ピクリン酸飽和水溶液等の適切な腐食液によって腐食させることにより、旧オーステナイト粒界を現出させ、光学的顕微鏡などによって観察して測定した。旧オーステナイト粒度の測定は、焼入れ焼戻し後のばね用鋼線のC断面における、鋼線外周面位置から直径Dの1/4の位置で測定した。
The Ac3 point and the Bs point are values calculated from the following mathematical expressions, respectively. The notation such as [C] means mass% of each alloy element.
In each of the examples and comparative examples, steel having a diameter of 14 to 16 mm was subjected to bainite transformation so as to have a pressure of 1900 to 2000 MPa, and test pieces were collected. The tensile test was carried out in accordance with "JIS Z 2201" by producing a No. 14 test piece having a parallel part diameter of 8 mm. The Charpy impact test was carried out by preparing a U-notch test piece (height under the notch: 8 mm, width: 5 mm subsize) in accordance with "JIS Z 2204".
Further, the presence or absence of precipitation of CrMo carbide in the structure was not found when the carbide in the steel was observed by a transmission electron microscope and a carbide containing Cr and Mo at the same time was found in a rectangular region of 100 μm square. The case was marked as x.
Further, the presence or absence of rust after the constant temperature and constant humidity test was visually determined.
The former austenite grain size number was measured according to JIS G 0551 by exposing it to an austenite grain boundary by corroding it with an appropriate corrosive solution such as a saturated picric acid aqueous solution and observing it with an optical microscope. The former austenite grain size was measured at a position ¼ of the diameter D from the outer peripheral surface position of the steel wire in the C cross section of the spring steel wire after quenching and tempering.

Ac3(℃)=910−203×√[C]―15.2[Ni]+44.7[Si]+104[V]+31.5[Mo]+13.1[W]
Bs(℃) =830−270[C]−90[Mn]−37[Ni]−70[Cr]−83[Mo]
Ac3 (° C.)=910−203×√[C]−15.2[Ni]+44.7[Si]+104[V]+31.5[Mo]+13.1[W]
Bs (° C.)=830-270[C]-90[Mn]-37[Ni]-70[Cr]-83[Mo]

これら実施例および比較例は、熱間圧延前に鋼塊を950℃以上1200℃以下の温度で、120minを超えない時間だけ加熱後に熱間圧延する工程と、Ac3(℃)を超え(Ac3+200)(℃)以下の温度で加熱後に10℃/s以上の速度で冷却し、(Bs−250)(℃)を超えBs(℃)以下の温度で300〜3600秒間等温保持し、その後、10℃/s以上の速度で室温まで冷却してベイナイト変態させる工程によって製造された。製造条件の詳細を表3に示す。 In these Examples and Comparative Examples, a step of hot rolling the steel ingot at a temperature of 950° C. or higher and 1200° C. or lower before hot rolling for a time not exceeding 120 min and hot rolling after Ac3 (° C.) (Ac3+200) After heating at a temperature of (° C.) or lower, it is cooled at a rate of 10° C./s or higher, and is isothermally held at a temperature of (Bs-250) (° C.) or higher and Bs (° C.) or lower for 300 to 3600 seconds, and then 10° C. It was manufactured by a step of cooling to room temperature at a rate of /s or more and performing bainite transformation. Table 3 shows the details of the manufacturing conditions.

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実施例はいずれも、70%以上のベイナイトと5%以上15%以下の残留オーステナイトと残部マルテンサイトからなる組織を有しており、引張強度(TS)1800MPa以上、伸び(EL)6%以上、シャルピー衝撃値が50J/cm以上を有していた。これは、全ての発明がベイナイト主体の組織で強度−延性を高い水準で満たしていることを示している。 Each of the examples has a structure composed of 70% or more bainite, 5% or more and 15% or less retained austenite, and the balance martensite, and has a tensile strength (TS) of 1800 MPa or more and an elongation (EL) of 6% or more, The Charpy impact value was 50 J/cm 2 or more. This indicates that all the inventions have a structure mainly composed of bainite and satisfy strength-ductility at a high level.

一方、比較例のうち20、22、25は、それぞれC、Si、Moが不足しているためにベイナイト変態後の強度が不足している。 On the other hand, among the comparative examples, 20, 22, and 25 have insufficient strength after bainite transformation because they lack C, Si, and Mo, respectively.

また、比較例のうち21、23、24、26、33、34、35は、それぞれC、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Wが過剰であるためにベイナイト変態が進まず、硬質な焼入れマルテンサイトが過剰に生じているために、延性が低下している。 Further, among the comparative examples, 21, 23, 24, 26, 33, 34 and 35 are hard-quenched because bainite transformation does not proceed because C, Mn, Cr, Mo, Ni, Cu and W are excessive. Ductility is reduced due to excessive generation of martensite.

比較例のうち32は、Vが過剰であるために残留オーステナイト分率が不足し、TRIP効果が発現せず延性が低下している。 In Comparative Example 32, the residual austenite fraction was insufficient because V was excessive, and the TRIP effect was not exhibited and the ductility was reduced.

比較例のうち30、31、38は、それぞれP、S、Bが過剰であるために延性が低下している。また、28、29、36、37は、それぞれTi、N、Nb、Alが過剰で窒化物等の析出物が粗大となるために、それぞれ延性が低下する。更に、比較例35は、Wが過剰のために鋼が脆化し、その結果、延性が低下する。 In Comparative Examples 30, 31, 38, the ductility is lowered because P, S, and B are excessive. Further, 28, 29, 36, and 37 each have an excessive amount of Ti, N, Nb, and Al and have coarse precipitates such as nitrides, so that the ductility decreases. Further, in Comparative Example 35, the steel becomes brittle due to excessive W, and as a result, the ductility decreases.

また、比較例のうち27、29、31は、それぞれTi不足、N過剰、S過剰のため、([Ti質量%]−3.43[N質量%])/[S質量%]>3.0を満たさずに、Ti系硫化物以外にMnSも析出する。このため恒温恒湿試験で発錆し、耐食性の向上が認められない。 In addition, since 27, 29, and 31 of the comparative examples are insufficient in Ti, excessive in N, and excessive in S, respectively, ([Ti mass %]-3.43 [N mass %])/[S mass %]>3. Without satisfying 0, MnS also precipitates in addition to the Ti-based sulfide. Therefore, it rusted in the constant temperature and humidity test and no improvement in corrosion resistance was observed.

また、比較例39は加熱温度が(Ac3+200)℃を超えるために、旧オーステナイト粒度が低下した。
また、比較例40は保持温度が低く、比較例41は保持時間が短いため、それぞれベイナイトの体積分率が低下し、マルテンサイトの体積分率が過剰となることで、延性ELが低下する。
更に、比較例42は、保持時間が長いため、強度TSが不足する。
Further, in Comparative Example 39, the heating temperature exceeded (Ac3+200)° C., so the prior austenite grain size was reduced.
Further, since the holding temperature of Comparative Example 40 is low and the holding time of Comparative Example 41 is short, the volume fraction of bainite decreases and the volume fraction of martensite becomes excessive, so that the ductility EL decreases.
Further, in Comparative Example 42, since the holding time is long, the strength TS is insufficient.

本発明に係るばね用鋼は、オーステナイトに加熱後に適切な温度でベイナイト変態させることによって、強度と延性を高い水準で両立させることができる。従って、本発明によれば、1800MPa以上の高強度を有しながら十分な延性を有する、ベイナイト組織のばね鋼を得ることができる。 The spring steel according to the present invention can achieve both strength and ductility at a high level by being transformed into bainite at an appropriate temperature after being heated to austenite. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a spring steel having a bainite structure, which has a high strength of 1800 MPa or more and sufficient ductility.

Claims (5)

鋼成分が質量%で、C:0.40〜0.80%、Si:0.80〜3.00%、Mn:0.10〜1.50%、Cr:0.10〜2.00%、Mo:0.10〜1.00%、Ti:0.030〜0.100%、N:0.0010〜0.0070%を含み、P:0.030%以下、S:0.030%以下、Al:0.050%未満に制限し、残部がFeと不純物からなり、
任意の断面におけるミクロ組織において、旧オーステナイトの粒度番号が8以上であり、ベイナイトが体積分率で70%以上、残留オーステナイトが体積分率で5%以上15%以下、残部が0〜25%以下のマルテンサイトであることを特徴とする高強度ばね用鋼。
Steel composition is% by mass, C: 0.40 to 0.80%, Si: 0.80 to 3.00%, Mn: 0.10 to 1.50%, Cr: 0.10 to 2.00% , Mo: 0.10 to 1.00%, Ti: 0.030 to 0.100%, N: 0.0010 to 0.0070%, P: 0.030% or less, S: 0.030% Hereinafter , Al: limited to less than 0.050% , the balance consisting of Fe and impurities,
In the microstructure in any cross section, the grain size number of old austenite is 8 or more, bainite is 70% or more in volume fraction, retained austenite is 5% or more and 15% or less in volume fraction, and the balance is 0 to 25% or less. high-strength spring steel which is a martensite.
前記鋼成分がさらに[Ti質量%]、[N質量%]及び[S質量%]それぞれがTi含有量、N含有量およびS含有量を単位質量%で表す場合、前記化学成分が([Ti質量%]−3.43[N質量%])/[S質量%]>3.0を満たす請求項1に記載の高強度ばね用鋼。 When the steel components are [Ti mass%], [N mass%], and [S mass%] respectively, the Ti content, the N content, and the S content are represented by unit mass%, the chemical component is ([Ti Mass%]-3.43 [N mass%])/[S mass%]>3.0, The high strength spring steel according to claim 1. 前記鋼成分に、さらにV:0.05〜1.00%を含む、請求項1または請求項2に記載の高強度ばね用鋼。 The high-strength spring steel according to claim 1 or 2, further comprising V: 0.05 to 1.00% in the steel composition. 前記鋼成分に、さらにNi:0.10〜1.00%、Cu:0.10〜0.50%、W:0.10〜0.50%、Nb:0.020〜0.100%B:0.0010〜0.0060%、のうち1種または2種以上を含む、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の高強度ばね用鋼。 In addition to the above steel components, Ni: 0.10 to 1.00%, Cu: 0.10 to 0.50%, W: 0.10 to 0.50%, Nb: 0.020 to 0.100% , B: 0.0010 to 0.0060%, The high-strength spring steel according to any one of claims 1 to 3, containing one or more of them. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の高強度ばね用鋼からなるばね。 A spring made of the high-strength spring steel according to any one of claims 1 to 4.
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