JPH0551693A - 高強度ばね用鋼 - Google Patents
高強度ばね用鋼Info
- Publication number
- JPH0551693A JPH0551693A JP6448891A JP6448891A JPH0551693A JP H0551693 A JPH0551693 A JP H0551693A JP 6448891 A JP6448891 A JP 6448891A JP 6448891 A JP6448891 A JP 6448891A JP H0551693 A JPH0551693 A JP H0551693A
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- Japan
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- steel
- spring
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- less
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高強度ばね用鋼の切欠感受性を下げ、使用寿命
を延長する。 【構成】 重量％で、Ｃ：0.45〜0.80％、Si：0.50％
以下、Mn：0.20〜0.50％、Cr：0.10〜 2.0％、Mo：0.05
〜0.80％、Al：0.005 〜0.10％、Ｎ： 0.003〜0.030 ％
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、不
純物のＰが 0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下であること
を特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用鋼。 上記の合金成分に加えて、さらにNb： 0.005〜0.
20％、Ｖ：0.05〜0.50％、Ti：0.005 〜0.20％およびZ
r： 0.005〜0.20％の１種以上を含有することができ
る。 【効果】180 kgf/mm2 級の高強度を有し、切欠感受性も
低いので車両や建設機械等のばねの軽量化と耐久性の向
上に役立つ。
を延長する。 【構成】 重量％で、Ｃ：0.45〜0.80％、Si：0.50％
以下、Mn：0.20〜0.50％、Cr：0.10〜 2.0％、Mo：0.05
〜0.80％、Al：0.005 〜0.10％、Ｎ： 0.003〜0.030 ％
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、不
純物のＰが 0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下であること
を特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用鋼。 上記の合金成分に加えて、さらにNb： 0.005〜0.
20％、Ｖ：0.05〜0.50％、Ti：0.005 〜0.20％およびZ
r： 0.005〜0.20％の１種以上を含有することができ
る。 【効果】180 kgf/mm2 級の高強度を有し、切欠感受性も
低いので車両や建設機械等のばねの軽量化と耐久性の向
上に役立つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車、トラック、
バス等の車両やブルドーザー等の建設機械の懸架用ばね
等に用いられる高強度ばね用鋼に係わり、特に切欠感受
性の低い高強度ばね用鋼に関する。
バス等の車両やブルドーザー等の建設機械の懸架用ばね
等に用いられる高強度ばね用鋼に係わり、特に切欠感受
性の低い高強度ばね用鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、排ガスによる環境汚染の防止とエ
ネルギー節減のために、乗用車、トラック、バス等の車
両、さらにはブルドーザー等の建設機械においても燃費
向上を目的とした軽量化が急務となり、構造部品の一つ
であるばねについても軽量化のため高応力設計が検討さ
れている。ばねの設計応力は一般にへたり性あるいは疲
労特性に依存するが、材料の高強度化によりこれらの特
性は向上し、ばねの高応力設計が可能となる。例えば、
JIS G 4801に規定されるSUP 9 或いはSUP 11A からSUP
10へ材料を変更することにより、従来の 130〜140kgf/m
m2級から 180kgf/mm2 級への高強度化が可能となり、ば
ね重量としても約15％の軽量化が達成される。
ネルギー節減のために、乗用車、トラック、バス等の車
両、さらにはブルドーザー等の建設機械においても燃費
向上を目的とした軽量化が急務となり、構造部品の一つ
であるばねについても軽量化のため高応力設計が検討さ
れている。ばねの設計応力は一般にへたり性あるいは疲
労特性に依存するが、材料の高強度化によりこれらの特
性は向上し、ばねの高応力設計が可能となる。例えば、
JIS G 4801に規定されるSUP 9 或いはSUP 11A からSUP
10へ材料を変更することにより、従来の 130〜140kgf/m
m2級から 180kgf/mm2 級への高強度化が可能となり、ば
ね重量としても約15％の軽量化が達成される。
【０００３】上記のように、SUP 10の採用により軽量化
が可能になったが、一方で材料の高強度化に伴い、ばね
の寿命が短くなるという問題が発生している。寿命短縮
の原因としては、第一に、素材の疵、或いはばねの加工
工程やばねの使用中 (車両の走行中) にばね表面に生じ
た疵、を起点とする折損があり、第二には、上記表面疵
の他、使用環境下でのばねの腐食によって生じたピット
等を起点とする疲労破壊がある。これらに共通するのは
材料の切欠感受性である。
が可能になったが、一方で材料の高強度化に伴い、ばね
の寿命が短くなるという問題が発生している。寿命短縮
の原因としては、第一に、素材の疵、或いはばねの加工
工程やばねの使用中 (車両の走行中) にばね表面に生じ
た疵、を起点とする折損があり、第二には、上記表面疵
の他、使用環境下でのばねの腐食によって生じたピット
等を起点とする疲労破壊がある。これらに共通するのは
材料の切欠感受性である。
【０００４】一般に、鋼は高強度化すると切欠感受性が
高まり、その度合いは鋼の組成や切欠形状等に依存す
る。同一強度、同一切欠形状で比較した場合、SUP 9 、
SUP 11A に比較してSUP 10の方が切欠感受性は低い。し
かし、130 〜140 kgf/mm2 級のSUP 9 、SUP 11A と180
kgf/mm2 級のSUP 10を比較した場合は、後者の方が切欠
感受性が高い。
高まり、その度合いは鋼の組成や切欠形状等に依存す
る。同一強度、同一切欠形状で比較した場合、SUP 9 、
SUP 11A に比較してSUP 10の方が切欠感受性は低い。し
かし、130 〜140 kgf/mm2 級のSUP 9 、SUP 11A と180
kgf/mm2 級のSUP 10を比較した場合は、後者の方が切欠
感受性が高い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ばねの軽量
化に寄与する高強度のばね用鋼であって、切欠感受性が
低く、表面疵等による疲労破壊を起こしにくい、即ち、
耐久性に優れた鋼の開発を課題としてなされたもので、
その具体的な目的は、130 〜140 kgf/mm2 級のSUP 9 、
SUP 11A よりも低い切欠感受性をもつ 180 kgf/mm2級の
バネ用鋼を提供することにある。
化に寄与する高強度のばね用鋼であって、切欠感受性が
低く、表面疵等による疲労破壊を起こしにくい、即ち、
耐久性に優れた鋼の開発を課題としてなされたもので、
その具体的な目的は、130 〜140 kgf/mm2 級のSUP 9 、
SUP 11A よりも低い切欠感受性をもつ 180 kgf/mm2級の
バネ用鋼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋼の合金成
分と不純物の影響を詳細に検討して、高い強度を持ちな
がら、切欠感受性の低いばね用鋼の化学組成を見いだし
た。
分と不純物の影響を詳細に検討して、高い強度を持ちな
がら、切欠感受性の低いばね用鋼の化学組成を見いだし
た。
【０００７】本発明は、下記およびのばね用鋼を要
旨とする。
旨とする。
【０００８】 重量％で、Ｃ：0.45〜0.80％、Si：0.
50％以下、Mn：0.20〜0.50％、Cr：0.10〜 2.0％、Mo：
0.05〜0.80％、Al：0.005 〜0.10％、Ｎ： 0.003〜0.03
0％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からな
り、不純物のＰが0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下であ
ることを特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用鋼。
50％以下、Mn：0.20〜0.50％、Cr：0.10〜 2.0％、Mo：
0.05〜0.80％、Al：0.005 〜0.10％、Ｎ： 0.003〜0.03
0％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からな
り、不純物のＰが0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下であ
ることを特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用鋼。
【０００９】 上記の合金成分に加えて、さらにN
b： 0.005〜0.20％、Ｖ：0.05〜0.50％、Ti：0.005 〜
0.20％およびZr： 0.005〜0.20％の１種以上を含有し、
おなじく不純物のＰが 0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下
であることを特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用
鋼。
b： 0.005〜0.20％、Ｖ：0.05〜0.50％、Ti：0.005 〜
0.20％およびZr： 0.005〜0.20％の１種以上を含有し、
おなじく不純物のＰが 0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下
であることを特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用
鋼。
【００１０】
【作用】以下、本発明のばね用鋼を構成する合金成分の
作用効果と含有量の限定理由を説明する。なお、合金成
分の含有量についての％はすべて重量％である。
作用効果と含有量の限定理由を説明する。なお、合金成
分の含有量についての％はすべて重量％である。
【００１１】Ｃ：0.45〜0.80％ 本発明のばね用鋼は、ばね加工工程において焼入れ−焼
戻しの熱処理を施して使用される。Ｃは、鋼の焼入れ性
を上げてこの熱処理後のばねに必要な強度を与える元素
であり、0.45％未満では前述した180 kgf/mm2 級の強度
が得られない。
戻しの熱処理を施して使用される。Ｃは、鋼の焼入れ性
を上げてこの熱処理後のばねに必要な強度を与える元素
であり、0.45％未満では前述した180 kgf/mm2 級の強度
が得られない。
【００１２】しかし、0.80％を超えると粗大な炭化物の
析出を招き切欠感受性を高める。従って、Ｃの適正含有
量は0.45〜0.80％である。
析出を招き切欠感受性を高める。従って、Ｃの適正含有
量は0.45〜0.80％である。
【００１３】Si：0.50％以下 Siは鋼の脱酸剤として添加されるが、一方でばねとして
不都合な脱炭を促進するからその含有量は0.50％までに
とどめるのがよい。
不都合な脱炭を促進するからその含有量は0.50％までに
とどめるのがよい。
【００１４】Mn：0.20〜0.50％ Mnは鋼の焼入れ性を向上させ強度の向上に寄与する。ま
た、熱間加工の際の表面疵の発生を防止するのにも有効
な元素である。これらの効果を得るには0.20％以上の含
有が必要である。一方、過剰のMnが存在するとMnＳの粒
界析出がおこって切欠感受性を高めるから、含有量の上
限は0.50％以下とする。このようにMnの含有量を規制
し、併せて後述のMoを添加することによりＰ、Ｓの粒界
偏析を抑制して切欠感受性を低くすることができる。
た、熱間加工の際の表面疵の発生を防止するのにも有効
な元素である。これらの効果を得るには0.20％以上の含
有が必要である。一方、過剰のMnが存在するとMnＳの粒
界析出がおこって切欠感受性を高めるから、含有量の上
限は0.50％以下とする。このようにMnの含有量を規制
し、併せて後述のMoを添加することによりＰ、Ｓの粒界
偏析を抑制して切欠感受性を低くすることができる。
【００１５】Cr：0.10〜2.0 ％ Crは鋼の焼入れ性と焼戻し軟化抵抗を増大し、ばねとし
て必要な強度を確保するために必要な元素であるが、0.
10％未満では所望の効果が得られない。一方、過剰の添
加は粗大な炭化物の析出を招き、切欠感受性を高めるか
ら含有量の上限は 2.0％とした。
て必要な強度を確保するために必要な元素であるが、0.
10％未満では所望の効果が得られない。一方、過剰の添
加は粗大な炭化物の析出を招き、切欠感受性を高めるか
ら含有量の上限は 2.0％とした。
【００１６】Mo：0.05〜0.80％ Mnを前記のように低めにするとともにMoを添加すると、
その相乗的効果によってＰ、Ｓの粒界偏析が抑えられ、
切欠感受性を著しく低くすることができる。0.05％未満
のMoではこの効果が得られない。しかし、0.80％を超え
る含有量ではその効果は飽和してしまう。従って、Moの
適正含有量は0.05〜0.80％である。
その相乗的効果によってＰ、Ｓの粒界偏析が抑えられ、
切欠感受性を著しく低くすることができる。0.05％未満
のMoではこの効果が得られない。しかし、0.80％を超え
る含有量ではその効果は飽和してしまう。従って、Moの
適正含有量は0.05〜0.80％である。
【００１７】Al：0.005 〜0.10％ Alは後述のＮと結合してAlＮを形成し、結晶粒を微細化
して切欠感受性を低下させるが、 0.005％未満では所望
の効果が得られない。しかし、0.10％を超えるとAlＮが
粗大化し結晶粒微細化の効果が減少するから、その含有
量は 0.005〜0.10％の範囲が適当である。
して切欠感受性を低下させるが、 0.005％未満では所望
の効果が得られない。しかし、0.10％を超えるとAlＮが
粗大化し結晶粒微細化の効果が減少するから、その含有
量は 0.005〜0.10％の範囲が適当である。
【００１８】Ｎ：0.003 〜0.030 ％ Ｎは、前記のようにAlと結合しAlＮを形成し、結晶粒を
微細化し切欠感受性を低下させるのに有効である。しか
し、過剰のＮは結晶粒微細化には寄与しない粗大なAlＮ
を生成させる。これらの理由からＮの含有量は 0.003〜
0.030 ％とした。
微細化し切欠感受性を低下させるのに有効である。しか
し、過剰のＮは結晶粒微細化には寄与しない粗大なAlＮ
を生成させる。これらの理由からＮの含有量は 0.003〜
0.030 ％とした。
【００１９】以上、ＣからＮまでの元素は必須成分であ
るが、これらの外に、下記のNb、Ｖ、TiおよびZrの中の
１種以上を添加することができる。
るが、これらの外に、下記のNb、Ｖ、TiおよびZrの中の
１種以上を添加することができる。
【００２０】Nb、Ｖ、Ti、Zr：これらの元素は鋼中のＮ
またはＣと結合して微細な炭化物または窒化物を形成
し、結晶粒を微細化して切欠感受性を低くする作用を持
つ。この効果を確かにするには、Nb、TiおよびZrは 0.0
05％以上、Ｖは0.05％以上必要である。しかし、これら
の元素が過剰に存在すると炭化物または窒化物が粗大化
し、結晶粒微細化の効果が減少する。従って、Nb、Tiお
よびZrでは0.20％以下、Ｖでは0.50％以下にするのがよ
い。
またはＣと結合して微細な炭化物または窒化物を形成
し、結晶粒を微細化して切欠感受性を低くする作用を持
つ。この効果を確かにするには、Nb、TiおよびZrは 0.0
05％以上、Ｖは0.05％以上必要である。しかし、これら
の元素が過剰に存在すると炭化物または窒化物が粗大化
し、結晶粒微細化の効果が減少する。従って、Nb、Tiお
よびZrでは0.20％以下、Ｖでは0.50％以下にするのがよ
い。
【００２１】鋼の不可避的不純物の中で、ＰとＳは悪影
響が大きい。これらの元素は粒界に偏析、また析出して
切欠感受性を高めるから、各々 0.015％以下、0.010 ％
以下に抑えなければならない。ＰとＳの合計量を 0.015
％以下にするのが一層望ましい。
響が大きい。これらの元素は粒界に偏析、また析出して
切欠感受性を高めるから、各々 0.015％以下、0.010 ％
以下に抑えなければならない。ＰとＳの合計量を 0.015
％以下にするのが一層望ましい。
【００２２】本発明のばね用鋼は、通常の転炉、電気炉
等により溶製し、連続鋳造または造塊−分塊法でスラ
ブ、ビレットとし、これを熱間圧延して製造することが
できる。ばね加工工程において、通常の焼入れ−焼戻し
を行えば、引張強さが 180kgf/mm2 級の高強度のばねと
なる。
等により溶製し、連続鋳造または造塊−分塊法でスラ
ブ、ビレットとし、これを熱間圧延して製造することが
できる。ばね加工工程において、通常の焼入れ−焼戻し
を行えば、引張強さが 180kgf/mm2 級の高強度のばねと
なる。
【００２３】
【実施例】本発明の効果を実施例をもって具体的に説明
する。
する。
【００２４】表１に示す化学組成の鋼を溶製したのち、
連続鋳造し、熱間圧延してばね用素材を作製した。この
素材をばね加工後に 700〜850 ℃から焼入れし、 300〜
450℃で焼戻しして強度を 180〜190 kgf/mm2 の範囲に
調整した。このばねから切欠付疲労試験片を作製し、平
面曲げ試験による評価を行った。試験片の形状は、10mm
角の棒に深さ１mm、角度60°のＶノッチを付けたもので
ある。試験条件は、60kgf/mm2 ±40kgf/mm2の応力振幅
で１Hzの繰り返しとした。これまでの調査実績から破断
までの寿命が5000回を超えれば実用上問題ないことが判
明しており、これを評価基準とした。表１に試験結果を
併記する。
連続鋳造し、熱間圧延してばね用素材を作製した。この
素材をばね加工後に 700〜850 ℃から焼入れし、 300〜
450℃で焼戻しして強度を 180〜190 kgf/mm2 の範囲に
調整した。このばねから切欠付疲労試験片を作製し、平
面曲げ試験による評価を行った。試験片の形状は、10mm
角の棒に深さ１mm、角度60°のＶノッチを付けたもので
ある。試験条件は、60kgf/mm2 ±40kgf/mm2の応力振幅
で１Hzの繰り返しとした。これまでの調査実績から破断
までの寿命が5000回を超えれば実用上問題ないことが判
明しており、これを評価基準とした。表１に試験結果を
併記する。
【００２５】
【表１(1)】
【００２６】
【表１(2)】
【００２７】表１の No.１〜９は、前記の本発明鋼に
相当するものである。破断寿命は、いずれも5000回を上
回っており評価基準を満足している。さらに No.10〜18
のようにNbからZrまでの元素の１種以上を含むもの（前
記の本発明鋼）では切欠感受性はさらに低くなり、破
断寿命が延長している。
相当するものである。破断寿命は、いずれも5000回を上
回っており評価基準を満足している。さらに No.10〜18
のようにNbからZrまでの元素の１種以上を含むもの（前
記の本発明鋼）では切欠感受性はさらに低くなり、破
断寿命が延長している。
【００２８】表１の No.19〜30は、合金成分どれかの含
有量が本発明で定める範囲をはずれた比較例である。こ
れらの鋼では、切欠感受性が高く、破断寿命はいずれも
基準値に達していない。
有量が本発明で定める範囲をはずれた比較例である。こ
れらの鋼では、切欠感受性が高く、破断寿命はいずれも
基準値に達していない。
【００２９】
【発明の効果】本発明鋼は、高強度であるにもかかわら
ず切欠感受性が低く耐久性に優れたものである。従っ
て、ばねの素材としてその軽量化と寿命の延長に寄与す
るところが大きい。
ず切欠感受性が低く耐久性に優れたものである。従っ
て、ばねの素材としてその軽量化と寿命の延長に寄与す
るところが大きい。
【００３０】
Claims (2)
- 【請求項１】重量％で、Ｃ：0.45〜0.80％、Si：0.50％
以下、Mn：0.20〜0.50％、Cr：0.10〜 2.0％、Mo：0.05
〜0.80％、Al：0.005 〜0.10％、Ｎ： 0.003〜0.030 ％
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり不純
物のＰが 0.015％以下、Ｓが0.010 ％以下であることを
特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用鋼。 - 【請求項２】重量％で、Ｃ：0.45〜0.80％、Si：0.50％
以下、Mn：0.20〜0.50％、Cr：0.10〜 2.0％、Mo：0.05
〜0.80％、Al：0.005 〜0.10％、Ｎ： 0.003〜0.030
％、さらに、Nb： 0.005〜0.20％、Ｖ：0.05〜0.50％、
Ti：0.005 〜0.20％およびZr：0.005 〜0.20％の１種以
上を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり不
純物のＰが 0.015％以下、Ｓが 0.010％以下であること
を特徴とする切欠感受性の低い高強度ばね用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6448891A JP2946798B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 高強度ばね用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6448891A JP2946798B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 高強度ばね用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551693A true JPH0551693A (ja) | 1993-03-02 |
| JP2946798B2 JP2946798B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=13259648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6448891A Expired - Lifetime JP2946798B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 高強度ばね用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2946798B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721996A1 (en) * | 1994-06-16 | 1996-07-17 | Nippon Steel Corporation | High-carbon and long-life bearing steel |
| WO1998051834A1 (fr) * | 1997-05-12 | 1998-11-19 | Nippon Steel Corporation | Acier pour ressort d'une grande tenacite |
| JP2014189876A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 耐腐食特性に優れたばね用鋼およびばね用鋼材 |
| US10668766B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-06-02 | Societe Bic | Mechanical pencil with a side button and an eraser dispenser and a method of assembly |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE543422C2 (en) * | 2019-06-07 | 2021-01-12 | Voestalpine Prec Strip Ab | Steel strip for flapper valves |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP6448891A patent/JP2946798B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0721996A1 (en) * | 1994-06-16 | 1996-07-17 | Nippon Steel Corporation | High-carbon and long-life bearing steel |
| EP0721996A4 (ja) * | 1994-06-16 | 1996-07-24 | ||
| US5705124A (en) * | 1994-06-16 | 1998-01-06 | Nippon Steel Corporation | High carbon bearing steel having a long life |
| WO1998051834A1 (fr) * | 1997-05-12 | 1998-11-19 | Nippon Steel Corporation | Acier pour ressort d'une grande tenacite |
| US6406565B1 (en) | 1997-05-12 | 2002-06-18 | Nippon Steel Corporation | High toughness spring steel |
| JP2014189876A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 耐腐食特性に優れたばね用鋼およびばね用鋼材 |
| US10668766B2 (en) | 2016-02-11 | 2020-06-02 | Societe Bic | Mechanical pencil with a side button and an eraser dispenser and a method of assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2946798B2 (ja) | 1999-09-06 |
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