JPH06228734A - Production of steel for clutch diaphragm spring - Google Patents

Production of steel for clutch diaphragm spring

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JPH06228734A
JPH06228734A JP3745193A JP3745193A JPH06228734A JP H06228734 A JPH06228734 A JP H06228734A JP 3745193 A JP3745193 A JP 3745193A JP 3745193 A JP3745193 A JP 3745193A JP H06228734 A JPH06228734 A JP H06228734A
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JP
Japan
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steel
weight
tempering
nitriding treatment
strength
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3745193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsunetoshi Suzaki
恒年 洲▲崎▼
Tomoyoshi Iwao
知義 岩尾
Toshiro Yamada
利郎 山田
Akinari Ishikawa
明成 石川
Harunori Itou
晴規 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Nisshin Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Nisshin Steel Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP3745193A priority Critical patent/JPH06228734A/en
Publication of JPH06228734A publication Critical patent/JPH06228734A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a steel excellent in warm settling resistance, strength, and fatigue strength and used for a clutch diaphragm spring to be exposed to high temp. atmosphere. CONSTITUTION:A steel which has a composition containing, by weight, 0.4-0.8% C, 1.0-2.5% Si, 0.5-2.0% Mn, 0.1-1.5% Cr, and 0.1-0.5% Mo and further containing, as necessary one or >=2 kinds among 0.05-0.5% V, 0.05-0.5% Nb, and 0.05-0.5% Ti is hardened and tempered and then nitrided so that hardness in the central part is regulated to >=HV400. Shot peening can be done after nitriding treatment. It is possible to apply nitriding treatment directly to an as-hardened steel and eliminate tempering.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、冶金学的に温間に相当
する高温雰囲気に曝されるクラッチダイヤフラムスプリ
ング用鋼を製造する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a steel for a clutch diaphragm spring which is exposed to a high temperature atmosphere corresponding to a metallurgically warm temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種装置の高出力化に伴って、装置を構
成している部品は、従来に比較して過酷な環境に曝され
る状態で使用されるようになってきている。たとえば、
自動車のクラッチに組み込まれる部品は、従来では常温
又はその近傍で使用されていたのに対し、高出力化を狙
った設計では冶金学的に温間ともいえる高温の雰囲気に
曝される。使用雰囲気の苛酷化に応じて、クラッチに組
み込まれるクラッチダイヤフラムスプリング等の皿バネ
は、温間においても優れた耐ヘタリ性が要求される。
2. Description of the Related Art With the increase in output of various devices, the parts constituting the devices have come to be used in a state of being exposed to a harsh environment as compared with the prior art. For example,
Conventionally, the components incorporated in the clutch of the automobile have been used at or near room temperature, but in the design aiming at high output, they are exposed to a high temperature atmosphere that is metallurgically warm. A disc spring such as a clutch diaphragm spring incorporated in a clutch is required to have excellent settling resistance even in a warm state according to the severer use atmosphere.

【0003】また、消費エネルギーを少なくするため、
自動車に組み込まれる各種部品を軽量・小型化すること
が検討されている。この点でも、高い強度がクラッチダ
イヤフラムスプリングに要求される。更に、付与される
応力の増加に応じて、高い疲労強度をもつことも必要と
なる。このような使用環境の変化に伴って、クラッチダ
イヤフラムスプリング用バネ鋼は、耐温間ヘタリ性,高
強度及び高疲労強度を同時に満足することが望まれてい
る。耐温間ヘタリ性は、たとえば特開平4−52224
号公報,特開平4−246124号公報等で紹介されて
いる方法で向上させることができる。しかし、これらの
方法によるとき、耐温間ヘタリ性の改善は図られるもの
の、得られる疲労強度は一般に知られている引張り強さ
に依存する値を超えることはない。
Further, in order to reduce energy consumption,
Consideration is being given to reducing the weight and size of various parts incorporated in automobiles. In this respect as well, high strength is required for the clutch diaphragm spring. Furthermore, it is necessary to have high fatigue strength as the applied stress increases. Due to such changes in the operating environment, spring steels for clutch diaphragm springs are desired to simultaneously satisfy warm fatigue resistance, high strength and high fatigue strength. Warm settling resistance is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-52224.
It can be improved by the methods introduced in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-246124. However, according to these methods, although the fatigue resistance against warming is improved, the obtained fatigue strength does not exceed the generally known value depending on the tensile strength.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】疲労強度を向上させる
方法として、高強度化及び表面処理が挙げられる。疲労
強度は、一般的に高強度化により改善され、硬さHV4
00程度までは硬さに応じて向上する。しかし、HV4
50を超える硬さでは、疲労強度はほぼ一定の値を示
す。これは、硬度の上昇に伴って切欠き感受性が高ま
り、表面傷や介在物の存在による材質劣化が原因である
と考えられる。場合によっては、高強度化によって疲労
強度が却って低下するケースもある。浸炭,窒化,ショ
ットピーニング等の表面処理を施すと、疲労強度が向上
することが知られている。しかし、浸炭による方法で
は、浸炭時に鋼材が930℃程度の高温に加熱されるた
め、オーステナイト粒の粗大化に起因した靭性の低下が
みられる。また、製造コストがかさみ、焼入れ歪みが大
きく、粒界酸化や表層部の焼入れ不良等が発生し易く、
逆に疲労強度が低下する場合がある。
As a method for improving fatigue strength, there are high strength and surface treatment. Fatigue strength is generally improved by increasing strength, and hardness HV4
Up to about 00, the hardness is improved. However, HV4
When the hardness exceeds 50, the fatigue strength shows a substantially constant value. It is considered that this is because the notch sensitivity increases as the hardness increases, and the material deterioration due to the presence of surface scratches and inclusions. In some cases, the higher strength may rather reduce the fatigue strength. It is known that fatigue strength is improved by performing surface treatment such as carburizing, nitriding, and shot peening. However, in the method by carburization, the steel material is heated to a high temperature of about 930 ° C. during carburization, so that the toughness is reduced due to the coarsening of the austenite grains. In addition, manufacturing costs are high, quenching strain is large, grain boundary oxidation and quenching defects in the surface layer are likely to occur,
On the contrary, the fatigue strength may decrease.

【0005】これに対し、窒化処理は、何れの方法によ
ってもFe−N二元状態図における共析温度(592
℃)以下で行われる。そのため、変態による焼入れ歪み
がなく、種々の産業用部品に多用されている。しかし、
一般的に使用されているSCM435,SNCM43
1,SACM645等の鋼材では、比較的高い疲労強度
は得られるものの、中心部硬さがHV400を超えるこ
とはない。したがって、高い応力が負荷される部品とし
て、窒化処理されたこれらの鋼材を使用することができ
ない。
On the other hand, the nitriding treatment can be carried out by any method in the eutectoid temperature (592) in the Fe-N binary phase diagram.
℃) or less. Therefore, it has no quenching distortion due to transformation and is widely used in various industrial parts. But,
Commonly used SCM435, SNCM43
With steel materials such as 1, SACM645 and the like, relatively high fatigue strength can be obtained, but the hardness of the central portion does not exceed HV400. Therefore, these nitriding steel materials cannot be used as parts subjected to high stress.

【0006】ショットピーニングでは、焼戻し温度を適
切に選択することによって、高い中心部硬さを維持した
ままで表層部に高い圧縮応力を付与することができ、疲
労強度が向上する。しかし、中心部硬さが高くなるに従
って、ショットピーニングにより付与される塑性歪みが
小さく、圧縮残留応力が小さくなる。その結果、切欠き
感受性が高くなり、表面粗さの劣化によって却って疲労
強度が劣化する場合もある。
In shot peening, by appropriately selecting the tempering temperature, a high compressive stress can be applied to the surface layer portion while maintaining a high hardness in the central portion, and the fatigue strength is improved. However, as the central hardness increases, the plastic strain applied by shot peening decreases and the compressive residual stress decreases. As a result, the notch sensitivity becomes high, and the fatigue strength may deteriorate due to the deterioration of the surface roughness.

【0007】このように、従来の高強度化,表面処理等
によっては、高温雰囲気で使用されるクラッチダイヤフ
ラムスプリングとして必要な耐温間ヘタリ性及び強度を
もち、引張り強さに依存する値以上の疲労強度を有する
バネ鋼を得ることができない。本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、特定された成分
・組成をもつ鋼に焼入れ焼戻しを施した後で窒化処理す
ることにより、耐温間ヘタリ性,高疲労強度及びHV4
00以上の中心部硬さの3者を同時に兼ね備えたクラッ
チダイヤフラムスプリング用鋼を提供することを目的と
する。
As described above, depending on the conventional strengthening, surface treatment, etc., it has the warm settling resistance and strength necessary for a clutch diaphragm spring used in a high temperature atmosphere, and has a value not less than a value depending on the tensile strength. It is not possible to obtain spring steel with fatigue strength. The present invention has been devised in order to solve such a problem, and a steel having a specified composition and composition is subjected to quenching and tempering and then subjected to a nitriding treatment to obtain a high resistance to warm settling and Fatigue strength and HV4
It is an object of the present invention to provide a steel for a clutch diaphragm spring which has three hardnesses of the central part of 00 or more at the same time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のクラッチダイヤ
フラムスプリング用鋼製造方法は、その目的を達成する
ため、C:0.4〜0.8重量%,Si:1.0〜2.
5重量%,Mn:0.5〜2.0重量%,Cr:0.1
〜1.5重量%及びMo:0.1〜0.5重量%を含む
鋼を焼入れ焼き戻しした後、中心部硬さHV400以上
が維持されるように窒化処理することを特徴とする。本
発明で使用する鋼は、必要に応じてV:0.05〜0.
5重量%,Nb:0.05〜0.5重量%及びTi:
0.05〜0.5重量%の1種又は2種以上を含むこと
ができる。窒化処理された鋼は、更に疲労強度を向上さ
せるため、ショットピーニングすることも可能である。
また、焼戻しを省略し、焼入れされたままの鋼に窒化処
理を施し、窒化処理時の加熱で焼戻しを併用することも
できる。
In order to achieve the object, the method for producing a steel for clutch diaphragm springs according to the present invention has a C content of 0.4 to 0.8% by weight and a Si content of 1.0 to 2.
5% by weight, Mn: 0.5 to 2.0% by weight, Cr: 0.1
After quenching and tempering a steel containing .about.1.5 wt% and Mo: 0.1 to 0.5 wt%, nitriding treatment is performed so that the central portion hardness HV400 or more is maintained. The steel used in the present invention may have V: 0.05 to 0.
5% by weight, Nb: 0.05 to 0.5% by weight and Ti:
It may contain 0.05 to 0.5% by weight of one kind or two or more kinds. The nitrided steel can be shot peened to further improve the fatigue strength.
It is also possible to omit tempering, subject the as-quenched steel to a nitriding treatment, and use the tempering together with the heating during the nitriding treatment.

【0009】[0009]

【作 用】本発明者等は、優れた耐温間ヘタリ性,高強
度,高疲労強度が同時に満足されるように、成分系及び
処理条件に関して詳細に調査・研究した。その結果、特
定された成分・組成をもつ鋼に焼入れ焼戻しを施し、次
いで窒化処理を行うとき、耐温間ヘタリ性,高強度及び
高疲労強度の何れにおいても優れた特性を呈する鋼が得
られることを見い出した。本発明で使用する鋼では、S
i添加によって焼戻し軟化抵抗を上昇させ、必要強度が
得られる焼戻し温度を窒化処理温度以上の高い温度に設
定することができ、窒化処理した後で中心部硬さが低下
することが抑制される。そのため、従来の鋼では不可能
であった窒化によって高疲労強度と共に、高応力が付与
される部品として必要な高強度が同時に得られる。
[Operation] The present inventors conducted detailed research and research on the component system and treatment conditions so that excellent warm fatigue resistance, high strength, and high fatigue strength were simultaneously satisfied. As a result, when the steel having the specified components and composition is subjected to quenching and tempering and then subjected to nitriding treatment, a steel exhibiting excellent properties in terms of warm fatigue resistance, high strength and high fatigue strength can be obtained. I found a thing. In the steel used in the present invention, S
By adding i, the tempering softening resistance can be increased and the tempering temperature at which the required strength is obtained can be set to a high temperature equal to or higher than the nitriding temperature, and the decrease in the center hardness after the nitriding treatment can be suppressed. Therefore, nitriding, which is not possible with conventional steel, provides high fatigue strength as well as high strength required for parts to which high stress is applied.

【0010】ところで、ヘタリは、微小な歪みが加えら
れている状態で時間経過するとき、バネに塑性変形が生
じる現象である。ミクロ的にみると、加えられた歪みに
よって導入された転位や、歪み付与前に存在していた転
位が移動し、ヘタリが発生する。このヘタリ発生のメカ
ニズムからしても、Siの添加は有効である。すなわ
ち、Si添加によって焼き戻し軟化抵抗が高まり、バネ
として要求される強度を得るために必要な焼戻しをより
高温で行うことができる。その結果、焼戻し後の転位密
度が減少し、熱的にも安定化した金属組織が得られる。
また、Siと共に添加されたMoは、焼戻し時に微細な
炭化物となって析出する。炭化物Mo2 Cは、転位の移
動を妨げるインヒビターとして働く。また、Cr及び必
要に応じてTiを添加しているので、窒化処理によって
拡散層が表層部に形成される。拡散層の形成により、硬
さが上昇すると共に、高い圧縮残留応力が付与される。
その結果、疲労強度の顕著な向上がみられる。
By the way, the term "sagging" is a phenomenon in which the spring undergoes plastic deformation as time passes with a slight strain being applied. From a microscopic point of view, dislocations introduced by the applied strain and dislocations existing before the strain is applied move, and settling occurs. The addition of Si is effective from the viewpoint of the mechanism of the occurrence of fatigue. That is, the addition of Si increases the temper softening resistance, and the tempering required to obtain the strength required for the spring can be performed at a higher temperature. As a result, the dislocation density after tempering is reduced, and a thermally stabilized metallographic structure is obtained.
Further, Mo added together with Si precipitates as fine carbides during tempering. The carbide Mo 2 C acts as an inhibitor that prevents the movement of dislocations. Further, since Cr and Ti are added as necessary, the diffusion layer is formed in the surface layer portion by the nitriding treatment. The formation of the diffusion layer increases hardness and imparts high compressive residual stress.
As a result, the fatigue strength is remarkably improved.

【0011】本発明に従ったクラッチダイヤフラムスプ
リング用鋼においては、このように熱的に安定した状態
で、導入される転位の密度が少なく、しかも転位の移動
が有効に阻止される。その結果、非常に優れた耐温間ヘ
タリ性が得られる。窒化処理後にショットピーニングを
行うとき、鋼表面に圧縮残留応力が付与され、表層部か
ら硬質の化合物層が除去される。その結果、疲労強度が
更に向上する。なお、窒化処理は、焼戻しを省略し、焼
入れしたままの鋼に直接施すことも可能である。この場
合、窒化処理時の加熱で、焼戻しが同時に行われる。
In the steel for clutch diaphragm springs according to the present invention, in such a thermally stable state, the density of introduced dislocations is low and the movement of dislocations is effectively prevented. As a result, a very excellent warm settling resistance can be obtained. When shot peening is performed after the nitriding treatment, compressive residual stress is applied to the steel surface, and the hard compound layer is removed from the surface layer portion. As a result, the fatigue strength is further improved. The nitriding treatment may be performed directly on the as-quenched steel without omitting tempering. In this case, tempering is simultaneously performed by heating during the nitriding treatment.

【0012】以下、本発明で使用するクラッチダイヤフ
ラムスプリング用鋼に含まれる合金元素及びその含有量
を説明する。 C: 鋼の強度を高める上で必要な合金元素である。焼
入れ焼戻しによってクラッチダイヤフラムスプリング用
鋼として要求される強度を得るために、0.4重量%以
上のCを含有させることが必要である。しかし、0.8
重量%を超える多量のCを含有すると、焼き割れが発生
し易くなると共に、靭性も低下する。したがって、本発
明においては、0.4〜0.8重量%の範囲にC含有量
を設定した。
The alloying elements and their contents contained in the steel for clutch diaphragm springs used in the present invention will be described below. C: An alloying element necessary for increasing the strength of steel. In order to obtain the strength required as a steel for clutch diaphragm springs by quenching and tempering, it is necessary to contain 0.4% by weight or more of C. But 0.8
When a large amount of C in excess of wt% is contained, quench cracking is likely to occur and the toughness also decreases. Therefore, in the present invention, the C content is set in the range of 0.4 to 0.8% by weight.

【0013】Si: 焼戻し軟化抵抗を高める上で、重
要な合金元素である。Si添加によって、窒化処理温度
以上の高温で焼戻しを行うことが可能となる。Siは、
窒化処理によって生成される化合物層を薄くし、硬質の
化合物層が疲労強度に及ぼす悪影響を低減する上でも有
効に作用する。このような効果は、Si含有量1.0重
量%以上で顕著になる。しかし、2.5重量%を超えて
多量のSiを含有させると、クラッチダイヤフラムスプ
リング用鋼として有害な内部酸化や脱炭が生じ易くな
る。また、過剰のSi含有は、熱間圧延時や焼鈍時に黒
鉛化を促進させ、焼入れ加熱時間が長くなり靭性が劣化
する。したがって、本発明においては、1.0〜2.5
重量%の範囲にSi含有量を定めた。
Si: An important alloying element for increasing the temper softening resistance. By adding Si, it becomes possible to perform tempering at a temperature higher than the nitriding temperature. Si is
The compound layer produced by the nitriding treatment is made thin, and it effectively acts to reduce the adverse effect of the hard compound layer on the fatigue strength. Such an effect becomes remarkable when the Si content is 1.0% by weight or more. However, when a large amount of Si is contained in excess of 2.5% by weight, harmful internal oxidation and decarburization as a steel for clutch diaphragm springs are likely to occur. In addition, excessive Si content promotes graphitization during hot rolling or annealing, and the quenching heating time becomes long and the toughness deteriorates. Therefore, in the present invention, 1.0 to 2.5
The Si content was set in the range of% by weight.

【0014】Mn: 溶鋼の脱酸に有効であると共に、
鋼の焼入れ性を向上させる。これらの効果を得るため
に、0.5重量%以上のMnを含有させることが必要で
ある。しかし、2.0重量%を超える多量のMn含有量
では、焼入れ焼戻し後の靭性低下が著しくなる。したが
って、本発明においては、0.5〜2.5重量%の範囲
にMn含有量を定めた。 Cr: Siの含有によって促進される黒鉛化や内部酸
化が抑制されると共に、Mnと同様に焼入れ性を向上さ
せる有効な合金元素である。また、窒化処理で形成され
る拡散層においてNと化合物を形成し、硬さを上昇させ
ると共に高い圧縮残留応力を生じる。その結果、疲労強
度が上昇する。これらの効果は、0.1重量%以上のC
r含有量で顕著になる。しかし、Cr含有量が1.5重
量%を超えると、焼入れ焼戻し後の靭性低下が著しくな
る。したがって、本発明においては、0.1〜1.5重
量%の範囲にCr含有量を定めた。
Mn: Effective for deoxidizing molten steel,
Improves the hardenability of steel. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.5% by weight or more of Mn. However, if the Mn content exceeds 2.0% by weight, the toughness after quenching and tempering is significantly reduced. Therefore, in the present invention, the Mn content is set in the range of 0.5 to 2.5% by weight. Cr: It is an effective alloying element that suppresses graphitization and internal oxidation promoted by the inclusion of Si and improves hardenability like Mn. In addition, a compound is formed with N in the diffusion layer formed by the nitriding treatment to increase hardness and generate high compressive residual stress. As a result, fatigue strength increases. These effects are obtained by adding 0.1% by weight or more of C.
It becomes remarkable with r content. However, if the Cr content exceeds 1.5% by weight, the toughness after quenching and tempering significantly decreases. Therefore, in the present invention, the Cr content is set in the range of 0.1 to 1.5% by weight.

【0015】Mo: 焼入れ加熱時にオーステナイト相
に固溶し、焼戻し時に微細な炭化物として析出する。析
出した炭化物は、転位の移動を阻止するインヒビターと
して働き、耐温間ヘタリ性を向上させる。また、Moの
添加によって焼戻し軟化抵抗が高められ、窒化処理後の
中心部硬さが高レベルに維持される。これらの効果は、
Mo含有量が0.1重量%以上で顕著になる。しかし、
0.5重量%を超える多量のMoを含有させると、焼入
れ加熱時にオーステナイト相に固溶されない比較的粗大
な未溶解炭化物の量が増加し、非金属介在物と同様に疲
労強度を低下させる原因となる。したがって、本発明に
おいては、0.1〜0.5重量%の範囲にMo含有量を
設定した。
Mo: It forms a solid solution in the austenite phase during heating by quenching and precipitates as fine carbides during tempering. The precipitated carbide acts as an inhibitor that blocks the movement of dislocations and improves the warm settling resistance. Further, the addition of Mo enhances the resistance to temper softening, and the hardness of the central portion after the nitriding treatment is maintained at a high level. These effects are
It becomes remarkable when the Mo content is 0.1% by weight or more. But,
Inclusion of a large amount of Mo in excess of 0.5% by weight increases the amount of relatively coarse undissolved carbide that is not solid-soluted in the austenite phase during quenching and heating, and causes a decrease in fatigue strength as with non-metallic inclusions. Becomes Therefore, in the present invention, the Mo content is set in the range of 0.1 to 0.5% by weight.

【0016】V,Nb: 必要に応じて添加される選択
成分であり、炭化物となって鋼中に存在し、焼入れ時の
加熱で一部がオーステナイト相に固溶する。固溶した
V,Nbは、Moと同様に焼戻し時に微細な炭化物とな
って析出し、耐温間ヘタリ性を向上させる。他方、焼入
れ時にオーステナイト相に固溶されないV,Nbの未溶
解炭化物は、オーステナイト粒の粗大化を阻止する。こ
のような効果を得るためには、0.1重量%以上のV及
び/又はNbを含有させることが必要である。しかし、
0.5重量%を超える多量のV及び/又はNbを含有さ
せると、焼入れ時にオーステナイト相に固溶されない比
較的粗大な未溶解炭化物の量が増加し、非金属介在物と
同様に疲労強度を低下させる原因となる。したがって、
V及び/又はNbを含有させるとき、その含有量を0.
1〜0.5重量%の範囲に設定する。
V, Nb: These are optional components added as necessary, and are present as carbides in the steel and partly dissolve in the austenite phase by heating during quenching. V and Nb, which are solid-solved, are precipitated as fine carbides during tempering similarly to Mo, and improve the cold set resistance. On the other hand, undissolved V and Nb carbides that are not solid-soluted in the austenite phase during quenching prevent coarsening of austenite grains. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 0.1% by weight or more of V and / or Nb. But,
When a large amount of V and / or Nb exceeding 0.5% by weight is contained, the amount of relatively coarse undissolved carbide that is not solid-dissolved in the austenite phase at the time of quenching increases, and the fatigue strength is increased like non-metallic inclusions. It causes to decrease. Therefore,
When V and / or Nb is contained, its content should be 0.
It is set in the range of 1 to 0.5% by weight.

【0017】Ti: 必要に応じて添加される選択成分
であり、窒化処理で形成される拡散層においてNと化合
物を生成することによって、硬さを上昇させると共に高
い圧縮残留応力を付与する。その結果、疲労強度が上昇
する。これらの効果を得るためには、0.1重量%以上
のTiを含有させる必要がある。しかし、0.5重量%
を超える多量のTiを含有させても、増量に見合った性
質改善効果が得られず、鋼材コストの上昇を招く。した
がって、Tiを添加するとき、その含有量を0.1〜
0.5重量%の範囲に設定する。
Ti: A selective component added as necessary, which increases the hardness and imparts a high compressive residual stress by forming a compound with N in the diffusion layer formed by the nitriding treatment. As a result, fatigue strength increases. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.1% by weight or more of Ti. However, 0.5% by weight
Even if a large amount of Ti exceeding the above amount is contained, the effect of improving the properties commensurate with the increase in the amount cannot be obtained, and the cost of the steel material increases. Therefore, when Ti is added, its content should be 0.1-0.1%.
Set in the range of 0.5% by weight.

【0018】このように合金成分及び含有量が調整され
た鋼は、所望の強度を得るために焼入れ焼戻しの熱処理
が施される。成分・組成が本発明で規定した範囲にある
鋼は、高い焼戻し軟化抵抗をもっており、クラッチダイ
ヤフラムスプリングとして要求される強度を得るために
必要な焼戻し温度が従来のバネ用鋼に比較して高温(た
とえば、500〜600℃)になる。高温の焼戻しによ
り、焼戻しマルテンサイト中の転位密度が低下する。ま
た、Moが微細な炭化物として析出する。転位密度の減
少及びMo系炭化物の析出が相俟つて、耐温間ヘタリ性
が著しく向上する。
The steel in which the alloy components and contents are adjusted in this way is subjected to heat treatment of quenching and tempering in order to obtain desired strength. Steels whose components / compositions fall within the ranges specified in the present invention have high temper softening resistance, and the tempering temperature required to obtain the strength required as a clutch diaphragm spring is higher than that of conventional spring steels ( For example, it becomes 500 to 600 ° C.). The high temperature tempering reduces the dislocation density in the tempered martensite. In addition, Mo precipitates as fine carbide. The reduction in dislocation density and the precipitation of Mo-based carbides are combined with each other, and the warm settling resistance is remarkably improved.

【0019】窒化処理により、Cr,Ti等がNと化合
物を形成し、中心部硬さに比較して硬質な拡散層が形成
されると共に、圧縮残留応力が付与される。その結果、
疲労強度が向上する。また、本発明に従った鋼では焼戻
し軟化抵抗が高く、焼戻し温度が窒化温度以上となって
いるので、窒化処理によって中心部硬さが低下すること
なく、疲労強度の更なる上昇及び高強度化が可能にな
る。窒化処理としては、本発明を拘束するものではない
が、塩浴窒化,ガス窒化,ガス軟窒化,イオン窒化等を
採用することができる。何れの方法によっても、鋼材表
面に拡散層が形成され、圧縮残留応力が付与される。
By the nitriding treatment, Cr, Ti and the like form a compound with N to form a diffused layer which is harder than the hardness of the central portion and imparts a compressive residual stress. as a result,
Fatigue strength is improved. Further, in the steel according to the present invention, the temper softening resistance is high, and the tempering temperature is higher than the nitriding temperature. Therefore, the nitriding treatment does not reduce the hardness of the central portion, and further increases the fatigue strength and increases the strength. Will be possible. As the nitriding treatment, although not limited to the present invention, salt bath nitriding, gas nitriding, gas soft nitriding, ion nitriding or the like can be adopted. By either method, a diffusion layer is formed on the surface of the steel material and a compressive residual stress is applied.

【0020】窒化処理後に、ショットピーニングが必要
に応じて施される。ショットピーニングによって更に圧
縮残留応力が付与されると共に、表層の硬質で加工性に
乏しい化合物層が除去され、疲労強度が一層上昇する。
また、窒化処理によって中心部よりも硬質の拡散層が表
層部に形成されているため、ショットピーニングによる
表面粗さの劣化は、焼入れ焼戻しをしたままの鋼材をシ
ョットピーニングする場合に比較して小さくなる。その
ため、ショットピーニングをより効果的にするため、一
層ハードな条件を採用することができる。
After the nitriding treatment, shot peening is performed if necessary. The compressive residual stress is further imparted by the shot peening, the hard compound layer having poor workability is removed from the surface layer, and the fatigue strength is further increased.
Further, since the diffusion layer harder than the central portion is formed in the surface layer by the nitriding treatment, the deterioration of the surface roughness due to shot peening is smaller than that in the case of shot peening a steel material that has been quenched and tempered. Become. Therefore, in order to make the shot peening more effective, more hard conditions can be adopted.

【0021】[0021]

【実施例】表1に成分・組成を示す鋼を転炉で溶製し、
スラブに連続鋳造した。なお、表1の鋼種A〜Eは本発
明に従った鋼であり、鋼種F〜Iは比較鋼である。
[Example] Steel having the components and compositions shown in Table 1 was melted in a converter,
Continuously cast into a slab. The steel types A to E in Table 1 are steels according to the present invention, and the steel types F to I are comparative steels.

【表1】 [Table 1]

【0022】スラブに通常の熱間圧延を施し板厚3.5
mmの熱延板とし、焼鈍後に圧延率35%で冷間圧延を
行った。冷延板を再び焼鈍した。焼鈍条件としては、何
れも焼鈍温度710℃及び均熱時間10時間を採用し
た。焼鈍材を880℃に10分間加熱した後、油焼入れ
し、硬さがHV450となるように焼き戻した。焼入れ
焼戻し材から試験片を切り出し、ガス窒化を施した。窒
化条件としては、NH3 ガス雰囲気中で試験片を温度5
20℃に35時間保持する条件を採用した。窒化処理前
後における中心部硬さの変化を表2に示す。
The slab is subjected to normal hot rolling to obtain a plate thickness of 3.5.
After being annealed, a cold-rolled sheet having a thickness of 35 mm was used and cold-rolled at a rolling rate of 35%. The cold rolled sheet was annealed again. As the annealing conditions, an annealing temperature of 710 ° C. and a soaking time of 10 hours were adopted in all cases. The annealed material was heated to 880 ° C. for 10 minutes, oil-quenched, and tempered to a hardness of HV450. A test piece was cut out from the quenched and tempered material and subjected to gas nitriding. As the nitriding condition, the test piece was heated at a temperature of 5 in an NH 3 gas atmosphere.
The condition of holding at 20 ° C. for 35 hours was adopted. Table 2 shows the change in hardness of the central part before and after the nitriding treatment.

【表2】 [Table 2]

【0023】比較鋼F〜Iは、焼戻し軟化抵抗が小さい
ため、クラッチダイヤフラムスプリングとして要求され
る強度HV450を得るために焼戻し温度を500℃以
下にすることが必要であった。そのため、高温に長時間
加熱される窒化処理を受けると、中心部硬さがHV35
0以下に低下し、クラッチダイヤフラムスプリングとし
て要求される強度を得ることができなかった。これに対
し、本発明に従った鋼A〜Eでは、焼戻し軟化抵抗が高
いことから、窒化処理による硬さの低下はごく僅かであ
った。窒化処理された鋼にショットピーニングを施し、
窒化処理及びショットピーニングが疲労強度に与える影
響を調査した。なお、ショットピーニングは、硬さHV
700で径0.6mmのショット粒を使用し、アークハ
イト0.20mmA及びカバレージ200%の条件下で
行った。また、疲労試験は、両振平面曲げで行った。
Since the comparative steels F to I have small temper softening resistance, it was necessary to set the tempering temperature to 500 ° C. or lower in order to obtain the strength HV450 required for the clutch diaphragm spring. Therefore, when subjected to a nitriding treatment that is heated to a high temperature for a long time, the center hardness becomes
It fell to 0 or less, and the strength required for the clutch diaphragm spring could not be obtained. On the other hand, in the steels A to E according to the present invention, since the tempering softening resistance was high, the decrease in hardness due to the nitriding treatment was very slight. Shot peening is applied to nitriding steel,
The effects of nitriding and shot peening on fatigue strength were investigated. In addition, the shot peening is hardness HV
Shot particles having a diameter of 0.6 mm at 700 were used under the conditions of an arc height of 0.20 mmA and a coverage of 200%. In addition, the fatigue test was performed by both plane bending.

【表3】 [Table 3]

【0024】調査結果を示す表3から明らかなように、
本発明に従った鋼A〜Eでは、窒化処理及び窒化後のシ
ョットピーニングによって高い圧縮残留応力及び中心部
硬さが得られている。また、窒化処理で硬質の拡散層が
形成されているため、ショットピーニングによる表面粗
さの上昇も低く抑えられている。そのため、1000N
/mm2 前後の高い疲労限が得られている。これに対
し、窒化処理を施さない場合は、本発明に従った鋼A及
び比較鋼F共に、それほど高い疲労強度が得られていな
い。また、比較鋼Fを窒化処理したものでは、中心部硬
さが著しく低下しており、低い疲労限が示されている。
焼入れ焼き戻しした鋼及び焼入れしたままの鋼に窒化処
理を施し、リラクセーション試験によって耐ヘタリ性を
評価した。リラクセーション試験は、試験温度350
℃,初期歪み1.0%及び保持時間12時間を採用し、
保持前後における荷重の低下率をリラクセーション率と
して測定した。測定結果を表4に示す。
As is clear from Table 3 showing the survey results,
In the steels A to E according to the present invention, high compressive residual stress and center hardness are obtained by shot peening after nitriding and nitriding. Further, since the hard diffusion layer is formed by the nitriding treatment, the increase in surface roughness due to shot peening is suppressed to a low level. Therefore, 1000N
A high fatigue limit of around / mm 2 is obtained. On the other hand, in the case where the nitriding treatment is not applied, neither the steel A according to the present invention nor the comparative steel F has a very high fatigue strength. Further, in the case where the comparative steel F is subjected to the nitriding treatment, the hardness of the central portion is remarkably reduced, and the low fatigue limit is shown.
Quenched and tempered steels and as-quenched steels were subjected to nitriding treatment, and their fatigue resistance was evaluated by a relaxation test. Relaxation test, test temperature 350
℃, initial strain 1.0% and holding time 12 hours,
The reduction rate of the load before and after holding was measured as the relaxation rate. The measurement results are shown in Table 4.

【表4】 [Table 4]

【0025】表4から明らかなように、比較鋼F〜I
は、高いリラクセーション率を示している。これは、比
較鋼F〜Iの焼戻し軟化抵抗が低く、焼戻し後に残留す
る転位の密度が高いことに由来する。これに対し、合金
成分,焼入れ温度及び焼戻し温度が共に本発明で規定し
た範囲にある鋼A〜Eは、比較鋼F〜Iに比べて極めて
低いリラクセーション率を示し、耐温間ヘタリ性に優れ
ていることが判る。これは、鋼A〜Eの焼戻し軟化抵抗
が高く、しかも焼戻し時或いは窒化処理時に析出した微
細なMo系炭化物が転位の移動を阻止していることに起
因する。
As is clear from Table 4, comparative steels F to I
Indicates a high relaxation rate. This is because the comparative steels F to I have low temper softening resistance and high dislocation density remaining after tempering. On the other hand, the steels A to E in which the alloy components, the quenching temperature and the tempering temperature are all within the ranges specified in the present invention exhibit a much lower relaxation rate than the comparative steels F to I, and are excellent in warm settling resistance. You can see that This is because the tempering softening resistance of the steels A to E is high, and the fine Mo-based carbides precipitated during tempering or nitriding prevent movement of dislocations.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、焼戻し軟化抵抗が高くなる合金設計を採用し、窒化
処理時の加熱で軟質化することを防止している。得られ
たクラッチダイヤフラムスプリング用鋼は、最も重要な
特性である耐温間ヘタリ性が非常に優れており、また高
強度及び高疲労強度を示す。そのため、高出力化に伴っ
て高温の過酷な雰囲気に曝される自動車のクラッチ等に
組み込まれた場合、長期間にわたって安定した特性を維
持する。
As described above, in the present invention, the alloy design that increases the temper softening resistance is adopted to prevent the softening due to the heating during the nitriding treatment. The obtained steel for clutch diaphragm springs has very excellent warm settling resistance, which is the most important characteristic, and exhibits high strength and high fatigue strength. Therefore, when it is incorporated in a clutch of an automobile that is exposed to a high temperature and harsh atmosphere as the output increases, it maintains stable characteristics for a long period of time.

フロントページの続き (72)発明者 山田 利郎 広島県呉市昭和町11番1号 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内 (72)発明者 石川 明成 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 伊藤 晴規 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Toshiro Yamada 11-1 Showa-cho, Kure-shi, Hiroshima Inside Steel Research Laboratory, Nisshin Steel Co., Ltd. In-house (72) Inventor Haruki Ito 2-1, Asahi-cho, Kariya city, Aichi Aisin Seiki Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 C:0.4〜0.8重量%,Si:1.
0〜2.5重量%,Mn:0.5〜2.0重量%,C
r:0.1〜1.5重量%及びMo:0.1〜0.5重
量%を含む鋼を焼入れ焼き戻しした後、中心部硬さHV
400以上が維持されるように窒化処理することを特徴
とするクラッチダイヤフラムスプリング用鋼の製造方
法。
1. C: 0.4 to 0.8% by weight, Si: 1.
0-2.5% by weight, Mn: 0.5-2.0% by weight, C
Hardness HV after quenching and tempering steel containing r: 0.1 to 1.5 wt% and Mo: 0.1 to 0.5 wt%
A method for producing a steel for clutch diaphragm springs, which comprises nitriding treatment so as to maintain 400 or more.
【請求項2】 C:0.4〜0.8重量%,Si:1.
0〜2.5重量%,Mn:0.5〜2.0重量%,C
r:0.1〜1.5重量%及びMo:0.1〜0.5重
量%を含み、更にV:0.05〜0.5重量%,Nb:
0.05〜0.5重量%及びTi:0.05〜0.5重
量%の1種又は2種以上を含む鋼を焼入れ焼き戻しした
後、中心部硬さHV400以上が維持されるように窒化
処理することを特徴とするクラッチダイヤフラムスプリ
ング用鋼の製造方法。
2. C: 0.4 to 0.8% by weight, Si: 1.
0-2.5% by weight, Mn: 0.5-2.0% by weight, C
r: 0.1 to 1.5% by weight and Mo: 0.1 to 0.5% by weight, further V: 0.05 to 0.5% by weight, Nb:
After quenching and tempering steel containing one or more of 0.05 to 0.5% by weight and Ti: 0.05 to 0.5% by weight, the center hardness HV of 400 or more is maintained. A method for manufacturing a steel for a clutch diaphragm spring, characterized by nitriding.
【請求項3】 請求項1又は2記載の窒化処理後にショ
ットピーニングすることを特徴とするクラッチダイヤフ
ラムスプリング用鋼の製造方法。
3. A method for producing a steel for a clutch diaphragm spring, which comprises shot peening after the nitriding treatment according to claim 1 or 2.
【請求項4】 請求項1〜3記載の窒化処理は、焼入れ
されたままの鋼に直接施されることを特徴とするクラッ
チダイヤフラムスプリング用鋼の製造方法。
4. A method for manufacturing a steel for clutch diaphragm springs, wherein the nitriding treatment according to any one of claims 1 to 3 is directly applied to as-quenched steel.
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