JPH064904B2 - ばね用▲高▼強度オイルテンパー線 - Google Patents
ばね用▲高▼強度オイルテンパー線Info
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- JPH064904B2 JPH064904B2 JP62193990A JP19399087A JPH064904B2 JP H064904 B2 JPH064904 B2 JP H064904B2 JP 62193990 A JP62193990 A JP 62193990A JP 19399087 A JP19399087 A JP 19399087A JP H064904 B2 JPH064904 B2 JP H064904B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ばね用高強度オイルテンパー線に関し、詳し
くは、特に、内燃機関等のための弁ばねの製造に好適に
用いることができるばね用高強度オイルテンパー線に関
する。
くは、特に、内燃機関等のための弁ばねの製造に好適に
用いることができるばね用高強度オイルテンパー線に関
する。
従来の技術 耐疲労性や耐へたり性が強く要求される弁ばね用鋼とし
ては、代表的には、Si−Cr鋼のオイルテンパー線が
用いられている。かかる線材の引張強さは、線径に応じ
た概略式として、TSを引張強さ(Kgf/mm2)とし、素線
径をd(mm)とするとき、 TS=71d−1/2+155 で与えられる。例えば、4mm径の線材について、上記式
に基づいて求めたその引張強さは、約190kgf/mm2で
ある。
ては、代表的には、Si−Cr鋼のオイルテンパー線が
用いられている。かかる線材の引張強さは、線径に応じ
た概略式として、TSを引張強さ(Kgf/mm2)とし、素線
径をd(mm)とするとき、 TS=71d−1/2+155 で与えられる。例えば、4mm径の線材について、上記式
に基づいて求めたその引張強さは、約190kgf/mm2で
ある。
また、弁ばね用オイルテンパー線として、SWRS67
B等のピアノ用線が用いられることがある。これらの線
材の引張強さは、上記Si−Cr鋼のオイルテンパー線
よりも更に低く、例えば、4mm径線材で目標とされる引
張強さは、約165kgf/mm2である。更に、弁ばね用線
材として、伸線加工されたままの線材が用いられること
もある。その代表的な例として、例えば、SWRS82
Aを伸線加工した線材を挙げることができるが、その引
張強さは、約170kgf/mm2である。
B等のピアノ用線が用いられることがある。これらの線
材の引張強さは、上記Si−Cr鋼のオイルテンパー線
よりも更に低く、例えば、4mm径線材で目標とされる引
張強さは、約165kgf/mm2である。更に、弁ばね用線
材として、伸線加工されたままの線材が用いられること
もある。その代表的な例として、例えば、SWRS82
Aを伸線加工した線材を挙げることができるが、その引
張強さは、約170kgf/mm2である。
発明が解決しようとする問題点 一般に、圧縮・引張コイルばねにおいて、ばねの高さH
(mm)と、ばねに軸方向力が作用した場合に素線に生じる
ねじり応力τ(kgf/mm2)は、それぞれ次式で与えられ
る。
(mm)と、ばねに軸方向力が作用した場合に素線に生じる
ねじり応力τ(kgf/mm2)は、それぞれ次式で与えられ
る。
H=A・Na・d(1) τ=8・P・d/(π・d3)(2) ここに、Aは定数、Naは有効巻数、dは素線径(mm)、
Pはばねにかかる荷重(kgf)、Dはコイル平均径(mm)で
ある。
Pはばねにかかる荷重(kgf)、Dはコイル平均径(mm)で
ある。
一般に、弁ばねの高さを低くすることよって、弁ばねの
みでなく、弁の駆動系全体及びそれを保護しているブロ
ックを軽量化することができるが、ばねの高さを低くす
るためには、前記(1)式から理解されるように、有効巻
数Naを減少させ、素線径dを小さくすることが必要で
ある。しかし、この場合には、前記(2)式から明らかな
ように、ばねに作用する繰り返し応力が大きくなるた
め、ばねの疲労寿命が低下する。
みでなく、弁の駆動系全体及びそれを保護しているブロ
ックを軽量化することができるが、ばねの高さを低くす
るためには、前記(1)式から理解されるように、有効巻
数Naを減少させ、素線径dを小さくすることが必要で
ある。しかし、この場合には、前記(2)式から明らかな
ように、ばねに作用する繰り返し応力が大きくなるた
め、ばねの疲労寿命が低下する。
他方、エンジン等においては、その出力を向上させるた
めには、エンジンの回転数を高めることが最も有効であ
ることが知られている。従って、エンジンの要部に用い
られているばねについては、その固有振動数を大きくす
ることが望まれることが少なくない。ここに、上記固有
振動数fIは、JIS B 2704によれば、次式 fI=3.56×105・d/(Na・D2)(3) で与えられるので、固有振動数fIを大きくするために
は、有効巻数Naを減少させ、ばねの素線径を大きくす
ることが必要である。
めには、エンジンの回転数を高めることが最も有効であ
ることが知られている。従って、エンジンの要部に用い
られているばねについては、その固有振動数を大きくす
ることが望まれることが少なくない。ここに、上記固有
振動数fIは、JIS B 2704によれば、次式 fI=3.56×105・d/(Na・D2)(3) で与えられるので、固有振動数fIを大きくするために
は、有効巻数Naを減少させ、ばねの素線径を大きくす
ることが必要である。
しかし、素線径dを大きくすることは、軽量化の観点か
ら望ましくないために、素線径dを一定にして、有効巻
数Naを減少させることとなるが、この場合にも、ばね
に作用する繰り返し応力が大きくなるため、ばねの疲労
寿命が低下する。
ら望ましくないために、素線径dを一定にして、有効巻
数Naを減少させることとなるが、この場合にも、ばね
に作用する繰り返し応力が大きくなるため、ばねの疲労
寿命が低下する。
以上の説明から、ばねの疲労寿命を保証するためには、
ばねの素材の強度を向上させることが基本的に必要であ
る。現在、用いられているばね用線材の代表例である前
記Si−Cr鋼でも、オイルテンパー処理での焼戻し温
度を低くすることによって、高強度化することができる
が、しかし、引張強さを220kgf/mm2以上とするとき
は、延性の低下が著しく、ばねコイリング時の折損や疲
労寿命の低下を招く。
ばねの素材の強度を向上させることが基本的に必要であ
る。現在、用いられているばね用線材の代表例である前
記Si−Cr鋼でも、オイルテンパー処理での焼戻し温
度を低くすることによって、高強度化することができる
が、しかし、引張強さを220kgf/mm2以上とするとき
は、延性の低下が著しく、ばねコイリング時の折損や疲
労寿命の低下を招く。
更に、一般に成形されたばねは、ばね成形時の歪除去と
弾性限の向上のために、ブルーイング処理が施される
が、この際に従来のSi−Cr鋼の場合、その強度を維
持するためには、ブルーイング温度を低くせざる得ず、
ばね成形時の歪除去と弾性限とを十分に向上させること
ができない。
弾性限の向上のために、ブルーイング処理が施される
が、この際に従来のSi−Cr鋼の場合、その強度を維
持するためには、ブルーイング温度を低くせざる得ず、
ばね成形時の歪除去と弾性限とを十分に向上させること
ができない。
従って、本発明は、従来のばね用鋼における上記した種
々の問題を解決し、高強度でありながら、高い延性を有
し、しかも、高温度にてブルーイング処理しても、その
強度を維持することができるばね用高強度オイルテンパ
ー線を提供することを目的とする。
々の問題を解決し、高強度でありながら、高い延性を有
し、しかも、高温度にてブルーイング処理しても、その
強度を維持することができるばね用高強度オイルテンパ
ー線を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明によるばね用高強度オイルテンパー線は、重量%
で C 0.45〜0.8%、 Si 0.8〜2.5%、 Mn 0.1〜1.0%、 Cr 0.3〜1.2%、 Ni 0.02〜4.0%、 Al 0.01%未満、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、焼入れ、焼戻し後
の引張強さをTS(Kgf/mm2)とし、線径をd(mm)とする
とき、引張強さが次式 71d-1/2+173≦TS≦71d-1/2+201 の範囲にあることを特徴とする。
で C 0.45〜0.8%、 Si 0.8〜2.5%、 Mn 0.1〜1.0%、 Cr 0.3〜1.2%、 Ni 0.02〜4.0%、 Al 0.01%未満、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、焼入れ、焼戻し後
の引張強さをTS(Kgf/mm2)とし、線径をd(mm)とする
とき、引張強さが次式 71d-1/2+173≦TS≦71d-1/2+201 の範囲にあることを特徴とする。
本発明において用いるばね用線材において、Cは、所要
の強度を得るために必要な元素であって、本発明におい
ては、少なくとも0.45%を添加することが必要である。
しかし、過多に添加するときは、靱性を劣化させるの
で、添加量の上限は0.8%とする。
の強度を得るために必要な元素であって、本発明におい
ては、少なくとも0.45%を添加することが必要である。
しかし、過多に添加するときは、靱性を劣化させるの
で、添加量の上限は0.8%とする。
Siは、鋼の脱酸に有効であると共に、得られた線材を
オイルテンパーした場合に強度を大きく向上させる。こ
れらの効果を有効に発現させるためには、少なくとも0.
8%を添加する必要がある。しかし、2.5%を越えて過多
に添加するときは、脱炭を助長して、得られた線材表面
の強度を低下させるのみならず、Siはまた、Alの混
入源であるので、Al量を必要以上に増加させる。Al
量の増大は、後述するように、非延性介在物を生成させ
て、ばねの疲労特性を劣化させる。従って、本発明にお
いては、Si量は0.8〜2.0%の範囲とする。
オイルテンパーした場合に強度を大きく向上させる。こ
れらの効果を有効に発現させるためには、少なくとも0.
8%を添加する必要がある。しかし、2.5%を越えて過多
に添加するときは、脱炭を助長して、得られた線材表面
の強度を低下させるのみならず、Siはまた、Alの混
入源であるので、Al量を必要以上に増加させる。Al
量の増大は、後述するように、非延性介在物を生成させ
て、ばねの疲労特性を劣化させる。従って、本発明にお
いては、Si量は0.8〜2.0%の範囲とする。
Mnは、焼入れ性を高める効果を有し、更に、靱延性に
有害なSを固定する作用を有する。しかし、過多に添加
するときは、延性を劣化させるので、高強度線材を得る
ことが困難となる。従って、本発明においては、Mnの
添加量は0.1〜1.0%の範囲とする。
有害なSを固定する作用を有する。しかし、過多に添加
するときは、延性を劣化させるので、高強度線材を得る
ことが困難となる。従って、本発明においては、Mnの
添加量は0.1〜1.0%の範囲とする。
Crは、脱炭を防止するのに有効であり、また、ばねの
温間での耐へたり性を向上させる。これら効果を有効に
発現させるためには、0.3%以上を添加する必要があ
る。しかし、1.2%を越えて過多に添加するときは、靱
性を劣化させるので、添加量は0.3〜1.2%の範囲とす
る。
温間での耐へたり性を向上させる。これら効果を有効に
発現させるためには、0.3%以上を添加する必要があ
る。しかし、1.2%を越えて過多に添加するときは、靱
性を劣化させるので、添加量は0.3〜1.2%の範囲とす
る。
Niは、靱性を向上させるために、0.2%以上を添加す
ることが必要であるが、4%を越える場合は、多量の残
留オーステナイトを生じさせるので、添加量の上限を4
%とする。
ることが必要であるが、4%を越える場合は、多量の残
留オーステナイトを生じさせるので、添加量の上限を4
%とする。
Alは、これを0.01%以上を添加するときは、多量のAl
2O3を生成する。このAl2O3は、非延性であるばかりでな
く、非常に硬度が高いために、ばねの早期破壊を招く。
このように、Alは極力抑えるべき元素であって、本発
明においては、0.01%未満とされる。
2O3を生成する。このAl2O3は、非延性であるばかりでな
く、非常に硬度が高いために、ばねの早期破壊を招く。
このように、Alは極力抑えるべき元素であって、本発
明においては、0.01%未満とされる。
更に、本発明においては、P及びS等の不純物元素も、
これを極力低減することが好ましい。鋼中にPが多量に
存在するときは、偏析の原因となり、素材の靱延性を損
なうおそれがあるので、P量は0.020%以下に抑えるの
が好ましい。また、Sは、その含有量が多いときは、線
材の絞り値を低下させるので、高強度線材においてすぐ
れた絞り値を得るには、S量は0.010%以下とするのが
好ましい。
これを極力低減することが好ましい。鋼中にPが多量に
存在するときは、偏析の原因となり、素材の靱延性を損
なうおそれがあるので、P量は0.020%以下に抑えるの
が好ましい。また、Sは、その含有量が多いときは、線
材の絞り値を低下させるので、高強度線材においてすぐ
れた絞り値を得るには、S量は0.010%以下とするのが
好ましい。
本発明において用いる線材には、上記した元素に加え
て、V、Mo、Nb及びTaよりなる群から選ばれる少
なくとも1種の元素を合計量にて0.05〜0.5%の範囲で
含有させることができる。これら元素は、上記した範囲
での添加によって、析出強化によって鋼を効果的に強化
し、ばねの耐へたり性を改善する。しかし、上記範囲を
越えて過多に添加するときは、粗大な未溶解炭化物を生
成させるので好ましくない。
て、V、Mo、Nb及びTaよりなる群から選ばれる少
なくとも1種の元素を合計量にて0.05〜0.5%の範囲で
含有させることができる。これら元素は、上記した範囲
での添加によって、析出強化によって鋼を効果的に強化
し、ばねの耐へたり性を改善する。しかし、上記範囲を
越えて過多に添加するときは、粗大な未溶解炭化物を生
成させるので好ましくない。
本発明によれば、上述したようなばね用線材を用いて、
特に、弁ばねのためのオイルテンパー素線を製造するに
際しては、そのオイルテンパー素線の引張強さをTS(k
gf/mm2)、素線径をd(mm)とするとき、 71d-1/2+173≦TS≦71d-1/2+201(3) なる関係を満たすように引張強さを調整することが好ま
しい。
特に、弁ばねのためのオイルテンパー素線を製造するに
際しては、そのオイルテンパー素線の引張強さをTS(k
gf/mm2)、素線径をd(mm)とするとき、 71d-1/2+173≦TS≦71d-1/2+201(3) なる関係を満たすように引張強さを調整することが好ま
しい。
一般に、ばね素線の疲労限は、線材の引張強さが高いほ
ど向上する。しかし、引張強さが TS=71d−1/2+155 で与えられる強度よりも10kgf/mm2程度大きくとも、
顕著な疲労限の向上を得ることができず、他方、引張強
さが、 TS=71d−1/2+203 で与えられる強度よりも大きくなるときは、靱延性が不
足する結果、ばね素線のコイリング時に折損が増えるの
みならず、疲労限も低下する。従って、前記成分組成を
有する線材をオイルテンパー処理し、引張強さTSを素
線径dに対して前記式(3)を満たすように調整すること
によって、高強度で高延性を有し、従って、コイリング
時に折損の生じない弁ばね用鋼線を得ることができる。
ど向上する。しかし、引張強さが TS=71d−1/2+155 で与えられる強度よりも10kgf/mm2程度大きくとも、
顕著な疲労限の向上を得ることができず、他方、引張強
さが、 TS=71d−1/2+203 で与えられる強度よりも大きくなるときは、靱延性が不
足する結果、ばね素線のコイリング時に折損が増えるの
みならず、疲労限も低下する。従って、前記成分組成を
有する線材をオイルテンパー処理し、引張強さTSを素
線径dに対して前記式(3)を満たすように調整すること
によって、高強度で高延性を有し、従って、コイリング
時に折損の生じない弁ばね用鋼線を得ることができる。
発明の効果 以上のように、本発明によるばね用高強度オイルテンパ
ー線は、高強度でありながら、高延性を有し、従って、
かかるオイルテンパー線を用いることによって、コイリ
ング時折損なしにコイルばねを製造することができ、し
かも、得られるばねは高温にてブルーイング処理して
も、その高い強度を保持する。
ー線は、高強度でありながら、高延性を有し、従って、
かかるオイルテンパー線を用いることによって、コイリ
ング時折損なしにコイルばねを製造することができ、し
かも、得られるばねは高温にてブルーイング処理して
も、その高い強度を保持する。
実施例 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。
れら実施例により何ら限定されるものではない。
第1表に示す化学成分を有する比較鋼A〜D及び本発明
鋼E〜Mを熱間圧延によって径7.5mmの線材とし、径6.9
mmに皮削り、焼なまし処理を施した後、径4.2mmに伸線
した。
鋼E〜Mを熱間圧延によって径7.5mmの線材とし、径6.9
mmに皮削り、焼なまし処理を施した後、径4.2mmに伸線
した。
これをオイルテンパー処理してばね用素線とした後、コ
イル平均径28.0mm、コイル内径24.0mm、有効巻数4.5
巻:総巻数6.5巻及び自由高さ75mmのばね諸元を有する
ばねをそれぞれ1万個ずつコイリングした。このコイリ
ング時の素線の折損状況を第1表に示す。
イル平均径28.0mm、コイル内径24.0mm、有効巻数4.5
巻:総巻数6.5巻及び自由高さ75mmのばね諸元を有する
ばねをそれぞれ1万個ずつコイリングした。このコイリ
ング時の素線の折損状況を第1表に示す。
また、素線においては回転曲げ疲労試験を、ばねにおい
てはへたり試験を実施した。へたり試験は、締付け応力
τmax70kgf/mm2、試験温度120℃、試験時間24時
間とした。へたりは残留せん断歪で示す。
てはへたり試験を実施した。へたり試験は、締付け応力
τmax70kgf/mm2、試験温度120℃、試験時間24時
間とした。へたりは残留せん断歪で示す。
更に、線材から採取した資料を引張強さ220kgf/mm2
に焼入れ焼戻しした後、シャルピー衝撃試験を行なった
結果を第1表に併せて示す。
に焼入れ焼戻しした後、シャルピー衝撃試験を行なった
結果を第1表に併せて示す。
本発明によるばね用オイルテンパー線は、高強度である
にもかかわらず、比較鋼A及びBに比べて靱性にすぐれ
るので、ばね成形時に折損を生じない。比較鋼C及びD
は、すぐれた成形性を有しているものの、鋼中のAl量
が多く、Al2O3系の非金属介在物が多量に存在している
ために、疲労限が低い。また、V、Mo、Nb、Ta等
を単独または複合添加した本発明によるオイルテンパー
線は、ばね成形性のみならず、耐へたり性にもすぐれて
いる。
にもかかわらず、比較鋼A及びBに比べて靱性にすぐれ
るので、ばね成形時に折損を生じない。比較鋼C及びD
は、すぐれた成形性を有しているものの、鋼中のAl量
が多く、Al2O3系の非金属介在物が多量に存在している
ために、疲労限が低い。また、V、Mo、Nb、Ta等
を単独または複合添加した本発明によるオイルテンパー
線は、ばね成形性のみならず、耐へたり性にもすぐれて
いる。
Claims (4)
- 【請求項1】重量%で C 0.45〜0.8%、 Si 0.8〜2.5%、 Mn 0.1〜1.0%、 Cr 0.3〜1.2%、 Ni 0.02〜4.0%、 Al 0.01%未満、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、焼入れ、焼戻し後
の引張強さをTS(Kgf/mm2)とし、線径をd(mm)とする
とき、引張強さが次式 71d-1/2+173≦TS≦71d-1/2+201 の範囲にあることを特徴とするばね用高強度オイルテン
パー線。 - 【請求項2】不可避的不純物としてのPが0.02%以下、
Sが0.010%以下であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のばね用高強度オイルテンパー線。 - 【請求項3】重量%で (a)C 0.45〜0.8%、 Si 0.8〜2.5%、 Mn 0.1〜1.0%、 Cr 0.3〜1.2%、 Ni 0.02〜4.0%、及び Al 0.01%未満を含有し、更に、 (b)V、Mo、Nb及びTaよりなる群から選ばれる少
なくとも1種の元素を合計量にて0.05〜0.5%含有し、 残部鉄及び不可避的不純物よりなり、焼入れ、焼戻し後
の引張強さをTS(Kgf/mm2)とし、線径をd(mm)とする
とき、引張強さが次式 71d-1/2+173≦TS≦71d-1/2+201 の範囲にあることを特徴とするばね用高強度オイルテン
パー線。 - 【請求項4】不可避的不純物としてのPが0.02%以下、
Sが0.010%以下であることを特徴とする特許請求の範
囲第3項記載のばね用高強度オイルテンパー線。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62193990A JPH064904B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | ばね用▲高▼強度オイルテンパー線 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62193990A JPH064904B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | ばね用▲高▼強度オイルテンパー線 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6439353A JPS6439353A (en) | 1989-02-09 |
JPH064904B2 true JPH064904B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=16317134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62193990A Expired - Fee Related JPH064904B2 (ja) | 1987-08-03 | 1987-08-03 | ばね用▲高▼強度オイルテンパー線 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH064904B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2505235B2 (ja) * | 1988-01-18 | 1996-06-05 | 新日本製鐵株式会社 | 高強度ばね鋼 |
JP2721858B2 (ja) * | 1989-02-14 | 1998-03-04 | トーア・スチール株式会社 | 高強度鋼線材の製造方法 |
JP2898472B2 (ja) * | 1992-05-26 | 1999-06-02 | 株式会社 神戸製鋼所 | 疲労特性の優れたばね用鋼及びばね用鋼線並びにばね |
WO1994023086A1 (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-13 | Nippon Steel Corporation | Bainite rod wire or steel wire for wire drawing and process for producing the same |
WO1994023084A1 (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-13 | Nippon Steel Corporation | Bainite rod wire or steel wire for wire drawing and process for producing the same |
WO1994023083A1 (en) * | 1993-04-06 | 1994-10-13 | Nippon Steel Corporation | Bainite rod wire or steel wire for wire drawing and process for producing the same |
JP3018268B2 (ja) * | 1993-05-25 | 2000-03-13 | 新日本製鐵株式会社 | 伸線加工性に優れた高炭素鋼線材または鋼線およびその製造方法 |
EP0708183B1 (en) * | 1993-05-25 | 2000-03-22 | Nippon Steel Corporation | High-carbon steel rod wire or steel wire excellent in workability in wire drawing and process for producing the same |
US5650027A (en) * | 1993-05-25 | 1997-07-22 | Nippon Steel Corporation | High-carbon steel wire rod and wire excellent in drawability and methods of producing the same |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0711060B2 (ja) * | 1986-04-30 | 1995-02-08 | 新日本製鐵株式会社 | 伸線加工性のすぐれた高強度鋼線材 |
-
1987
- 1987-08-03 JP JP62193990A patent/JPH064904B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6439353A (en) | 1989-02-09 |
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