JPH07292435A - 高強度ばね用鋼 - Google Patents
高強度ばね用鋼Info
- Publication number
- JPH07292435A JPH07292435A JP12166094A JP12166094A JPH07292435A JP H07292435 A JPH07292435 A JP H07292435A JP 12166094 A JP12166094 A JP 12166094A JP 12166094 A JP12166094 A JP 12166094A JP H07292435 A JPH07292435 A JP H07292435A
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- Japan
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- steel
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Abstract
(57)【要約】
【目的】１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高い引張強度の領
域において、疲労強度、靭性、および、耐へたり性に優
れる安価な高強度ばね素材を提供する。 【構成】 合金元素の含有量が質量％で、Ｃ：０．４％
〜０．６％、Ｓｉ：２．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３
％〜２．０％、Ｃｒ：０．１５％〜１．０％、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなることを特微とする高強度
ばね用鋼。さらに、上記の合金元素に加えて、質量％で
Ｖ：０．０５％〜０．５％を含有し、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなることを特徴とする高強度ばね用
鋼。さらに、上記の合金元素に加えて、質量％で、Ｎ
ｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．２
％以下、Ｂ：２００ｐｐｍ以下、のうち１種または２種
以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする高強度ばね用鋼。
域において、疲労強度、靭性、および、耐へたり性に優
れる安価な高強度ばね素材を提供する。 【構成】 合金元素の含有量が質量％で、Ｃ：０．４％
〜０．６％、Ｓｉ：２．０％〜３．０％、Ｍｎ：０．３
％〜２．０％、Ｃｒ：０．１５％〜１．０％、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなることを特微とする高強度
ばね用鋼。さらに、上記の合金元素に加えて、質量％で
Ｖ：０．０５％〜０．５％を含有し、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなることを特徴とする高強度ばね用
鋼。さらに、上記の合金元素に加えて、質量％で、Ｎ
ｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｎｂ：０．２
％以下、Ｂ：２００ｐｐｍ以下、のうち１種または２種
以上を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする高強度ばね用鋼。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、各種
産業機械などにおいて使用される高強度ばねの製造に適
用される高強度ばね鋼に関するものである。
産業機械などにおいて使用される高強度ばねの製造に適
用される高強度ばね鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ばね用鋼の化学成分はＪＩＳ Ｇ ３５
６５〜３５６７やＧ ４８０１に規定されており、これ
らの鋼材からなる圧延素材に対して、所定の寸法まで伸
線加工を施し、その後ＯＴ処理を行ってから、ばね加工
したり、また、加熱してばね加工を行い、焼入れ焼戻し
処理を実施して製造されている。しかし、従来のばねは
熱処理後の引張強度が１５０〜１９０ｋｇｆ／ｍｍ２程
度であり、高強度ばねとしての要求を満たすものでは無
い。
６５〜３５６７やＧ ４８０１に規定されており、これ
らの鋼材からなる圧延素材に対して、所定の寸法まで伸
線加工を施し、その後ＯＴ処理を行ってから、ばね加工
したり、また、加熱してばね加工を行い、焼入れ焼戻し
処理を実施して製造されている。しかし、従来のばねは
熱処理後の引張強度が１５０〜１９０ｋｇｆ／ｍｍ２程
度であり、高強度ばねとしての要求を満たすものでは無
い。
【０００３】近年では、自動車の軽量化や高出力化の要
請が高まってくるにつれて、エンジンやサスペンション
に使用される弁ばねや懸架ばねにおいても高強度化が必
須となり、耐疲労特性や耐経たり性の改善が要求されて
いる。これらの高強度ばね鋼として要求されている素材
の引張強度は１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であるため、従
来のばね鋼では対応することができなかった。従来のば
ね鋼、例えば、ＳＵＰ７鋼などでは、焼戻し温度を低下
することによって、引張強度を２００ｋｇｆ／ｍｍ２以
上の強度に調整することは可能であるが、疲労特性や靭
性が大幅に低下するなどの理由から、実用化は不可能で
あった。
請が高まってくるにつれて、エンジンやサスペンション
に使用される弁ばねや懸架ばねにおいても高強度化が必
須となり、耐疲労特性や耐経たり性の改善が要求されて
いる。これらの高強度ばね鋼として要求されている素材
の引張強度は１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であるため、従
来のばね鋼では対応することができなかった。従来のば
ね鋼、例えば、ＳＵＰ７鋼などでは、焼戻し温度を低下
することによって、引張強度を２００ｋｇｆ／ｍｍ２以
上の強度に調整することは可能であるが、疲労特性や靭
性が大幅に低下するなどの理由から、実用化は不可能で
あった。
【０００４】また、化学成分の調整によって、疲れ特性
や耐へたり性を改善することが試みられているが、素材
コストを上昇されるとともに、素材の製造性やばねの加
工性を低下させるなどの問題があった。
や耐へたり性を改善することが試みられているが、素材
コストを上昇されるとともに、素材の製造性やばねの加
工性を低下させるなどの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情に着目して成されたものであり、その目的とする
ところは、１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度を有する高
強度ばね素材において、疲労強度，耐経たり性，遅れ破
填特性、および、靭性に優れ、かつ、安価なばね素材を
提供することにある。
な事情に着目して成されたものであり、その目的とする
ところは、１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度を有する高
強度ばね素材において、疲労強度，耐経たり性，遅れ破
填特性、および、靭性に優れ、かつ、安価なばね素材を
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、種々合金元
素の組合わせについて検討した結果、１９０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２以上の強度を有し、疲労強度，耐へたり性，遅れ破
壊特性、および、靭性を向上させることに対して、Ｓｉ
含有量を高め、かつ、Ｃｒを複合添加して表層部の脱炭
を抑制することによって、その効果がさらに改善するこ
とを見出した。さらに、ＳｉとＶを共存させることによ
って、その効果がさらに改善することを見出した。すな
わち、本発明の高強度ばね用鋼は、合金元素の含有量が
質量％で、 Ｃ ：０．４％〜０．６％ Ｓｉ：２．０％〜３．０％ Ｍｎ：０．３％〜２．０％ Ｃｒ：０．１５％〜１．０％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る。また、上記記載の合金元素に加えて、質量％で、Ｖ
：０．０５％〜０．５％、であり、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなることを特徴とする。また、上記記
載の合金元素に加えて、質量％で、 Ｎｉ：３．０％以下 Ｍｏ：１．０％以下 Ｎｂ：０．２％以下 Ｂ ：２００ｐｐｍ以下のうち１種または２種以上を含
むことができる。
素の組合わせについて検討した結果、１９０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２以上の強度を有し、疲労強度，耐へたり性，遅れ破
壊特性、および、靭性を向上させることに対して、Ｓｉ
含有量を高め、かつ、Ｃｒを複合添加して表層部の脱炭
を抑制することによって、その効果がさらに改善するこ
とを見出した。さらに、ＳｉとＶを共存させることによ
って、その効果がさらに改善することを見出した。すな
わち、本発明の高強度ばね用鋼は、合金元素の含有量が
質量％で、 Ｃ ：０．４％〜０．６％ Ｓｉ：２．０％〜３．０％ Ｍｎ：０．３％〜２．０％ Ｃｒ：０．１５％〜１．０％ 残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
る。また、上記記載の合金元素に加えて、質量％で、Ｖ
：０．０５％〜０．５％、であり、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなることを特徴とする。また、上記記
載の合金元素に加えて、質量％で、 Ｎｉ：３．０％以下 Ｍｏ：１．０％以下 Ｎｂ：０．２％以下 Ｂ ：２００ｐｐｍ以下のうち１種または２種以上を含
むことができる。
【０００７】以下に各合金元素の限定理由について説明
する。 Ｃ：０．４％〜０．６％ Ｃは鋼の強度を保持するために必須の元素であり、Ｃ含
有量が０．４％未満の場合には、焼入れ焼戻し処理を実
施しても、必要とする１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度
を得られないため、０．４％以上を添加する。しかし、
過剰に添加しても強度は飽和するとともに、０．６％を
越して過剰に添加すると靭性および疲労特性の低下を生
じるために、Ｃの含有率の上限を０．６％とする。
する。 Ｃ：０．４％〜０．６％ Ｃは鋼の強度を保持するために必須の元素であり、Ｃ含
有量が０．４％未満の場合には、焼入れ焼戻し処理を実
施しても、必要とする１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の強度
を得られないため、０．４％以上を添加する。しかし、
過剰に添加しても強度は飽和するとともに、０．６％を
越して過剰に添加すると靭性および疲労特性の低下を生
じるために、Ｃの含有率の上限を０．６％とする。
【０００８】Ｓｉ：２．０％〜３．０％ Ｓｉは本発明において重要な役割を果たす元素であり、
鋼の耐へたり性と疲れ特性を改善する効果を有するため
に添加するが、Ｖと共存させることによって一層その効
果を高めることを見出した。その効果を発揮させるため
には、２．０％以上の含有率とすることが必要である。
しかし、過剰に添加された場合には、鋼の靭性や被削性
等を低下させるとともに、熱間製造時に脱炭を発生させ
て疲労強度を低下するために、Ｓｉ含有率の上限を３．
０％とする。なお、Ｓｉ含有量の好ましい範囲は、２．
４％〜３．０％である。
鋼の耐へたり性と疲れ特性を改善する効果を有するため
に添加するが、Ｖと共存させることによって一層その効
果を高めることを見出した。その効果を発揮させるため
には、２．０％以上の含有率とすることが必要である。
しかし、過剰に添加された場合には、鋼の靭性や被削性
等を低下させるとともに、熱間製造時に脱炭を発生させ
て疲労強度を低下するために、Ｓｉ含有率の上限を３．
０％とする。なお、Ｓｉ含有量の好ましい範囲は、２．
４％〜３．０％である。
【０００９】Ｍｎ：０．３％〜２．０％ Ｍｎは脱酸元素であり鋼の溶製上で必要な元素であると
ともに、鋼の焼入性を改善する元素であるために、０．
３％以上を添加させなくてはならない。しかし、２％を
越して過剰に添加すると焼入性が過大になり靭性の低下
を招くとともに、焼入れ時の部品変形の原因となりやす
いので、Ｍｎ含有量の上限を２．０％とする。
ともに、鋼の焼入性を改善する元素であるために、０．
３％以上を添加させなくてはならない。しかし、２％を
越して過剰に添加すると焼入性が過大になり靭性の低下
を招くとともに、焼入れ時の部品変形の原因となりやす
いので、Ｍｎ含有量の上限を２．０％とする。
【００１０】Ｃｒ：０．１５％〜１．０％ ＣｒもＳｉ，Ｖと同様に本発明においては重要な役割を
持つ元素であって、素材が高温域に加熱された際に発生
する脱炭を抑制する効果が見出されたので、０．１５％
以上を添加するものとし、望ましくは、０．３％以上を
添加する。しかし、Ｃｒを１％を越して過剰に添加して
も、その効果は飽和するため、Ｃｒ含有率の上限を１．
０％とする。
持つ元素であって、素材が高温域に加熱された際に発生
する脱炭を抑制する効果が見出されたので、０．１５％
以上を添加するものとし、望ましくは、０．３％以上を
添加する。しかし、Ｃｒを１％を越して過剰に添加して
も、その効果は飽和するため、Ｃｒ含有率の上限を１．
０％とする。
【００１１】Ｖ：０．０５％〜０．５０％ Ｖも本発明において重要な役割を持つ元素であり、Ｓｉ
と共存することによって、耐へたり性と疲労強度を向上
させる元素であることが見出されたため、その効果が得
られる０．０５％以上を添加する。しかし、０．５％を
越して添加してもその効果は飽和するとともに、靭性の
低下と強度ばらつきを発生させるためにＶの含有量の上
限を０．５％とする。
と共存することによって、耐へたり性と疲労強度を向上
させる元素であることが見出されたため、その効果が得
られる０．０５％以上を添加する。しかし、０．５％を
越して添加してもその効果は飽和するとともに、靭性の
低下と強度ばらつきを発生させるためにＶの含有量の上
限を０．５％とする。
【００１２】Ｎｉ：３．０％以下、Ｍｏ：１．０％以
下、Ｎｂ：ｏ．２％以下、Ｂ：２００ｐｐｍ以下、Ｎ
ｉ，Ｍｏは靭性の改善、疲労強度の改善、および、耐へ
たり性を改善するので、それぞれ、３％以下，１％以下
を添加する。また、Ｎｂは結晶粒を微細にし、疲労強度
と耐へたり性を改善するので、０．２％を添加する。Ｂ
は焼入性を向上させる元素であり、太丸部品等で焼入性
を必要とする場合に添加する。
下、Ｎｂ：ｏ．２％以下、Ｂ：２００ｐｐｍ以下、Ｎ
ｉ，Ｍｏは靭性の改善、疲労強度の改善、および、耐へ
たり性を改善するので、それぞれ、３％以下，１％以下
を添加する。また、Ｎｂは結晶粒を微細にし、疲労強度
と耐へたり性を改善するので、０．２％を添加する。Ｂ
は焼入性を向上させる元素であり、太丸部品等で焼入性
を必要とする場合に添加する。
【００１３】
【実施例】表１に示す化学組成を有する素材を真空誘導
炉によって溶製した。
炉によって溶製した。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１に示す化学組成を有する熱間鍛造棒鋼
から、試験部直径１４ｍｍのＪＩＳ４号引張試験片，Ｊ
ＩＳ３号シャルピー試験片各種試験片は機械加工によっ
て製造した後に、９００℃で０．５時間保持後に油冷の
焼入れ処理、続いて、４１０℃で１時間保持の焼戻し処
理を行った。さらに、この後に、機械加工によって試験
片の精加工を行った。表２に、処理後の硬さ、および、
機械的性質について示す。
から、試験部直径１４ｍｍのＪＩＳ４号引張試験片，Ｊ
ＩＳ３号シャルピー試験片各種試験片は機械加工によっ
て製造した後に、９００℃で０．５時間保持後に油冷の
焼入れ処理、続いて、４１０℃で１時間保持の焼戻し処
理を行った。さらに、この後に、機械加工によって試験
片の精加工を行った。表２に、処理後の硬さ、および、
機械的性質について示す。
【００１６】
【表２】 表２に示した様に、硬さはロックウェル硬さ計（ＨＲ
Ｃ）によって測定したが、Ｃ量が０．４％未満の材料で
は、十分な硬さが得られず、引張強度も１９０ｋｇｆ／
ｍｍ２を得られないことが分かる。また、シャルピー衝
撃値につても、発明鋼は大幅に改善されていることが分
かる。
Ｃ）によって測定したが、Ｃ量が０．４％未満の材料で
は、十分な硬さが得られず、引張強度も１９０ｋｇｆ／
ｍｍ２を得られないことが分かる。また、シャルピー衝
撃値につても、発明鋼は大幅に改善されていることが分
かる。
【００１７】表３に疲労試験およびへたり試験の結果を
示す。
示す。
【００１８】
【表３】
【００１９】表３に疲労試験およびへたり試験の結果を
示す。疲労試験は平行部直径８ｍｍの平滑試験片によ
り、焼入れ焼戻し処理を行った後に試験を実施した。疲
労試験では１０７回の繰返し数における強度を疲れ限度
として求めた。この結果、発明鋼はいずれも８５ｋｇｆ
／ｍｍ２以上の高い値を示すことが確諏され、ＳＵＰ７
および比較鋼に対して疲労特性に優れることが明らかで
ある。また、試験部直径６ｍｍの剪断クリープ式へたり
試験機によって、一定トルクを付与し、捩じり応力で１
１０ｋｇｆ／ｍｍ２を９６時間与えた後の残留剪断歪み
を測定した結果、発明鋼の残留剪断ひずみが少なく、す
なわち耐へたり性に優れていることが明らかである。
示す。疲労試験は平行部直径８ｍｍの平滑試験片によ
り、焼入れ焼戻し処理を行った後に試験を実施した。疲
労試験では１０７回の繰返し数における強度を疲れ限度
として求めた。この結果、発明鋼はいずれも８５ｋｇｆ
／ｍｍ２以上の高い値を示すことが確諏され、ＳＵＰ７
および比較鋼に対して疲労特性に優れることが明らかで
ある。また、試験部直径６ｍｍの剪断クリープ式へたり
試験機によって、一定トルクを付与し、捩じり応力で１
１０ｋｇｆ／ｍｍ２を９６時間与えた後の残留剪断歪み
を測定した結果、発明鋼の残留剪断ひずみが少なく、す
なわち耐へたり性に優れていることが明らかである。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、固有の合金元素の選択
によって、１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高い引張強度の
領域において、疲労強度、靭性、および、耐へたり性に
優れる高強度ばね鋼の提供が可能である。
によって、１９０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高い引張強度の
領域において、疲労強度、靭性、および、耐へたり性に
優れる高強度ばね鋼の提供が可能である。
Claims (3)
- 【請求項１】 合金元素の含有量が質量％で、 Ｃ ：０．４％〜０．６％、 Ｓｉ：２．０％〜３．０％、 Ｍｎ：０．３％〜２．０％、 Ｃｒ：０．１５％〜１．０％、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなることを特徴とする高強度ばね用鋼。 - 【請求項２】 請求項１記載の合金元素に加えて、質量
％で、 Ｖ ：０．０５％〜０．５％、であり、残部Ｆｅおよび
不可避的不純物からなることを特徴とする高強度ばね用
鋼。 - 【請求項３】 請求項１、または、請求項２に記載の合
金元素に加えて、質量％で、 Ｎｉ：３．０％以下、 Ｍｏ：１．０％以下、 Ｎｂ：０．２％以下、 Ｂ ：２００ｐｐｍ以下、のうち１種または２種以上を
含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなることを特
徴とする高強度ばね用鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12166094A JPH07292435A (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 高強度ばね用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12166094A JPH07292435A (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 高強度ばね用鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07292435A true JPH07292435A (ja) | 1995-11-07 |
Family
ID=14816750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12166094A Pending JPH07292435A (ja) | 1994-04-25 | 1994-04-25 | 高強度ばね用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07292435A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5897717A (en) * | 1997-03-12 | 1999-04-27 | Nippon Steel Corporation | High strength spring steel and process for producing same |
| US8328169B2 (en) | 2009-09-29 | 2012-12-11 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring steel and spring having superior corrosion fatigue strength |
| US9068615B2 (en) | 2011-01-06 | 2015-06-30 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring having excellent corrosion fatigue strength |
-
1994
- 1994-04-25 JP JP12166094A patent/JPH07292435A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5897717A (en) * | 1997-03-12 | 1999-04-27 | Nippon Steel Corporation | High strength spring steel and process for producing same |
| US8328169B2 (en) | 2009-09-29 | 2012-12-11 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring steel and spring having superior corrosion fatigue strength |
| US8349095B2 (en) | 2009-09-29 | 2013-01-08 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring steel and spring having superior corrosion fatigue strength |
| US8789817B2 (en) | 2009-09-29 | 2014-07-29 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring steel and spring having superior corrosion fatigue strength |
| US8936236B2 (en) | 2009-09-29 | 2015-01-20 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Coil spring for automobile suspension and method of manufacturing the same |
| US9068615B2 (en) | 2011-01-06 | 2015-06-30 | Chuo Hatsujo Kabushiki Kaisha | Spring having excellent corrosion fatigue strength |
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