JPH0796697B2

JPH0796697B2 - 高強度ばね用鋼

Info

Publication number: JPH0796697B2
Application number: JP25297886A
Authority: JP
Inventors: 知人飯久保; 幸生伊藤
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS63109144A; EP0265273A2; EP0265273A3

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ばね用鋼に係り、特に自動車用等の懸架コイ
ルばねに好適な高強度ばね用鋼に関するものである。

（従来の技術）自動車等の内燃機関に使用される弁ばね、懸架ばね等の
ばね用鋼は、軽量化、高速化の要請に伴って高強度のも
のが要求されるようになってきており、特に疲労強度、
耐へたり性に優れた高強度ばね用鋼の開発が望まれてい
る。

この種のばね用鋼を使用してばねを製造するには、通
常、熱間成形の場合には熱間コイリングした後、焼入れ
・焼もどしを施し、ショットピーニングしてセッティン
グが行われ、冷間成形の場合には焼入れ・焼もどしを行
って調質した後に冷間コイリングし、ショットピーニン
グしてセッティングが行われている。このように、冷間
成形ばね及び熱間成形ばねのばね成形工程には焼入れ・
焼もどし工程が必ず入るため、高強度、高靭性化を狙っ
てNi等の合金元素の添加量を多くすると残留オーステナ
イトが残り、疲労強度に対しては有害となる。

この点、本出願人が先に提案したように（特開昭60−89
553号）、冷間成形ばねの場合には、Ni添加量を多く
し、焼入れによって意図的に残留オーステナイトを残し
て延性化し、これを利用して焼入れ後冷間コイリング
し、その後焼もどしによって残留オーステナイトをなく
す方法がある。しかし、この方法は冷間成形ばねの通常
の製造工程とは異なるものであり、また熱間成形ばねに
は適用ができない。

（発明の目的）本発明は、通常の熱間ばね成形工程及び冷間ばね成形工
程のいずれにも供することができ、しかも疲労強度、耐
へたり性に優れた高強度ばね用鋼を提供することを目的
とするものである。

（発明の構成）上記目的を達成するため、本発明者は、通常の熱間、冷
間のいずれのばね成形工程にも適用し得る高強度ばね用
鋼を見い出すべく鋭意研究を重ねた結果、通常のばね成
形工程により疲労強度の優れた高強度ばね用鋼を得るに
は、適切な化学成分の調整のもとで焼入れ後の残留オー
ステナイトの発生量を10％未満に規制することにより可
能であることを見い出し、ここに本発明をなしたもので
ある。

すなわち、本発明は、C:0.45超〜0.56％、Si:1.40超〜
3.45％、Mn:0.5〜1.5％、Cr:0.1〜2.0％及びNi:0.35超
〜2.0％を含み、更に必要に応じてV:0.05〜0.5％及びM
o:0.05〜2.0％のうちの１種又は２種を含み、残部がFe
及び不可避的不純物からなり、且つ35×Ｃ（％）＋２×
Si（％）＋Ni（％）＜23％の式を満たすことを特徴とす
る疲労強度、耐へたり性に優れた高強度ばね用鋼を要旨
とするものである。

以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

まず、本発明鋼における化学成分の限定理由を示す。

Ｃは強度を高めるために有効な元素であるが、0.45％以
下では高強度ばねとして必要な強度を確保できず、しか
し0.56％以上にすると焼入れ後の残留オーステナイトの
発生量を10％未満にすることができないので、0.45超〜
0.56％の範囲とする。

Siはフェライト中に固溶して強度を増し、ばねの耐へた
り性を向上させるのに有効な元素であり、そのためには
1.40％超を必要とする。しかし3.45％を超えると焼入れ
後の残留オーステナイトの発生量を10％未満にすること
ができないので、1.40超〜3.45％の範囲とする。

Mnは脱酸元素として、また焼入性を向上させるのに有効
な元素であり、そのためには0.5％以上が必要である。
しかし、1.5％を超えると焼入性が過大となって靭性が
劣化すると同時に焼入れ時に変形することになるので、
0.5〜1.5％の範囲とする。

Crは焼入れ性を向上させるのに有効な元素であり、その
ためには0.1％以上が必要である。しかし、2.0％を超え
ると耐へたり性を損なうので、0.1〜2.0％の範囲とす
る。

Niは焼入れ・焼もどし後の靭性改善のために必要な元素
であるが、0.35％以下ではその効果が得られず、２％を
超えて添加すると焼入れ後の残留オーステナイトの発生
量が多くなって疲労強度の低下をまねくので、0.35超〜
2.00％の範囲とする。

以上の必須成分のほか、必要に応じてＶ及びMoの１種又
は２種を適量添加してばね特性の向上を図ることができ
る。特にＶは低温圧延時における結晶粒微細化効果が大
きく、ばね特性の向上並びに信頼性の増大を期待でき、
また焼入れ・焼もどし時の析出効果にも寄与する元素で
あり、またMoは耐へたり性の改善に有効な元素であり、
添加するときはV:0.05〜0.5％、Mo:0.05〜2.0％の範囲
とする。なお、Ｖを上限を超えて多くすると靭性の劣化
やばね特性の低下をまねき、またMoを上限を超えて多く
するとオーステナイト中に溶解されない複合炭化物が形
成され、その量が増加して大きな塊状となった場合には
非金属介在物と同等の害をもたらすので疲労強度を低下
させる恐れがあるため、好ましくない。

また、本発明鋼において、Ｃ、Si及びNiの含有量を 35×Ｃ（％）＋２×Si（％）＋Ni（％）＜23％の式を満たす量にしたのは、通常の焼入れ・焼もどし工
程の焼入れ後の残留オーステナイトの発生量を10％未満
にするためであり、23％以上になると残留オーステナイ
トの発生量が10％以上になり、疲労強度等のばね特性の
優れた高強度ばねを得ることができないからである。23
％以上の場合でも焼入れ後サブゼロ処理をして残留オー
ステナイトを10％未満にすることも可能であるが、ばね
の量産工程を複雑化するので好ましくないので、35×Ｃ
（％）＋２×Si（％）＋Ni（％）を23％未満とする。

なお、不可避的不純物である〔Ｏ〕、〔Ｎ〕等々は可能
な限り少ないほどよく、特に〔Ｏ〕は酸化物系の介在物
を生成し、これが疲労破壊の起点となりやすいので0.00
10％以下に規制するのが望ましく、〔Ｎ〕はTiN系の介
在物を生成して疲労強度の低下をまねくので0.005％以
下に規制するのが望ましい。

次に本発明の一実施例を示す。

（実施例）第１表に示す化学成分（wt％）を有する鋼について、常
法により製造した16mmφの圧延線材から引張試験片、へ
たり試験片及び疲労試験片を切り出し、900℃×30min油
冷の焼入れ後、350℃×0.1hrで焼もどしを行い、仕上加
工した。なお、いずれの試験片もHRC55になるように調
質した。その結果、35×Ｃ（％）＋２×Si（％）＋Ni
（％）の値、即ちＹ値及び耐久限度については第１表に
併記するとうりであり、耐へたり性は第２図に示すとう
りである。また焼入れ後の残留オーステナイトの発生量
と残留せん断ひずみ量も調べ、第１表に併記した。

なお、耐へたり性については、第３図に示す重錘式の捩
りクリープ試験機（最大トルク25kgf・ｍ）を用い、第
４図に示す寸法形状の試験片を使用して試験温度:80℃ 試験時間:72hr 負荷応力:110kgf/mm² 剪断予歪:0.1％硬さ:HRC55 の試験条件で試験した。なお、第３図中、１は試験片、
２は試験片保持台、３は負荷アーム、４はダイヤルゲー
ジ、５は重錘、６はジャッキである。

第１図は各供試鋼について第１表に示した耐久限度と焼
入れ後の残留オーステナイトγ_Ｒの発生量との関係をプ
ロットしたものであり、これより、焼入れ後の残留オー
ステナイトの発生量が10％以上になると耐久限度が著し
く低下することがわかり、本発明鋼はいずれも10％未満
で優れた疲労強度を有している。

次に、耐へたり性の優劣が設計上大きなウェイトを占め
る懸架ばねでは、特に最近では温間へたり特性が注目を
あびていることから、前期試験条件で捩りクリープ試験
を行ったところ、第１表及び第２図に示すように、本発
明鋼は72hr後の剪断クリープひずみが現用のJIS SUP7材
よりもはるかに少なく、優れた耐へたり性を示した。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明によれば、高強度ばね用鋼
の化学成分を適切に調整すると共に焼入れ・焼きもどし
工程の焼入れ後の残留オーステナイトの発生量を10％未
満に規制したので、通常の熱間及び冷間ばね成形工程に
供して弁ばね、懸架ばね等の高強度ばねを製造すること
ができ、量産化も可能であり、しかも優れた疲労強度、
耐へたり性を具備せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は耐久限度と焼入れ後の残留オーステナイトの発
生量との関係を示す図、第２図は剪断クリープ歪について本発明鋼と現用材料を
対比して示した図、第３図は重錘式捻りクリープ試験機の概要を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は捻りクリープ試験片の形状寸法
（mm）を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は断面図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、C:0.45超〜0.56
％、Si:1.40超〜3.45％、Mn:0.5〜1.5％、Cr:0.1〜2.0
％及びNi:0.35超〜2.0％を含み、残部がFe及び不可避的
不純物からなり、且つ35×Ｃ（％）＋２×Si（％）＋Ni
（％）＜23％の式を満たすことを特徴とする疲労強度、
耐へたり性に優れた高強度ばね用鋼。
【請求項２】C:0.45超〜0.56％、Si:1.40超〜3.45％、M
n:0.5〜1.5％、Cr:0.1〜2.0％及びNi:0.35超〜2.0％を
含み、更にV:0.05〜0.5％及びMo:0.05〜2.0％のうちの
１種又は２種を含み、残部がFe及び不可避的不純物から
なり、且つ35×Ｃ（％）＋２×Si（％）＋Ni（％）＜23
％の式を満たすことを特徴とする疲労強度、耐へたり性
に優れた高強度ばね用鋼。