JPH09125197A - 懸架ばね用鋼 - Google Patents

懸架ばね用鋼

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JPH09125197A
JPH09125197A JP28292095A JP28292095A JPH09125197A JP H09125197 A JPH09125197 A JP H09125197A JP 28292095 A JP28292095 A JP 28292095A JP 28292095 A JP28292095 A JP 28292095A JP H09125197 A JPH09125197 A JP H09125197A
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JP
Japan
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steel
strength
delayed fracture
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resistance
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JP28292095A
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English (en)
Inventor
Yukio Ito
幸生 伊藤
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中程度の強度であって、製造コストが安く、
しかも耐食性、耐疲労性は高合金のものと実質上差がな
いレベルに保持され、かつ耐遅れ破壊性の優れた懸架ば
ね用鋼を提供する。 【解決手段】 合金元素の含有率が質量%で、C:0.
3〜0.6%、Si:1.0〜2.0%、Mn:0.1
〜0.5%、Cr:0.4〜1.0%、V:0.1〜
0.3%、Ni:0.5〜1.2%、Cu:0.1〜
0.3%、S:0.005%以下、O:0.0015%
以下、P:0.015%以下、B:0.0005〜0.
0025%であり、残部Feおよび不可避的不純物から
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、中程度の強度を有
し、耐食性、耐遅れ破壊特性に優れた、自動車の懸架ば
ねに用いるばね用鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の軽量化の要請に対処して懸架ば
ねの軽量化を図るにあたり、高い設計応力を可能とする
高強度ばね用鋼が要求された。これに対して、例えば特
開昭63−109144号公報には、C: 0.3〜
0.75%、Si:1.0〜4.0%、Mn:0.5〜
1.5%、Ni:≦3.00%、Cr:0.1〜2.0
%、必要に応じて適量のVおよびMoの1種または2種
を含む鋼が開示されている。この鋼は、懸架ばね用鋼と
して高い設計応力を取ることができるうえ、疲労強度も
高い優れたばね用鋼である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭63−
109144号公報に開示された前記鋼は、高価なNi
やMoを多量に含むため材料コストが高いという問題が
ある。前記鋼は設計応力130kgf/mm2 級の比較
的高い強度を有するものであるが、設計応力を120k
gf/mm2 の中程度の強度としても、低コストで生産
できるばね用鋼の出現が要望されている。
【0004】また、懸架ばねは、装着時には塗装等の防
食処理が施されているとはいえ、実用時には石片、土砂
等の飛来物によって塗装は剥落してしまうので、腐食を
蒙ることは避けられない。懸架ばね用鋼は、このように
表面が腐食された状態においても高い変動応力に耐える
ことが要求される。さらに、高強度鋼においては、腐食
環境中で高い応力を長時間負荷すると突然破壊するとい
ういわゆる遅れ破壊現象が生じやすい。懸架ばね用鋼に
おいても、設計応力の上昇にともなって鋼の強度が上昇
し、遅れ破壊を生じる傾向が高まっている。
【0005】本発明は、上記の現状に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、中程度の強度であっ
て、製造コストが安く、しかも耐食性、耐疲労性は高合
金のものと実質上差がないレベルに保持され、かつ耐遅
れ破壊性の優れた懸架ばね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】上記目的を達成するため
に、本発明の懸架ばね用鋼は、合金元素の含有率が質量
%で、C :0.3〜0.6%、Si:1.0〜2.0
%、Mn:0.1〜0.5%、Cr:0.4〜1.0
%、V :0.1〜0.3%、Ni:0.5〜1.2
%、Cu:0.1〜0.3%、S :0.005%以
下、O :0.0015%以下、P :0.015%以
下、B :0.0005〜0.0025%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。
【0007】
【発明の実施の形態】従来の代表的ばね鋼SUP7(設
計応力100kgf/mm2 、硬さHRC48〜49)
と、前記の高強度ばね用鋼(設計応力130kgf/m
m2 、硬さHRC54〜55)との間で、設計応力12
0kgf/mm2 (硬さHRC53〜54)を確保しつ
つ、製造コストが安く、しかも耐食性、耐疲労性は前記
高強度ばね用鋼と実質上差がないレベルに保持され、か
つ耐遅れ破壊性はSUP7より優れたものとすることを
目標として研究し、到達したのが上記の合金組成であ
る。各成分の組成の限定理由は次の通りである。
【0008】C :0.3〜0.6% 焼入焼もどし後に懸架ばね用鋼として必要な強度を得る
ために、C含有率は0.3%以上が必要である。しか
し、C含有率が0.6%を超えると焼入焼もどし後の鋼
の靭性が低下して、懸架ばね用鋼としての疲労強度、耐
遅れ破壊性を満足できなくなる。
【0009】Si:1.0〜2.0% フェライト中に固溶して鋼の耐へたり性を高めるために
添加する。懸架ばね用鋼として必要な耐へたり性を得る
ためには少なくとも1.0%以上のSi含有率が必要で
ある。しかし、2.0%を超えてSiを添加すると、鋼
の熱間加工時に生じる脱炭層が厚くなり、鋼の表面品質
を損うのでSi含有率の上限は2.0%とする。
【0010】Mn:0.1〜0.5% Mnは、鋼の脱酸剤として必要な元素であり、強度を確
保する上でも少なくとも0.1%添加しなければならな
い。MnにはMnSの形でSを固定する働きがあるが、
MnSは圧延により延伸され、腐食環境下ではそこが酸
化ピットとなって亀裂発生の起点となり、疲労強度の低
下を招く。そこで、本発明ではMnSの生成量を少なく
するようにMn量を低めに抑え、上限を0.5%とし
た。
【0011】Cr:0.4〜1.0% 鋼の焼入性を確保するため0.4%以上を含有させる。
しかしCr含有率が過大となると組織の均一性が損われ
て耐へたり性が劣化するので、Cr含有率の上限を1.
0%とする。 V:0.1〜0.3% Vは、微細な炭化物を形成して組織を微細化することに
より耐へたり性を向上させる。この効果はV含有率0.
1%以上で確実になる。しかし、V含有率が過大になる
と炭化物の析出量が増して靭性を低下し、また耐へたり
性をも害するのでV含有率の上限を0.3%とする。
【0012】Ni:0.5〜1.2% Niは、鋼の焼入性と靭性とを高めるために含有率0.
5%以上を添加する。この効果は含有率1.0%程度で
十分に高くなる。しかし1.2%を超えて添加してもそ
の効果が飽和して、徒にコストを高めるのみなので含有
率の上限を1.2%とする。
【0013】Cu:0.1〜0.3%、 Cuは、鋼の耐候性を高めるために添加する。この効果
を得るためには少なくとも含有率0.1%以上の添加が
必要である。しかし、含有率が過大になると鋼の熱間加
工性を損うので、含有率の上限を0.3%とする。 S :0.005%以下、O :0.0015%以下 Sは鋼中のMnと化合してMnSを形成する。該MnS
は熱間圧延によって延伸され、鋼中にA系非金属介在物
として存在する。鋼が腐食環境に曝されたとき、前記M
nSは容易に溶解消去してその跡に腐食ピットを生じ
る。この腐食ピットが亀裂発生起点となり、疲労強度の
低下を招くことが、発明者らの研究により明らかとなっ
た。そこで本発明ではMnSの生成量を少なくするよ
う、S含有率を可及的少なくすることが望ましい。
【0014】Oも鋼中において酸化物系非金属介在物を
形成し、疲労亀裂、遅れ破壊亀裂の起点となる。それゆ
えO含有率を可及的少なくすることがのぞましい。しか
し、鋼中のS、Oの両元素の含有率を徒に低減すること
はコストの増大を来して経済的ではない。本発明におい
ては、SおよびOの含有率は、それぞれS:0.005
%、O:0.0015%を上限とする。
【0015】SおよびOは、上述のように、鋼中におい
て主に非金属介在物として存在する。本発明において
は、JIS G0555 鋼の非金属介在物の顕微鏡試
験方法により測定したA系介在物の面積率:0.015
%以下、B系非金属介在物面積率:0.010%以下と
することが好ましい。 P:0.015%以下 Pは、鋼の結晶粒界に偏析して結晶粒界の強度を低減
し、鋼の強靭性を損う。本発明においては遅れ破壊強度
を向上するためにP含有率の上限を0.015%とす
る。
【0016】B:0.0005〜0.0025% Bは、鋼の結晶粒界に優先析出してP、Sの結晶粒界へ
の偏析を防止し、鋼の遅れ破壊強度を向上する。そのた
めにB含有率は少なくとも0.0005%を必要とす
る。しかしB含有率が過大となると結晶粒界にB構成物
を形成し、鋼の焼入性を低減し、強靭性を損うのでB含
有率の上限を0.0025%とする。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
1に示す化学組成の鋼を溶製し、鍛造加工して直径17
mmの棒材を得た。比較例1および比較例2はJIS
SUP7相当鋼、比較例3は特開昭63−109144
号に従う高強度ばね鋼である。
【0018】
【表1】
【0019】これらの棒材から機械加工により平行部直
径8mmの平滑回転曲げ疲労試験片および切欠き半径
0.1mm、深さ1mmの環状V型切欠きを有する直径
6mmの遅れ破壊試験片を切出した。これらを焼入焼戻
しして表2に示す硬さとし、それぞれの試験に供した。
【0020】
【表2】
【0021】腐食後の回転曲げ疲労試験:前記の回転曲
げ疲労試験片を腐食した後、回転曲げ疲労試験を行っ
た。試験片の腐食条件は次の通りである。JIS Z2
371に規定される塩水噴霧試験装置内において8時間
塩水噴霧し、次いで16時間大気暴露する操作を10サ
イクル繰返す。
【0022】回転曲げ疲労試験はJIS Z2274に
定める方法に準じて行った。図1に回転曲げ応力の応力
振幅と破断繰返し数との関係を示す。図1によれば、本
発明の実施例はSUP7相当鋼より高い腐食後疲労強度
を有し、その腐食後疲労強度は高強度ばね鋼のそれと同
等のものであることが判る。 遅れ破壊試験:前記の遅れ破壊試験片を用いて曲げ型促
進遅れ破壊試験を行った。すなわち、前記の遅れ破壊試
験片に所定の曲げモーメントを加えた状態で切欠き部に
0.1規定HCl水溶液を滴下し、破断するまでの時間
を測定する。切欠き部断面について計算した表皮最大応
力と破断時間との関係を整理した結果を図2に示す。図
2より本発明鋼はNi、Mo等の高価な合金元素を多量
に含む高強度ばね鋼(比較例3)に匹敵する優れた遅れ
破壊特性を示すことが判る。
【0023】さらに、実施例1および比較例1と同一の
化学組成を有する鋼(それぞれ実施例および比較例と称
する)の遅れ破壊試験片を、焼入焼戻しによって、各種
の硬さに調整して前記同様の遅れ破壊試験を行った。そ
の結果を、硬さと遅れ破壊強度比の関係として図3に示
す。ここに遅れ破壊強度比とは、前記遅れ破壊試験にお
いて、破断時間が丁度30時間となる負荷応力の値(σ
30)と、前記遅れ破壊試験片を大気中で静曲げ試験した
ときの破断強度(σB )との比(σ30/σB )の値とす
る。この遅れ破壊強度比は、鋼の遅れ破壊に対する抵抗
性を評価する指標と考えられる。図3に示すように、遅
れ破壊強度比は鋼の硬さが上昇すると低下するが、実施
例の遅れ破壊強度比は比較例のそれに比べて優れてお
り、本発明鋼が、遅れ破壊に対して高い抵抗性を有する
ことが判る。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、製造コ
ストが安く、しかも耐食性、耐疲労性は高合金のものと
実質上差がないレベルに保持され、かつ耐遅れ破壊性の
優れた懸架ばね用鋼を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例および比較例の腐食後の回転曲
げ疲労試験における応力振幅と破断繰返し数との関係を
示す特性図である。
【図2】本発明の実施例および比較例の遅れ破壊試験に
おける負荷応力と破断時間との関係を示す特性図であ
る。
【図3】本発明の実施例および比較例の硬さと遅れ破壊
強度比との関係を示す特性図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 合金元素の含有率が質量%で、 C :0.3〜0.6%、 Si:1.0〜2.0%、 Mn:0.1〜0.5%、 Cr:0.4〜1.0%、 V :0.1〜0.3%、 Ni:0.5〜1.2%、 Cu:0.1〜0.3%、 S :0.005%以下、 O :0.0015%以下、 P :0.015%以下、 B :0.0005〜0.0025%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
    る懸架ばね用鋼。
JP28292095A 1995-10-31 1995-10-31 懸架ばね用鋼 Pending JPH09125197A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100342053C (zh) * 2005-05-27 2007-10-10 东风汽车悬架弹簧有限公司 高强韧性高淬透性弹簧钢材料
CN103108969A (zh) * 2010-09-08 2013-05-15 新日铁住金株式会社 耐腐蚀性优良的轴承钢、轴承部件及精密设备部件

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