JPH09310145A - 疲労特性に優れたばね用鋼 - Google Patents
疲労特性に優れたばね用鋼Info
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- JPH09310145A JPH09310145A JP12368996A JP12368996A JPH09310145A JP H09310145 A JPH09310145 A JP H09310145A JP 12368996 A JP12368996 A JP 12368996A JP 12368996 A JP12368996 A JP 12368996A JP H09310145 A JPH09310145 A JP H09310145A
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Abstract
提供する。 【解決手段】 C :0.3〜1.0%,Si:0.5
超〜2.5%,Mn:0.1〜1.5%,Cr:0.1
〜1.0%,残部Feおよび不可避的不純物からなるば
ね用鋼であって、Al,Ca,Mg,Ti,Zrの鋼中
固溶量が、Al:0.1ppm 以上4.0ppm 未満,C
a:0.01ppm 以上1.0ppm 以下,Mg:0.01
ppm 以上3.0ppm 未満,Ti:5.0ppm 未満(0pp
m を含む),Zr:0.5ppm 未満(0ppm を含む)で
あることを要旨とするものであり、上記ばね用鋼を用い
て線材とすれば疲労特性に優れたばね用線材を得ること
ができる。尚、前記鋼中固溶量は、2次イオン質量分析
装置を用いることにより精度良く分析することが可能で
ある。
Description
懸架ばねやエンジン用弁バネ、或いは各種懸架装置のば
ねとして好適なばね用鋼であって、線材とした際に優れ
た疲労特性を発揮するばね用鋼に関するものである。
つに、繰り返し使用に対する耐疲労性があり、近年のば
ねの軽量化を背景として疲労特性のより一層の向上が要
望されている。
材中に存在する非延性介在物が挙げられ、この非延性介
在物は圧延工程や伸線工程でほとんど変形せずに、疲労
破断の起点となることが知られている。そこで、特開昭
63−140068号公報には、この問題を解決するた
めに、延性を有する介在物となる様に組成を調整するこ
とを目的として、鋼材の成分組成と介在物の構成比を特
定範囲に規定することにより、疲労特性を改善する技術
が開示されている。しかしながら、鋼成分と介在物構成
比を上記特定範囲内に制御した場合であっても、結晶質
な非延性介在物が存在することにより疲労破壊に至るこ
とがあった。例えば後述する回転曲げ疲労試験(曲げ回
数:107 回)を施すと、破断が発生することが指摘さ
れており、必ずしも疲労破壊を防止できる技術は開示さ
れていなかった。
着目してなされたものであって、疲労特性に優れたばね
用鋼及びばね用線材の提供を目的とするものである。
明のばね用鋼とは、C :0.3〜1.0%,Si:
0.5超〜2.5%,Mn:0.1〜1.5%,Cr:
0.1〜1.0%,残部Feおよび不可避的不純物から
なるばね用鋼であって、Al,Ca,Mg,Ti,Zr
の鋼中固溶量が、Al:0.1ppm 以上4.0ppm 未
満,Ca:0.01ppm 以上1.0ppm 以下,Mg:
0.01ppm 以上3.0ppm 未満,Ti:5.0ppm 未
満(0ppm を含む),Zr:0.5ppm 未満(0ppm を
含む)であることを要旨とするものであり、上記ばね用
鋼を用いて線材とすれば疲労特性に優れたばね用線材を
得ることができる。尚、前記鋼中固溶量は、2次イオン
質量分析装置(以下、SIMSという)を用いることに
より精度良く分析することが可能である。
元素の固溶量と疲労特性には、非常に高い相関があるこ
とを突き止めた。これまでは、介在物組成に範囲を設け
ることにより高い延性を有する介在物となる様に配慮さ
れていたが、どうしても疲労破壊の起点となる結晶質な
介在物を有することから、疲労破壊を防止できなかっ
た。本発明によれば、特定成分の鋼中固溶量を制御する
ことによって、疲労特性を大幅に改善することが可能で
ある。
析は、供試材を酸により溶解して、例えばICP発光分
光分析により測定されることが一般的であり、上記微量
成分の含有量は、介在物の構成成分と鋼中の固溶成分と
の合計値であった。本発明者らは鋭意研究を重ねた結
果、従来の方法で分析された成分値では、疲労特性の確
実な制御は困難であり、Al,Ca,Mg,Ti,Zr
という微量元素の鋼中固溶量を正確に制御してはじめて
確実な破断防止が可能となることを見出し、本発明に想
到したものである。従って本発明では、各微量元素の鋼
中固溶量を以下の様に限定することが重要である。尚、
図1〜図5における鋼中のAl,Ca,Mg,Ti,Z
rの固溶量は、後述する実施例で測定した分析値を破断
本数との関係で整理したグラフである。
結果から明らかな様に、鋼中のAl固溶量が0.1ppm
未満または4.0ppm 以上の場合には破断本数が多くな
った。Al固溶量が0.1ppm 未満の場合には介在物と
してCaO−SiO2 系およびMnO−SiO2 系の結
晶質介在物が存在し、また4.0ppm 以上の場合にはA
l2 O3 含有量が50%以上の非延性な介在物が存在し
ており、これらの非延性介在物により破断本数が多くな
ったものと考えられる。従って、鋼中のAl固溶量は、
0.1ppm 以上4.0ppm 未満に規定した。
m 未満であるか、或いは1.0ppm を超える場合には破
断本数が多くなった。鋼中Ca固溶量が0.01ppm 未
満の場合には、MnO−SiO2 −Al2 O3 系介在物
を主体として、介在物組成がばらついており、非延性介
在物が多く発生していた。鋼中Ca固溶量が1.0ppm
を超える場合には2CaO・SiO2 や2CaO・Si
O2 ・Al2 O3 等の結晶質な介在物が存在していた。
これらの非延性介在物の存在により破断本数が多くなっ
たものと考えられる。Ca固溶量が0.01〜1.0pp
mの範囲内では結晶質な介在物は見られなかった。
ppm 未満3.0ppm 以上の場合には破断本数が多くなっ
た。Mg固溶量が0.01ppm 未満の場合には鋼中のM
nO−SiO2 −Al2 O3 系介在物を主体として介在
物組成がばらついており、非延性介在物が多く発生して
いた。またMg固溶量が3.0ppm 以上の場合には、A
lが3.5ppm 未満であるとMgO・SiO2 結晶が生
成しており、Alが3.5ppm 以上の場合にはMgO・
Al2 O3 結晶が観察された。従って鋼中のMg固溶量
を0.01ppm 以上3.0ppm 未満とすることが必要で
ある。
以上の場合には破断本数が多くなった。鋼中Ti固溶量
が5.0ppm 以上ではTi系の結晶質な非金属介在物が
多く存在したことから、鋼中Ti固溶量は5.0ppm 未
満とすることが必要である。
m 以上の場合には破断本数が多くなった。鋼中のZr固
溶量が0.5ppm 以上ではZrO2 ・SiO2やCaO
−SiO2 −ZrO2 系介在物が多く存在しており、こ
の様な非延性な結晶系介在物の存在により破断本数が多
くなったと考えられる。
i,Zrの各元素の鋼中固溶量を制御する方法により限
定されるものではなく、例えば鋼中固溶量が多過ぎる元
素は、溶銑処理時にスラグ中に捕捉し、一方少な過ぎる
場合には添加して補充すればよい。
び靭性の点からCを0.3〜1.0%、Siを0.5超
〜2.5%、Mnを0.1〜1.5%、Crを0.1〜
1.0%含有し、残部鉄および不可避的不純物からなる
炭素鋼であり、夫々の成分限定理由は以下の通りであ
る。
欠な元素であり、少なくとも0.3%以上含有している
ことが必要である。C含有量を多くするほど線材の強度
は向上するが、多過ぎると初析セメンタイトが析出し、
疲労破壊を引き起こす。従って、C量の上限は1.0%
とした。
さを高めると共に、脱酸に有効な元素であるので0.5
%を超えて含有させるが、多過ぎるとフェライトの靭性
及び延性が低下し、ばね用線材としての疲労特性を満足
できなくなるので、2.5%を上限とした。
めるのに有効な元素であるので0.1%以上含有させる
が、多過ぎると偏析が大きくなり、それを起点とするマ
イクロクラックが発生して破断の原因となるので、1.
5%を上限とした。
であるので、0.1%以上含有させるが、多量に含有さ
せると硬度が高くなり過ぎ疲労破壊を起こし易くなるの
で、1.0%を上限とした。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
整し、ブルーム連鋳機で鋳片として線材にし、オイルテ
ンパーを施した後、疲労特性を調べた。疲労特性は回転
曲げ疲労試験により測定し、各ロット当り15本の線材
を用いて、試験強度210kgf/mm2 ,負荷応力85.0
kgf/mm2 で行い、繰り返し回数107 回までに破断した
ものを破断本数として数えた。
5fを用い、分析条件は以下の通りである。 [分析条件] 1次イオン条件: O2 −8keV−0.1μA 照射および分析領域:80×80μm−φ14μm 試料室真空度: 6×10-10 Torr 結果は、表1に示す。
量が本発明範囲を満足しているので、いずれも破断せ
ず、非常に優れた疲労特性を示した。一方No.7〜2
5は、Al,Ca,Mg,Ti,Zrの1種以上の鋼中
固溶量が本発明範囲を満足しない比較例であり、破断本
数が多いことが分かる。
で、結晶質で非延性な介在物の量を著しく低減でき、疲
労特性に優れたばね用鋼及びばね用線材が提供できるこ
ととなった。
である。
である。
である。
である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 C :0.3〜1.0%(質量%、以下同じ) Si:0.5超〜2.5% Mn:0.1〜1.5% Cr:0.1〜1.0% 残部Feおよび不可避的不純物からなるばね用鋼であっ
て、 Al,Ca,Mg,Ti,Zrの鋼中固溶量が、 Al:0.1ppm (質量ppm 、以下同じ)以上4.0pp
m 未満 Ca:0.01ppm 以上1.0ppm 以下 Mg:0.01ppm 以上3.0ppm 未満 Ti:5.0ppm 未満(0ppm を含む) Zr:0.5ppm 未満(0ppm を含む) であることを特徴とする疲労特性に優れたばね用鋼。 - 【請求項2】 前記鋼中固溶量が2次イオン質量分析装
置を用いて分析した値である請求項1に記載のばね用
鋼。
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---|---|---|---|
JP12368996A JP4083828B2 (ja) | 1996-05-17 | 1996-05-17 | 疲労特性に優れたばね用鋼 |
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- 1996-05-17 JP JP12368996A patent/JP4083828B2/ja not_active Expired - Lifetime
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