JPH0971843A - 高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法 - Google Patents

高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法

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JPH0971843A JP7248412A JP24841295A JPH0971843A JP H0971843 A JPH0971843 A JP H0971843A JP 7248412 A JP7248412 A JP 7248412A JP 24841295 A JP24841295 A JP 24841295A JP H0971843 A JPH0971843 A JP H0971843A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ばね使用中の耐へたり性を劣化させることな
く、高強度で高靱性のばね用オイルテンパー線を提供す
る。 【解決手段】 含有するＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ａｌ、
Ｔｉの量及びまたはこれに添加するＶ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ
の量が特定される鋼であって、かつ焼入れ焼戻し後にお
いて、残留γが体積率で１〜５％及びまたは粒子径が0.
05μｍ以上である炭化物の組織内密度が組織観察写真上
で５ヶ／μｍ2 以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はオイルテンパー線、
特に自動車エンジン弁ばね等に用いられる高強度ばね用
として好適な靱性に優れるオイルテンパー線に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】自動車エンジンの弁ばねは高応力、高回
転で用いられており、最も厳しい使用環境にあるばねで
ある。そして近年、自動車エンジンの小型化、低燃費化
のためにさらに厳しい条件下で使用されるようになって
きている。このため弁ばね用材料としては更なる高強度
化が要求されている。弁ばね用材料としては主として弁
ばね用クロムバナジウム鋼オイルテンパー線や弁ばね用
シリコンクロム鋼オイルテンパー線が用いられており、
これらの高強度化が進んでいる。しかし、これらの材料
を高強度化すると材料の靱延性が劣化し、ばね成形中に
折損を起すという問題がある。
【０００３】このような問題に対し、特公平3-6981号に
おいては、添加Ｖ量と焼入条件を特定して、結晶粒度を
10以上にすることにより、特開平3-162550号において
は、オイルテンパー線の焼戻し後のマトリックス組織で
ある焼戻しマルテンサイト中に、残留オーステナイト相
を５〜20％存在させることにより、靱性を確保すること
が提案されている。
【０００４】然し乍ら、前者においては、結晶粒度10以
上では飛躍的な強度と靱性の向上が期待し難く、後者に
おいては、残留オーステナイト相が多量に存在するとば
ねとしての使用中、残留オーステナイト相がマルテンサ
イト相に変態して、体積膨張により永久歪を生じ、耐へ
たり性が劣化するおそれがあり、なお問題を残してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】以上のことから本発明が
解決しようとする課題は、ばね使用中の耐へたり性を劣
化させることの無い、高強度でかつ高靱性を有するばね
用オイルテンパー線を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等はばね使用時
の耐へたり性を劣化させること無く、高強度ばね用オイ
ルテンパー線の靱性を向上させることに鋭意研究を重ね
た結果、残留オーステナイト相が焼戻しマルテンサイト
中に体積率で１％以上５％以下の範囲で微細に分散して
存在していること、および粒子径が0.05μｍ以上の未固
溶炭化物の存在密度が組織観察写真上で５ヶ／μｍ2 以
下であることによって耐へたり性を劣化させること無く
靱性を向上していることを確認できることを見出した。
【０００７】本発明は上記のような知見に基づきなされ
たものでその第１の特徴とするところは、重量％でＣ：
0.5〜0.8 、Ｓｉ： 1.2〜2.5 、Ｍｎ： 0.4〜0.8 、Ｃ
ｒ：0.7〜1.0 、Ａｌ： 0.005以下、Ｔｉ： 0.005以下
を含有する鋼であって、かつ焼入焼戻し後において、残
留γが体積率で１％以上５％以下である高靱性ばね用オ
イルテーパー線である。
【０００８】そして、上記含有物にＶ：0.05〜0.15を添
加するか、これに更にＭｏ：0.05〜0.5 、Ｗ0.05〜0.5
、Ｎｂ：0.05〜0.15の１種以上を添加することを第２
の特徴とする。
【０００９】また別の特徴の１つは、上記残留γの特定
に変え、粒子径が0.05μｍ以上である炭化物の組織内密
度が組織観察写真上で５ヶ／μｍ2 以下に特定したこと
である。
【００１０】更に別の特徴の今１つは、上記残留γの特
定と共に、上記炭化物の組織内密度も特定したことであ
る。
【００１１】以上の特徴を具備するオイルテンパー線を
製造するため、焼入れ焼戻し条件を特定することもま
た、本発明の更に新たな別の特徴である。
【００１２】次に上記各特徴によって奏せられる作用を
説明する。先ず本発明における鋼組成の限定理由を説明
する。 Ｃ： 0.5〜0.8 重量％ Ｃは鋼線の強度を高めるために必須の元素であるが、
0.5％未満では十分な強度が得られず、逆に 0.8％を越
えると靱性が低下し、さらに鋼線の疵感受性が増大し、
信頼性が低下するためである。 Ｓｉ： 1.2〜2.5 重量％ Ｓｉ：はフェライトの強度を向上させ、耐へたり性を向
上させるのに有効な元素である。 1.2％未満ではその十
分な効果が無く、逆に 2.5％を越える場合は冷間加工性
を低下させるとともに熱間加工性や熱処理による脱炭を
助長するからである。 Ｍｎ： 0.4〜0.8 重量％ Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上させ、鋼中のＳを固定してそ
の害を阻止するが、 0.4％未満ではその効果が無く、逆
に 0.8％を越えると靱性が低下するためである。 Ｃｒ： 0.7〜1.0 重量％ ＣｒはＭｎ同様、鋼の焼入れ性を向上させ、かつ熱間圧
延後のパテンティング処理により靱性を付与し、焼入れ
した後、焼戻し時の軟化抵抗性を高め、高強度化するの
に有効な元素である。 0.7％未満ではその効果が少な
く、逆に 1.0％を越えると炭化物の固溶を抑制し、強度
の低下を招くとともに、焼入れ性の過度の増大となって
靱性の低下をもたらすためである。
【００１３】Ｖ：0.05〜0.15重量％ Ｖは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させる
元素であるが、0.05％未満ではその効果が少ない。ま
た、0.15％を越えると焼入れ加熱時に炭化物を多く形成
し、靱性の低下をまねくからである。 Ｍｏ：0.05〜0.5 重量％ Ｍｏは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させ
る元素であるが、0.05％未満ではその効果は少なく、ま
た 0.5％を越えると伸線加工性を低下させるからであ
る。 Ｗ：0.05〜0.15重量％ Ｗは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させる
元素であるが、0.05％未満ではその効果が少ない。ま
た、0.15％を越えると焼入れ加熱時に炭化物を多く形成
し、靱性の低下をまねくからである。 Ｎｂ：0.05〜0.15重量％ Ｎｂは焼戻し時に炭化物を形成し、軟化抵抗を増大させ
る元素であるが、0.05％未満ではその効果が少ない。ま
た、0.15％を越えると焼入れ加熱時に炭化物を多く形成
し、靱性の低下をまねくからである。
【００１４】Ａｌ、Ｔｉ： 0.005重量％以下 これらはいずれも高融点非金属介在物であるＡｌ2 Ｏ
3 、ＴｉＯを生成する。これらの介在物は硬質で、鋼線
表面直下に存在した場合、疲労強度を著しく低下させ
る。このため、不可避的不純物とはいえ、いずれも 0.0
05％以下とした。原料において、これら不純物濃度が低
いものを用いればよい。
【００１５】残留γ量を１〜５％（体積率）に特定した
理由 焼戻しマルテンサイト中に存在する残留γ相は靱性を向
上するが、体積率１％未満ではその効果がなく、５％を
越えるとばね使用中のマルテンサイト変態により耐へた
り性が大きくなるからである。
【００１６】未固溶炭化物（粒子径0.05μｍ以上）量を
組織観察写真上で５ヶ／ｍ2 以下に特定した理由 粒子径0.05μｍ以上の未固溶炭化物は組織内に存在する
とばね成形時等において破壊の起点となり得る。この存
在密度が組織観察写真上で５ヶ／ｍ2 を越えると靱性が
著しく低下するからである。
【００１７】上記残留γ量及び又は、炭化物量は次の熱
処理によって得られる。焼入れ焼戻し工程における焼入
れ加熱に関しては、冷却開始までの時間を15秒以内とし
なければ結晶粒が粗大化し、靱性が劣化し、加熱速度が
150℃／sec 以下であれば冷却開始までの15秒間で十分
な炭化物の固溶ができない。また、加熱温度が1100℃以
上であれば結晶粒粗大化による靱性劣化や脱炭が起こ
り、Ｔ（℃）＝ 500＋ 750・Ｃ＋ 500・Ｖ以下であれ
ば、十分な炭化物の固溶ができないためである。焼入れ
焼戻し工程における焼戻しに関しては、加熱速度を 150
℃／sec 、冷却開始までの時間を15秒以内としなければ
残留オーステナイト相が体積率１％未満に消失してしま
うためである。
【００１８】
【実施例】表１に示す化学成分の各試料を溶解、圧延、
熱処理、伸線によって線径 4.0mmの線とし、所定の条件
の焼入れ焼戻しを行った後にＸ線による残留γ相量測
定、組織観察による炭化物量測定および引張試験を行い
絞り値によって靱性評価を行った。
【００１９】
【表１】
【００２０】（実施例１）上記Ａ〜Ｉを表２に示す焼入
れ焼戻し条件で焼入れ焼戻しを行った後に残留γ量測定
および引張試験を行った。このうちＡ、Ｂ、Ｃ、Ｉの結
果を表３に示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】以上のように本発明実施例に従って製造し
た場合、残留γ量が１〜５vol ％となり、靱性に優れて
いることが判る。
【００２４】（実施例２）上記Ａ〜Ｉを表４に示す焼入
れ焼戻し条件で焼入れ焼戻しを行った後に炭化物（0.05
μｍ以上）量測定および引張試験を行った。このうち
Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｈの結果を表５に示す。
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【００２７】表５によって明かなように、実施例による
ものは、炭化物量が５ヶ／μｍ2 以下となり、靱性に優
れていることが判る。
【００２８】
【発明の効果】以上各項において説明したように、本発
明によればばね使用中の耐へたり性を劣化することな
く、高強度でかつ高靱性を有するばね用オイルテンパー
線を提供することができる。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ： 0.5〜0.8 、Ｓｉ： 1.2
    〜2.5 、Ｍｎ： 0.4〜0.8 、Ｃγ： 0.7〜1.0 、Ａｌ：
    0.005以下、Ｔｉ： 0.005以下を含有するか、または更
    にＶ：0.05〜0.15を含有する鋼であって、焼入れ焼戻し
    後において、残留γが体積率で１〜５％であることを特
    徴とする高靱性ばね用オイルテンパー線。
  2. 【請求項２】 重量％で、Ｍｏ：0.05〜0.5 、Ｗ：0.05
    〜0.15、Ｎｂ：0.05〜0.15の１種以上を添加してなる鋼
    であることを特徴とする請求項１記載のオイルテンパー
    線。
  3. 【請求項３】 重量％で、Ｃ： 0.5〜0.8 、Ｓｉ： 1.2
    〜2.5 、Ｍｎ： 0.4〜0.8 、Ｃｒ： 0.7〜1.0 、Ａｌ：
    0.005以下、Ｔｉ： 0.005以下を含有するか、または更
    にＶ：0.05〜0.15を含有する鋼であって、焼入れ焼戻し
    後において、粒子径が0.05μｍ以上である炭化物の組織
    内密度が、組織観察写真上で５ヶ／μｍ2 以下であるこ
    とを特徴とする高靱性ばね用オイルテンパー線。
  4. 【請求項４】 重量％でＭｏ：0.05〜0.5 、Ｗ：0.05〜
    0.15、Ｎｂ：0.05〜0.15の１種以上を添加してなる鋼で
    あることを特徴とする請求項３記載のオイルテンパー
    線。
  5. 【請求項５】 重量％で、Ｃ： 0.5〜0.8 、Ｓｉ： 1.2
    〜2.5 、Ｍｎ： 0.4〜0.8 、Ｃｒ： 0.7〜1.0 、Ａｌ：
    0.005以下、Ｔｉ： 0.005以下を含有するか、または更
    にＶ：0.05〜0.15含有する鋼であって、焼入れ焼戻し後
    において、残留γが体積率で１〜５％で、かつ粒子径が
    0.05μｍ以上である炭化物の組織内密度が、組織観察写
    真上で５ヶ／μｍ2 以下であることを特徴とする高靱性
    ばね用オイルテンパー線。
  6. 【請求項６】 重量％でＭＯ：0.05〜0.5 、Ｗ：0.05〜
    0.15、Ｎｂ：0.05〜0.15の１種以上を添加してなる鋼で
    あることを特徴とする請求項５記載のオイルテンパー
    線。
  7. 【請求項７】 焼入れ焼戻し工程における焼戻しを加熱
    速度 150℃／sec 以上で 450℃〜600 ℃に加熱し、加熱
    開始から水等の冷媒を用いた冷却開始までの時間を15秒
    以内とすることを特徴とする請求項１または２記載のオ
    イルテンパー線の製造方法。
  8. 【請求項８】 焼入れ焼戻し工程における焼入れ加熱を
    加熱速度 150℃／sec 以上で1100℃以下でＴ（℃）＝ 5
    00＋ 750・Ｃ＋ 500・Ｖで決まる温度以上の範囲に加熱
    し、加熱開始から水または油による冷却開始までの時間
    を15秒以内とすることを特徴とする請求項３または４記
    載のオイルテンパー線の製造方法。
  9. 【請求項９】 焼入れ焼戻し工程における焼入れ加熱を
    加熱速度 150℃／sec 以上で1100℃以下でＴ（℃）＝ 5
    00＋ 750・Ｃ＋ 500・Ｖで決まる温度以上の範囲に加熱
    し、加熱開始から水または油による冷却開始までの時間
    を15秒以内とし、さらに焼入れ焼戻し工程における焼戻
    し加熱速度 150℃／sec 以上で 450℃〜 600℃に加熱
    し、加熱開始から水等の冷媒を用いた冷却開始までの時
    間を15秒以内とすることを特徴とする請求項５または６
    記載のオイルテンパー線の製造方法。
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