JPS59170241A

JPS59170241A - 高強度・高靭性ばね用鋼

Info

Publication number: JPS59170241A
Application number: JP4430283A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; 誠斉藤; Atsuyoshi Kimura; 木村　篤良; Yukio Ito; 伊藤　幸生; Kiyoaki Nishikiori; 錦織　清明
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1984-09-26
Also published as: JPH0314898B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

度が高く、特に自動車などの車両用懸架ばね素材として
の使用に適する高強度・高靭性ばね用銅に関するもので
ある。近年、自動車の走行性能や燃費を向上させるために、そ
の軽量化が進められており、自動車の構成部品である懸
架ばねにおいても軽量化が要求されるようになってきて
いる。このような要求に対し、ばね用銅としては高応力
化で対応することが通常の考え方であり、その一つとし
て鮒へたり性を向」ニさせたばね用銅の開発がなされて
いる。従来、１耐へたり性の優れたばね用銅としては、鎖中に
含まれるＳｉが開へたり性に有効な元素であることから
、ＪＩＳ　　５ＵＰ６およびこれよりもＳｉ含イ１量が
多い５ＵＰ７が使用されてきた。そして、最近では５ＵＰ７よりもさらに耐へたり慴のイ
Ωれたはね用銅の開発が進められ、一部では５ＵＰ６．
５ＵＰ７にＮｂ、■なと゛を添力Ｕしたｔｍが使用され
ている。木窺明者らはこのような要求に対応すべく鋭意研究を進
め、酎へたり性だけではなく疲労強度を著しく高めた高
強度・高靭性はね用銅を得ることを目的として訂細に研
究を行った結果、Ｃ１５ｔ、Ｍｎ、Ｃｒを特定量組合わ
せて含有させ、これにＡ文、Ｖ、Ｎｂの１種以上を添加
し、使用目的に応じてさらにＢを添加し、さらにはＣ５
）および

〔０〕含有量を規制し、制御圧延を行って銅の
結晶粒度を９番以上とすることにより、上記目的を達成
することができた。すなわち、この発明による高強度・高靭性はね用銅は、
重量％で、Ｃ：０．４０〜０．７５％、Ｓｉ：１．０〜
２．５％、Ｍｎ：０．５７１．０％、Ｃｒ：０．１〜１
．０％、およびＡ文＝０．０１〜０．１％、■・０．０
３〜０．３％。Ｎｂ：Ｏ，Ｏ１〜０．３％の１種または２挿具」−を含
有し、必要に応じてＢ：０．０００５〜０．０１％を含
み、さらに必要に応じて（Ｓ）≦０．０１０％、（０）
６０．００１５％に規制し、残部Ｆｅおよび不純物から
なり、制御圧延により結晶粒度が９番以上であることを
特徴としている。次に、この発明による高強度・高靭性ばね用銅の成分範
囲（重量％）の限定理由を説明する。Ｃ（炭素）；Ｃは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、０，
４０％未満ではばねとしての必要な強度でイｑることが
できず、０．７５％を超えると鍔状のセメンタイトが出
やすくなり、ばねの疲労強度が損われるので、０．４０
〜０，７５％の範囲とした。Ｓｉ（けい素）：Ｓｉは、鋼の強度を向上し、ばねの耐へたり性を向上さ
せるのに有効な元素であるが、１．０％未満ではばねと
して必要な耐へたり性を得ることができず、２．５％を
超えると靭性が劣化するので、ｉ、ｏ〜２６５％の範囲
とした。Ｍｎ（マンガン）；Ｍｎは、鋼の脱酸に有効であると共にＳによる害を阻止
するのに有効な元素であり、このためには０．５％以上
含有させることが必要であるが、１．０％を超えると焼
入性が過大になって靭性を劣化すると共に焼入れ時の変
形の原因となりやすいので、０．５〜１．０％の範囲と
した。Ｃｒ（クロム）；Ｃｒは、高炭素鋼の脱炭および黒鉛化を防止するのに有
効な元素であるが、０．１％未満ではこれらの効果を十
分に期待することかできず、１．０％を超えると靭性が
劣化するので、０．１〜１．０％の範囲とした。Ａｆｔ（アルミニウム）、■（バナジウム）　　、Ｎｂ
（ニオブ）；Ａ文、Ｖ、Ｎｂは、低温圧延時の結晶粒微細化効果が大
きく、はね特性の向上および信頼性の増大を得ることが
でき、また、Ｖ、Ｎｂは焼入れ焼もどし時の析出硬化に
も寄与する。そして、Ａ文については、０．０１％未満
では結晶粒微細化の効果が小さく、０．１％を超えると
地肌発生の原因となるので、ｏ、ｏｉ〜０．１％の範囲
とした。また、■については、０．０３％未満では上記
した結晶粒微細化および析出硬化の効果があまり期待で
きず、０．３％を超えると製鋼上の取扱いが困難となる
ので、０．０３〜０．３％の範囲とした。さらに、Ｎｂ
　（Ｎｂ＋Ｔａでも可）については、０．０１％未満で
は結晶粒微細化および析出硬化の効果があまり期待でき
ず、また焼入加熱時の結晶粒粗大化をおさえる効果が十
分得られず、０．３％を超えると造塊時に炭化物（Ｎ　
ｂ　Ｃ）がストリンガ−状に生成し、これが通當の分塊
圧延時に溶体化せず、また後の熱処理で溶解しにくく、
製品としてのばね特性を低下させるので、０．Ｏ１〜０
．３％の範囲とした。Ｂ（ボロン）；Ｂは、鋼の焼入性を増大させるのに有効な元素であり、
必要なばね特性が（↓）られるように使用目的等に応じ
て添加するが、０．０００５％未満では上記した効果が
得られず、０．０１％を超えても」二記した効果は増大
しないので、０．０００５〜０．０１％の範囲とした。〔Ｓ〕　（いおう）；Ｓは、ばねの疲労強度を損う元素であり、Ｓ含有量が低
いほどばねとしての信頼性を高めることができるので、
使用目的等に応じてその上限を規制するのが良い。そし
て、０．０１０％以下であればＳによる害はほとんどな
くなるので、０．０１０％以下とした。

〔０〕　（酸素）：０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、使用目的等に応じてその含有量を規
制するのが良い。この場合、０．００１５％以下であれ
ば、疲労破壊の起点となりにくいのモ、０．００１５％
以下とした。このような成分含有量の鋼を素材とするばねにおいて、
その酎へたり性および疲労強度をさらに向上させるよう
に、制御圧延によって結晶粒度を９番以上とする。ここ
で、制御圧延により結晶粒度を９番以上としたのは、結
晶粒度が９番未満では十分な耐へたり性および疲労強度
が得られないためであり、結晶粒度が同じ９番以上であ
っても、制御圧延によって９番以上としたものは削へた
り性および疲労強度がさらに向」ニするためである。この場合の制御圧延としては、例えば、ビレ、２ト加熱
温度＝９３０〜９８０°Ｃ１最終圧延ロールでの圧延温
度＝９００°Ｃ以下、最終圧延ロールでの圧下率＝５％
以上、圧延後のＡｒ１変態点までの冷却速度：３０°Ｃ
／ｍｉｎ以上、の条件を選定することがより望ましい。この理由は、ビレ・ント加熱温度が９３０°Ｃよりも低
いと圧延時の負荷が増大して圧延効率が低下するおそれ
があるためであり、９８０°Ｃよりも高いとビレ・ント
加熱時の初期結晶粒が粗大化するおそれがあるためであ
る。また、最終圧延ロールでの圧延温度を９００°Ｃ以
下、圧下率を５％以上とするのがより望ましいのは、圧
延後の再結晶をおさえるようにするためである。さらに
、圧延後の冷却速度は、圧延後の再結晶をおさえるため
および脱炭を防止するために、３０°Ｃ／ｍｉｎ以」二
とすることがより望まし次にこの発明の実施例を比較例
とともに説明する。次表に示す化学成分の錆を溶製したのち鋳造し分塊圧延
してビレットを作成した。次ｌ／）で、ビ゛レット加熱
温度を同表に示す値にして圧延を開始し、最終圧延ロー
ルにより同表に示す温度および圧下率で圧延を行い、圧
延後Ａｒ１変態点までを同表に示す冷却速度で冷却して
ばね用鋼線を製造した。その後、各ばね用鋼線の結晶粒
度をＪＩＳの規定に準じて測定したところ、同じく表に
示す結果が得られた。次に、各ばね用鋼線の静的へたりおよび疲労強度を測定
した。このとき、静的へたりは、へたり時応力が１８０
　ｋｇｆ　／　ｍｍ２であるように調質したばね常数３
のコイルばねを１２０ｋｇｆの荷重でセツティングし、
１１０ｋｇｆの荷重で１５０時間加圧した後の静的へた
り（残留剪断歪）で測定した。その結果を同じく表に示
す。一方、疲労強度は、各ばね用鋼線の硬さがＨＲＣ４
５〜４８となるように調質し、小野式回転曲げ疲労試験
機により４１す定した。この結果を同じく表に示す。表に示す結果より明らかなように、制御圧延を行わず、
結晶粒度が９番以下である試料Ｎ０９１〜７のものでは
、いずれも残留剪断歪が大きく、疲労強度が低いことが
わかる。これに対して、制御圧延を行い、結晶粒度が９
Ｐ＆以上である本発明の試料Ｎｏ、　８〜３２では、い
ずれも残留剪断歪が小さく、疲労強度も高いことがわか
る。そして、とくに〔Ｓ）、（０）含有量をそれぞれ０
．０１０％以下、０．００１５％以下に規制したもので
は、疲労強度がさらに高くなっていた。また、Ｂを添加
した場合にも疲労強度を高めることができ、とくに線径
の太いばねの性能および信頼性を高めることができた。一方、添伺図面は、試料Ｎｏ、　　１　、７について結
晶粒度の変化による疲労強度の変化を示したものであっ
て、熱処理のみによっては結晶粒度の調整はせいぜい１
０までが限度であり、疲労強度も低いものである。これ
に対して制御圧延した場合には結晶粒度の調整は１２位
までも可能であり、また疲労強度もかなり高める°こと
ができた。。そして、同じ結晶粒度であっても制御圧延
をした場合としない場合とでは疲労強度にかなり差を生
ずることが確認された。以」二説明してきたように、この発明のばね用銅ではＣ
，Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒを特定量組合わせて含有させ、これ
にＡＩ、Ｖ、Ｎｂの１種以上を添加し、使用目的に応じ
てさらにＢを添加し、さらには〔Ｓ〕および

〔０〕含有
量を規制し、制御圧延を行って鋼の結晶粒度を９番以上
としたから、耐へたり性だけでなく疲労強度を著しく高
めた高強度・品切性ばね用銅が得られ、車両用懸架ばね
素材として使用した場合の軽量化を実現することができ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、結晶粒度の変化による疲労強度の変化を制
御圧延の有無とともに調べた結果の一例を示すグラフで
ある。特許出願人　　大同特殊鋼株式会社代理人弁理士　小　　塩　　　豊

Claims

【特許請求の範囲】５（１）重量％で、Ｃ：０．４０〜０．７５％、Ｓｉ：
１．０〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃｒ：０
．１〜１．０％、およびＡ文＝０．０１〜０．１％、　
Ｖ　：　ＯＩＩ’　０３〜０．３％。Ｎｂ：Ｏ，Ｏ１〜０．３％の１種または２種以上ｌＯを
含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、制御圧延によ
り結晶粒度が９番以上であることを特徴とする高強度・
高靭性ばね用銅。（２）重量％で、Ｃ：０．４０〜０．７５％、Ｓｉ：１
．Ｏ〜２．５％、Ｍｎ：０．５−１．Ｏ１５％、Ｃｒ：
Ｏ，１〜１．０％、およびＡ父：０．０１〜０．１％、
Ｖ：０．０３〜０．３％。Ｎｂ：０．０１〜０３％の１種または２種以」二を含有
し、さらに（Ｓ）≦０．０１０％、〔０〕≦０．００１
５％に規制し、残部Ｆｅおよび不ｆｒ毛２０　　　物か
らなり、制御圧延により結晶粒度が９番以上であること
を特徴とする高強度・高靭性ばね用銅。（３）重量％で、Ｃ：０．４０〜０．７５％、Ｓｉ：１
．Ｏ〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、　Ｃｒ　：
　Ｏ’、　ｌ　〜１．．０％、およびＡ文＝０．０１〜
０．１％、Ｖ：０．０３〜０．３％。Ｎｂ：０．０１〜０．３％の１種または２種以」二を含
有し、さらにＢ：０．０００５〜０．０１％を含み、残
部Ｆｅおよび不純物からなり、制御圧延により結晶粒度
が９番以上であることを特徴とする高強度ｅ高靭性ばね
用銅。（４）重量％で、Ｃ：０．４０〜０．７５％、Ｓｉ：１
．０〜２．５％、Ｍｎ＋０．５〜１．０％、Ｃｒ：Ｏ，
１〜１．０％、およびＡ文＝０．０１〜０．１％、Ｖ：
０．０３〜０．３％。Ｎｂ：Ｏ，Ｏ１〜０．３％の１イｉｌｉまたは２種以上
を含有し、さらにＢ：０．０００５〜０．０１％を含み
、（Ｓ）≦０．０１０％、〔０〕≦０．００１５％に規
制し、残部Ｆｅおよび不純物からなり、制御圧延により
結晶粒度が９番以上であることを特徴とする高強度・高
靭性ばね用銅。