JPS60103155A - 耐久性、耐へたり性に優れたばね用鋼 - Google Patents

耐久性、耐へたり性に優れたばね用鋼

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JPS60103155A
JPS60103155A JP21204483A JP21204483A JPS60103155A JP S60103155 A JPS60103155 A JP S60103155A JP 21204483 A JP21204483 A JP 21204483A JP 21204483 A JP21204483 A JP 21204483A JP S60103155 A JPS60103155 A JP S60103155A
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JP
Japan
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steel
less
spring
resistance
copper
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JP21204483A
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English (en)
Inventor
Masaki Sakamoto
坂本 雅紀
Kazuhiko Nishida
和彦 西田
Fukukazu Nakazato
中里 福和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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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】 産業上の利用分野 この発明は、例えば自動車の懸架ばねとして使用するば
ね鋼、特に常温での耐へたシ性に優れしかもml耐久性
優れるばね鋼に関するものである。
自動軍用等の輸送機器に使われるばねには耐久性、耐へ
たシ性が要求される。特に最近の自動車業界の重要な課
題は軽を化であシ、懸架ばねについても軽力1化の要望
が強い。
ばねにとって軽ff1l化することはばねの負荷応力の
上昇の問題につながる。そこで近年、高応力設計を可能
にするために、耐久性と削へたシ性とに優れたばね汁、
助EIiji<要望されてきた。
耐久性はばねの安定した寿命を得るのに重要な因子であ
る。またげねを繰返し圧縮して長時間使用した後、圧縮
力を開放するときに復元長さの減少を来さたな性質、す
なわち耐へたp性も設計上重要な因子となってきたが、
これは米国の自動車についての安全基準(自動車のバン
パー高さの経年便化の規定)が発端になってへたシに対
する考え方が厳しくなってきたからであった。
従来技術 銅へたシ性を改善する手段としてばね鋼の局硬度化が有
効であることは周知であるが、この高硬度化はばねの早
期破壊の原因となるので実現が困難であった。ばねが早
期破壊をしないためには靭性のあること、すなわち耐久
性がないといけないからである。すなわちばねとしては
耐久性と耐へたシ性の両性質を有することが必要なので
ある。
従来、ばね鋼として要求される機械的強度を向上さぜる
ために、炭素含有量を高めたり、種4の合金元素の添加
が試みられている。J工SG4.801「ばね鋼材」に
は各種ばね鋼が規定されているが、それ等は耐へたシ性
が充分ではない。例えば従来、耐へたシ性の優れたばね
用銅としてJ工5SUP7が多く用いられているが、懸
架ばねの1匠h1化に刻する鬼1求は厳しく、J工5S
UP7よシもさらに耐へたシ性の優れたばね用銅の開発
が強く望まれてきた。
発明の目的 本発明は上記業界の要望に応え、耐へたシ性において従
来のばね用銅よシも遥かに優れ、しかも耐久性を兼イコ
するばね用銅の提供を目的とするものである。
発明の構成 一般に、鋼を冷間加工しその後荷重を除去して時効させ
ることを歪時効と云うが、本発明者は種々の研究によシ
、ばね鋼を歪時効処理することが降伏点を上昇させて耐
へたり性を改善する上で極めて有効であることを見出し
た。またばね鋼の歪11δ効処理の効果を充分に発揮す
るには、鋼にNを添加し且つ酸可淫l性< 5ot)A
lを低く抑えることによって鋼中の固4Nを増大させる
ことが重要であシ、Nが鋼中に固溶Nとして存在するこ
とが冷間加工によって導入された転位を固定させ、効果
的に降伏点を上f1・させる。AAはNとの親和力が大
きいので、Atが鋼中に存在するとAtNとなシ、Nを
固定して上記Nの降伏点上昇の効果を減少させる。これ
よシしてAt含有堂を低減させることによって固iNを
増大させ得るとの知見を得た。
なお前記歪時効処理は、通常のばね製造工程で笑施され
ている冷間セツティング(コイルばねを使用時に圧縮さ
れる以上に一度圧縮しておくこと)によって歪の導入、
および塗装後の乾燥熱による加熱工程で実現できるので
、特別の工程を必要としない。
もう一つの知見は鋼中酸素を減少させる点!ある。上記
の固溶N増大による歪時効処理は耐へたシ性を改善する
ことに有効であるが、反面、ばねを脆くし早期折損の原
因となる問題がある。
不発明者は鋼中の酸化物系介在物を低減烙せることがこ
の早期折損の問題を解決する手段として効果的であるこ
と、すなわち鋼中に存在する酸化物系介在物が疲労破壊
あるいは脆性破壊の起点になるので、これを低減さぜる
ことか高硬度下での靭性を増大さぜ、その結果、耐久性
を向上させる手段となることを確認した。なお、上記酸
素低減は、IM鋼工程での脱ガス処理、あるいは貞空浴
解等で容易に実現できる。
本発明はこれらの知見に基くもので、 C: 0.50−0.70%、Mn : 0.50〜1
.5 (B’g、N:0.010〜0.020%、5o
tAt: 0.010%以下、鋼中0:0.0015%
以下、必要に応じこれらの他Cr : 0.20−1.
0%、B : 0.0005−0.0040%の1種ま
たは両方を含み、残部はFeおよび不可避的不純物より
なるか、またはさらに、Sl:0.50〜2.50%、
V:0.02〜o、3oX、Nb:0.01〜o、ao
yにの1種または2種以上を含んでなることを特徴とす
る耐久性、耐へたり性に優れたばね用銅を技術要旨とす
るものでおる。
次に各成分のfliij囲を、上記の如く特定した埋山
全説明する。
C:Cはばね強度を得るのに必須の成分である。
0.50%未満では充分な強度が得られず、0.70%
を超えてはu姓が阻害される。
Mn : Mnは鋼に焼入性をイ」与するのに必須の成
分である。0.50%未満では十分な効果が得られず、
1.502Cを超えると焼入性が過大となるだけでなく
、靭性が阻害される。
N:本発明鋼の特徴元素であり、鋼中で遊離Nとして歪
時効を促進させる。0.010%未満では充分な効果が
得られず、0.020%を超えると時効効果が過大とな
シ靭性を劣化させる。
5otAt:本発明鋼の特徴元素であシ、鋼中に酸可溶
性Atとして存在すると、AtNとしてNを固定してN
の歪時効に列する効果を阻害するので0.010%以下
に管理する必要がある。
鋼中O:本発明の特徴元素であシ、鋼中にて酸化物介在
物として存在し、破壊靭性を劣化させて疲労破壊の原因
となる。0.0015%以下にすることにより酸化物介
在物は大11〕に減少し、破壊靭性を改善して耐折損性
を向上させるため、歪時効による耐久性の劣化を防止で
きる。
cr:鋼に焼入性の付与、および脱炭層生成の抑制(炭
素の活量を低下)の両方の効果をもつ。
ばねの線径が太くて基礎成分では焼入性が不足する場合
に線径に応じて添加する。0.20%未満では焼入性の
付与、脱炭層生成の抑制の効果が充分でなく、1.0%
を超えて添加してもその効果の改善はみられない。
B:低温焼戻時に鋼の破壊靭性を改善する。鋼中0の減
少と同様、歪時効による耐久性の劣化を防止する。0.
0005%未満では充分な効果が得られず、0.004
0%を超えて添加しても効果の改善はみられない。
Si、 V、 N’b : Sl、 V、、N’bはそ
の中から1種または2種以上を選択使用できる元素であ
る。V、N’bは鋼中で灰化物として存在し、結晶粒を
i細化することによシ、Siは焼戻時に析出する炭化物
を微細均一化することによシ、耐へたシ性を改善する。
基礎成分鋼の酎へたり性を更に増強する場合に添加する
Slは0.50%以上含ま力いと耐へたシ性の効果は得
られず、2.50%を超えて添加しても効果の改善はみ
られず、逆に熱処理時の脱炭層の生成が顕著になる。0
.50%未満は通常の脱酸剤として不1iJjl的に混
入する。■は0,02%、Nl)は0,01%を下回る
と充分な上記効果は得られず、共に0.30%を超えて
も効果の改善は見られず高価となるだけである。
なお鋼中に不可避的に混入する不純物については、Pを
0.015%以下、Sを0.010%以下、T1を0.
005X以下に調整することも鋼の破壊靭性を改善する
手段として有効である。また、ばね質を熱処理して使用
するときは焼入性のよいこと、鋼の表面に生ずる説伏層
を薄くすることが11折損性を保つのに必要である。
実施例1 第1表に供試鋼の化学成分を示す。
試験番号1〜13は本発明鋼であシ、真空f3解あるい
は脱ガス処理を施すことによシ酸素含有fi’t (鋼
中O−)を0.0015%以下に調整したものであシ、
N含有量および酸可m 性At(Sol、At ) 含
イ」Mをそれぞれ0.010〜0.020%および0.
010%以下に調整しである。比較鋼の試験番号14〜
16はJ工5SOP7相当の従来のばね鋼で、5ozA
zが高い場合(試験番号14.16)と鋼中Oコの高い
場合(試験番号15)で、何れも本発明の範囲外のもの
である。
第2表に各供試鋼についての捩シクリープ試験、シャル
ピー衝撃試験、焼入硬度試験、脱法試験の各結果を示し
た。
捩シクリーフ゛試験は供試鋼を208直径に鍛伸した後
、平行部をlIMI直径の試験片に粗加工の後、焼入焼
戻処理をしてロックウニ/L/C硬度51(HRC51
)に調整した。しかる後に平行部10履直径の試験片に
仕上加工し、通常のばねのセツティングの歪に相当する
0、1%の捩り歪を加え、さらに塗装後の乾燥に相当す
る180℃×30分の時効処理を施した。その後試験片
をクリープ試験機に取イ1」りて試験片平行部表面が剪
断応力τ−110#ルーになるように族シカを加え常温
で96hr試験後のクリー7”歪の結果を示した。ばね
のへたシは一種のクリープ現象とされ、耐へたシ性はこ
の結果で評価できる。
シャルピー衝撃試験は供試鋼を20’&lI直径に鍛伸
した後にIIIJI角に粗加工後、焼入焼戻処理してE
IRC51に調整した後、J工S3号試験片に仕上げし
て常温で試験した。その結果は衝撃値で示され供試鋼の
靭性が評価できる。
焼入硬度試験は供試鋼を鍛伸後10藺直径および20期
直径に機械加工し、−900℃×30分加熱後油焼入し
て表面硬度を測定した。これによシ供試鋼の焼入性が評
価できる。
脱法試験は供試鋼を鍛伸後10M直径に機械改工し、9
00℃×3分あるいは900℃×10分の加熱後油焼入
し、表面の脱P層深さを顕微鏡にて測定し、その結果を
Dm−T(J工5GO558による)で示した。これに
よシ供試鋼の脱炭抑制効果が評価できる。
本発明鋼は、いずれも比較鋼14.16に比べ少ないク
リ−ツブ歪を示しておシ良好な酎−\たシ性を有してい
ることがわかる。特にsl、v、Nvを単独あるいは複
合添加したw4’2.4.6.8.9.10.11.1
2.13はすぐれた耐へたシ性を示す。
靭性についても、低酸素鋼である不発明鋼は、いずれも
比較鋼よシ良好な衝撃値を示している。
比較鋼の中で鋼15はN、Atが本発明成分に入ってい
るため、耐へたシ性は良好であるが、酸素が;冨く、靭
性が低いため、突際のばね−・の適用は国史11である
。本発明鋼の中でBを添加した鋼5.6.7.8.12
.18は特にすぐれた靭性を示す。
表2には焼入性に及ぼすOrの影響も示しである。本発
明鋼、比IFQ鋼共に10/サンフ゛ルでは充分な焼入
硬度が11.十られているものの、20fサンフ”ルに
ついてはCrを添加した鋼8.4.7.8.10.1■
、13のみが良好な焼入硬度を示している。っ1シ、太
径ばねに列してはOr添加することが有効である。
さらに、脱炭特性についてみると、比較鋼14.15、
すは、加熱時間が10分になると顕著な説伏を示してお
9、ばね製造の際に加熱時間q゛、過大な管理を要する
ことがわかる。ところが、不発明鋼10は、比較鋼と同
水準めSlを含有しているものの、Orを同時添加する
ことによシ、脱灰抑制の効果が顕著であシ、高81鋼で
のcrの添加の有効性が示されている。
第 3 表 第 4 表 火施例2 本発明鋼の有効性をさらに確認するため、突体コイルば
ねを試作し、動的へたシ試験を実施した。
1〕口記第1表の試験番号1.10.11.14.16
の供試mを用いて第1図に示す工程で第8表に示す諸元
のばねを製作し、平均応力65 kyf/7、応力振巾
50kfシーになるように常温で200,000回緑返
し応力を与えた後のへたシを測定した。その結果を第4
表に示す。同表はへたシを残留剪断歪光で表示したもの
である。不発明鋼は何れも比較鋼の試験番号14よシ少
ないへたシ量を示し、特に試験番号10および11は非
常に優れた耐へたシ性を示している。なお比較鋼の試験
番号15は5OtAt、Nは本発明鋼の成分範囲内であ
るが鋼中0が高く、試験中に折損した。
発明の効果 本発明鋼は上記実施例に示される如く、極めて良好な耐
久性、繭へたシ性を有するので、車輌の軽量化等の要望
に十分応え得る効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はコイルばねの製作工程側口である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) C: 0.50−0.70%、Mn : 0.
    50〜1.50%、N:0.010〜o、o2o5J6
    、Sol、At : 0.0 ! 0丸以下、鋼中0:
    0.0015%以下を含み、残部はFeおよび不可避的
    不純物よシなることを特徴とする耐久性、朗へたシ性に
    優れたばね用銅。 (2J C: 0.50〜0.70%、Mn : 0.
    50〜1.50%、N : 0.010〜0.020%
    、5otAL : 0.010%以下、鋼中0:0.0
    015%以下およびSl:0.50〜2,50%、V:
    0.02〜0.30%、Nb:0.01〜0.30先の
    1種または2種以上を含み、残部はFeおよび不可避的
    不純物よシなることを特徴とする耐久性、耐へたシ性に
    優れたばね用銅。 (31C: 0.50〜0.70%、Mn : 0.5
    0−1.50%、N:0.010〜0.020%、So
    l、AL : 0.010%以下、鋼中0:0.001
    5%以下、CrHo、20〜1.0%を含み、残部はF
    eおよび不可避的不純物よシなることを特徴とする耐久
    性、銅へたシ性に優れたばね用銅。 (4) C: 0.50−0.70%、Mn : 0.
    50〜1.50%、N:0.010〜0.020%、S
    oD、k : 0.010%以下、鋼中0:0.001
    5%以下、Cr:0.20〜1.0%およびSi、:0
    .50〜2.50%、V:0.02〜0.30%、N’
    l) : 0.01〜0.30%の1種または2種以上
    を含み、残部はFeおよび不可避的不純物よシなること
    を特徴とする耐久性、嗣へたり性に優れたばね用銅。 (5) C: 0.50〜0.70%、Mn:0.50
    〜1.50%、N:0.010〜0.020%、SOt
    、AA : 0.010%以下、鋼中0:0.0015
    %以下、B:0.0005〜0.0040%を含み、残
    部はFBおよび不可避的不純物よシなることを特徴とす
    る耐久性、耐へたり性に優れたばね用銅。 (6) C:0.50〜0.70%、Mn : 0.5
    0〜1.50%、N:0.010〜0.020%、5O
    IAt : 0.010%以下、鋼中0:0.0015
    %以下、B:0.0005〜o、o 0405にオヨ(
    JSl: 0.50〜2.5 oX、V:0.02〜0
    .30%、Nb:0.01〜0.30%の1種または2
    種以上を含み、残部はFeおよび不可避的不純物よりな
    ることを特徴とする耐久性、銅へたシ性に優れたばね用
    銅。 (7) C: 0.50−0.70%、Mn : 0.
    50−1.50%、N:0.010〜0.020%、5
    OAA2. : 0.0.10%以下、作中0:0.0
    015%以下、Cr:0.20〜1.0%、B:0.0
    005〜0.0040%を含み、残部はFeおよび不可
    避的不純物よりなることを特徴とする耐久性、耐へたシ
    性に優れたばね用銅。 (8) C: 0.50−0.70%、Ml’l : 
    0.50− ]、、 50%、N:0.010〜0.0
    20%、5olAt : 0.010%以下、鋼中0:
    0.0015%以下、Cr:0.20〜1.0%、B:
    0.0005〜0.0040%およびSl:0.50〜
    2,50%、V:0.02〜0.30%、Nb:0.0
    1〜030%の1種または2種以上を含み、残部はFe
    および不可避的不純物よシなることを特徴とする耐久性
    、削へたシ性に優れたばね用銅。
JP21204483A 1983-11-10 1983-11-10 耐久性、耐へたり性に優れたばね用鋼 Pending JPS60103155A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62274051A (ja) * 1986-05-21 1987-11-28 Kobe Steel Ltd 耐疲労性、耐へたり性に優れた弁ばね用鋼線

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62274051A (ja) * 1986-05-21 1987-11-28 Kobe Steel Ltd 耐疲労性、耐へたり性に優れた弁ばね用鋼線
JPH049860B2 (ja) * 1986-05-21 1992-02-21

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