JPS63109144A - 高強度ばね用鋼 - Google Patents
高強度ばね用鋼Info
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- JPS63109144A JPS63109144A JP25297886A JP25297886A JPS63109144A JP S63109144 A JPS63109144 A JP S63109144A JP 25297886 A JP25297886 A JP 25297886A JP 25297886 A JP25297886 A JP 25297886A JP S63109144 A JPS63109144 A JP S63109144A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/34—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、ばね用鋼に係り、特に自動車用等の゛懸架コ
イルばねに好適な高強度ばね用鋼に関するものである。 （従来の技術） 自動車等の内燃機関に使用される弁ばね、懸架ばね等の
ばね用鋼は、軽量化、高速化の要請に伴って高強度のも
のが要求されるようになってきており、特に疲労強度、
耐へたり性に優れた高強度ばね用鋼の開発が望まれてい
る。 この種のばね用鋼を使用してばねを製造するには、通常
、熱開成形の場合には熱間コイリングした後、焼入れ・
焼もどしを施し、ショットピーニングしてセツティング
が行われ、冷間成形の場合には焼入れ・焼もどしを行っ
て調質した後に冷間コイリングし、ショットピーニング
してセツティングが行われている。このように、冷間成
形ばね及び熱間成形ばねのばね成形工程には焼入れ・焼
もどし工程が必ず入るため、高強度、高靭性化を狙って
Ｎ３．等の合金元素の添加量を多くすると残留オーステ
ナイトが残り、疲労強度に対しては有害となる。 この点、本出願人が先に提案したように（特開昭６０−
８９５５３号）、冷間成形ばねの場合には、Ｎｉ添加量
を多くし、焼入れによって意図的に残留オーステナイト
を残して延性化し、これを利用して焼入れ後冷間コイリ
ングし、その後焼もどしによって残留オーステナイトを
なくす方法がある。しかし、この方法は冷開成形ばねの
通常の製造工程とは異なるものであり、また熱間成形ば
ねには適用ができない。 （発明の目的） 本発明は、通常の熱間ばね成形工程及び冷間ばね成形工
程のいずれにも供することができ、しかも疲労強度、耐
へたり性に優れた高強度ばね用鋼を提供することを目的
とするものである。 （発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明者は１通常の熱間、冷
間のいずれのばね成形工程にも適用し得る高強度ばね用
鋼を見い出すべく鋭意研究を重ねた結果、通常のばね成
形工程により疲労強度の優れた高強度ばね用鋼を得るに
は、適切な化学成分の調整のもとて焼入れ後の残留オー
ステナイトの発生量を１０％未満に規制することしこよ
り可能であることを見い出し、ここに本発明をなしたも
のである。 すなわち、本発明は、Ｃ：３０〜０．７５％、Ｓｉ：１
．０〜４．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．
１〜２．０％及びＮｉ≦２．０％を含み、更に必要に応
じてｖ：０．０５〜０．５％及びＭｏ：０．０５〜２．
０％のうちの１種又は２種を含み、残部がＦｅ及び不可
避的不純物からなり、焼入れ・焼きもどし工程の焼入れ
後の残留オーステナイトの発生量が１０％未満であるこ
とを特徴とする疲労強度、耐へたり性に優れた高強度ば
ね用鋼を要旨とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 まず、本発明鋼における化学成分の限定理由を示す。 Ｃは強度を高めるために有効な元素であるが、０．３０
％未満では高強度ばねとして必要な強度を確保できず、
しかし０．７５％を超えて多くすると網状のセメンタイ
トが出やすくなり、ばねの疲労強度が損なわれるので、
０．３０〜０．７５％の範囲とする。 Ｓｉはフェライト中に固溶して強度を増し、ばねの耐へ
たり性を向上させるのに有効な元素であり、そのために
は１．０％以上を必要とする。しかし、４．０％を超え
ると靭性が劣化すると共に熱処理により遊離炭素が生じ
る恐れがあるので、１．０〜４．０％の範囲とする。 Ｍｎは脱酸元素として、また焼入性を向上させるのに有
効な元素であり、そのためには０．５％以上が必要であ
る。しかし、１．５％を超えると焼入性が過大となって
靭性が劣化すると同時に焼入九時°に変形することにな
るので、０．５〜１．５％の範囲とする。 Ｎｉは焼入れ・焼もどし後の靭性改善のために必要な元
素であるが、２％を超えて添加すると焼入れ後の残留オ
ーステナイトの発生量が多くなって疲労強度の低下をま
ねくので、２％以下で添加する。 以上の必須成分のほか、必要に応じてＶ及びＭｏの１種
又は２種を適量添加してばね特性の向上を図ることがで
きる。特にＶは低温圧延時における結晶粒微細化効果が
大きく、ばね特性の向上並びに信頼性の増大を期待でき
、また焼入れ・焼もどし時の析出硬化にも寄与する元素
であり、またＭｏは耐へたり性の改善に有効な元素であ
り、添加すルトきはＶ：０．０５〜０．５％、Ｍｏ：０
．０５〜２．０％の範囲とする。なお、■を上限を超え
て多くすると靭性の劣化やぼね特性の低下をまねき、ま
たＭＯを上限を超えて多くするとオーステナイト中に溶
解されない複合炭化物が形成され、その量が増加して大
きな塊状とな−った場合には非金属介在物と同等の害を
もたらすので疲労強度を低下させる恐れがあるため、好
ましくない。 なお、不可避的不純物である
イルばねに好適な高強度ばね用鋼に関するものである。 （従来の技術） 自動車等の内燃機関に使用される弁ばね、懸架ばね等の
ばね用鋼は、軽量化、高速化の要請に伴って高強度のも
のが要求されるようになってきており、特に疲労強度、
耐へたり性に優れた高強度ばね用鋼の開発が望まれてい
る。 この種のばね用鋼を使用してばねを製造するには、通常
、熱開成形の場合には熱間コイリングした後、焼入れ・
焼もどしを施し、ショットピーニングしてセツティング
が行われ、冷間成形の場合には焼入れ・焼もどしを行っ
て調質した後に冷間コイリングし、ショットピーニング
してセツティングが行われている。このように、冷間成
形ばね及び熱間成形ばねのばね成形工程には焼入れ・焼
もどし工程が必ず入るため、高強度、高靭性化を狙って
Ｎ３．等の合金元素の添加量を多くすると残留オーステ
ナイトが残り、疲労強度に対しては有害となる。 この点、本出願人が先に提案したように（特開昭６０−
８９５５３号）、冷間成形ばねの場合には、Ｎｉ添加量
を多くし、焼入れによって意図的に残留オーステナイト
を残して延性化し、これを利用して焼入れ後冷間コイリ
ングし、その後焼もどしによって残留オーステナイトを
なくす方法がある。しかし、この方法は冷開成形ばねの
通常の製造工程とは異なるものであり、また熱間成形ば
ねには適用ができない。 （発明の目的） 本発明は、通常の熱間ばね成形工程及び冷間ばね成形工
程のいずれにも供することができ、しかも疲労強度、耐
へたり性に優れた高強度ばね用鋼を提供することを目的
とするものである。 （発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明者は１通常の熱間、冷
間のいずれのばね成形工程にも適用し得る高強度ばね用
鋼を見い出すべく鋭意研究を重ねた結果、通常のばね成
形工程により疲労強度の優れた高強度ばね用鋼を得るに
は、適切な化学成分の調整のもとて焼入れ後の残留オー
ステナイトの発生量を１０％未満に規制することしこよ
り可能であることを見い出し、ここに本発明をなしたも
のである。 すなわち、本発明は、Ｃ：３０〜０．７５％、Ｓｉ：１
．０〜４．０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．
１〜２．０％及びＮｉ≦２．０％を含み、更に必要に応
じてｖ：０．０５〜０．５％及びＭｏ：０．０５〜２．
０％のうちの１種又は２種を含み、残部がＦｅ及び不可
避的不純物からなり、焼入れ・焼きもどし工程の焼入れ
後の残留オーステナイトの発生量が１０％未満であるこ
とを特徴とする疲労強度、耐へたり性に優れた高強度ば
ね用鋼を要旨とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 まず、本発明鋼における化学成分の限定理由を示す。 Ｃは強度を高めるために有効な元素であるが、０．３０
％未満では高強度ばねとして必要な強度を確保できず、
しかし０．７５％を超えて多くすると網状のセメンタイ
トが出やすくなり、ばねの疲労強度が損なわれるので、
０．３０〜０．７５％の範囲とする。 Ｓｉはフェライト中に固溶して強度を増し、ばねの耐へ
たり性を向上させるのに有効な元素であり、そのために
は１．０％以上を必要とする。しかし、４．０％を超え
ると靭性が劣化すると共に熱処理により遊離炭素が生じ
る恐れがあるので、１．０〜４．０％の範囲とする。 Ｍｎは脱酸元素として、また焼入性を向上させるのに有
効な元素であり、そのためには０．５％以上が必要であ
る。しかし、１．５％を超えると焼入性が過大となって
靭性が劣化すると同時に焼入九時°に変形することにな
るので、０．５〜１．５％の範囲とする。 Ｎｉは焼入れ・焼もどし後の靭性改善のために必要な元
素であるが、２％を超えて添加すると焼入れ後の残留オ
ーステナイトの発生量が多くなって疲労強度の低下をま
ねくので、２％以下で添加する。 以上の必須成分のほか、必要に応じてＶ及びＭｏの１種
又は２種を適量添加してばね特性の向上を図ることがで
きる。特にＶは低温圧延時における結晶粒微細化効果が
大きく、ばね特性の向上並びに信頼性の増大を期待でき
、また焼入れ・焼もどし時の析出硬化にも寄与する元素
であり、またＭｏは耐へたり性の改善に有効な元素であ
り、添加すルトきはＶ：０．０５〜０．５％、Ｍｏ：０
．０５〜２．０％の範囲とする。なお、■を上限を超え
て多くすると靭性の劣化やぼね特性の低下をまねき、ま
たＭＯを上限を超えて多くするとオーステナイト中に溶
解されない複合炭化物が形成され、その量が増加して大
きな塊状とな−った場合には非金属介在物と同等の害を
もたらすので疲労強度を低下させる恐れがあるため、好
ましくない。 なお、不可避的不純物である
〔０〕、（Ｎ）等々は可能
な限り少ないほどよく、特に
な限り少ないほどよく、特に
〔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０．
００１０％以下に規制するのが望ましく、（Ｎ）はＴｉ
Ｎ系の介在物を生成して疲労強度の低下をまねくので０
．００５％以下に規制するのが望ましい。 上記化学成分のばね用鋼は、焼入れ・焼もどし工程を含
む通常の熱間又は冷間ばね成形工程に供してばね成形す
ることができ、その際、疲労強度等のばね特性に優れた
高強度ばねを得るには、焼入れ後の残留オーステナイト
の発生量が１０％未満である必要があり、１０％未満で
あれば疲労強度に実質的に影響を及ぼすことがない。そ
のためには、例えば、焼入れ状態で残留オーステナイト
量が１０％以上あるものについて焼入れ後サブゼロ処理
して残留オーステナイトを１０％未満に減少させる態様
も可能であるが、ばねの量産工程の複雑化を考慮すると
好ましくない、好ましい態様としては、Ｃ，Ｓｉ及びＮ
ｉの含有量を３５ＸＣ（％）＋ ２ Ｘ Ｓｉ（％）＋
Ｎｉ（％）〈２３％に規制することにより、通常のばね
成形工程で焼入れ後の残留オーステナイトの発生量を容
易に１０％未満にすることができる。 次に本発明の一実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す化学成分（ｗｔ％）を有する鋼について、
常法により製造した１６ＩＩＩ＋１φの圧延線材から引
張試験片、へたり試験片及び疲労試験片を切り出し、９
００℃Ｘ３０＋ｍｉｎ油冷の焼入れ後、３５０℃ＸＱ、
１ｈｒで焼もどしを行い、仕上加工した。なお、いずれ
の試験片もＨＲＣ５５になるように調質した。その結果
、Ｙ値及び耐久限度については第１表に併記するとうり
であり、耐へたり性は第２図に示すとうりである。また
焼入れ後の残留オーステナイトの発生量と残留せん断ひ
ずみ量も調べ、第１表に併記した。 なお、耐へたり性については、第３図に示す重錘式の捩
りクリープ試験機（最大トルク２５ｋｇ？＋ｗ）を用い
、第４図に示す寸法形状の試験片を使用して 試験温度二 ８０℃ 試験時間： ７２ｈｒ 負荷応カニ １１０ｋｇｆ／ｍｍ２ 剪断予歪＝ ０．１％ 硬 さ： ＨＲＣ５５ の試験条件で試験した。なお、第３図中、１は試験片、
２は試験片保持台、３は負荷アーム、４はダイヤルゲー
ジ、５は重錘、６はジヤツキである。
を生成し、これが疲労破壊の起点となりやすいので０．
００１０％以下に規制するのが望ましく、（Ｎ）はＴｉ
Ｎ系の介在物を生成して疲労強度の低下をまねくので０
．００５％以下に規制するのが望ましい。 上記化学成分のばね用鋼は、焼入れ・焼もどし工程を含
む通常の熱間又は冷間ばね成形工程に供してばね成形す
ることができ、その際、疲労強度等のばね特性に優れた
高強度ばねを得るには、焼入れ後の残留オーステナイト
の発生量が１０％未満である必要があり、１０％未満で
あれば疲労強度に実質的に影響を及ぼすことがない。そ
のためには、例えば、焼入れ状態で残留オーステナイト
量が１０％以上あるものについて焼入れ後サブゼロ処理
して残留オーステナイトを１０％未満に減少させる態様
も可能であるが、ばねの量産工程の複雑化を考慮すると
好ましくない、好ましい態様としては、Ｃ，Ｓｉ及びＮ
ｉの含有量を３５ＸＣ（％）＋ ２ Ｘ Ｓｉ（％）＋
Ｎｉ（％）〈２３％に規制することにより、通常のばね
成形工程で焼入れ後の残留オーステナイトの発生量を容
易に１０％未満にすることができる。 次に本発明の一実施例を示す。 （実施例） 第１表に示す化学成分（ｗｔ％）を有する鋼について、
常法により製造した１６ＩＩＩ＋１φの圧延線材から引
張試験片、へたり試験片及び疲労試験片を切り出し、９
００℃Ｘ３０＋ｍｉｎ油冷の焼入れ後、３５０℃ＸＱ、
１ｈｒで焼もどしを行い、仕上加工した。なお、いずれ
の試験片もＨＲＣ５５になるように調質した。その結果
、Ｙ値及び耐久限度については第１表に併記するとうり
であり、耐へたり性は第２図に示すとうりである。また
焼入れ後の残留オーステナイトの発生量と残留せん断ひ
ずみ量も調べ、第１表に併記した。 なお、耐へたり性については、第３図に示す重錘式の捩
りクリープ試験機（最大トルク２５ｋｇ？＋ｗ）を用い
、第４図に示す寸法形状の試験片を使用して 試験温度二 ８０℃ 試験時間： ７２ｈｒ 負荷応カニ １１０ｋｇｆ／ｍｍ２ 剪断予歪＝ ０．１％ 硬 さ： ＨＲＣ５５ の試験条件で試験した。なお、第３図中、１は試験片、
２は試験片保持台、３は負荷アーム、４はダイヤルゲー
ジ、５は重錘、６はジヤツキである。
第１図は各供試鋼について第１表に示した耐久限度と焼
入れ後の残留オーステナイトγ８の発生量との関係をプ
ロットしたものであり、これより、焼入れ後の残留オー
ステナイトの発生量が１０％以上になると耐久限度が著
しく低下することがわかり、本発明鋼はいずれも１０％
未満で優れた疲労強度を有している。なお、供試鋼の一
部について異なる不純物〔○〕、（Ｎ）の含有量と耐久
強度の関係を調べたところ、第１表に示す供試ｗｉＮα
２は。 〔０３８０，００２０％、（Ｎ）：０．０１００％で耐
久限度が７５ ｋｇｆ／ ｒａｔｓ”であったのに対し
、〔○〕：０゜０００６％、［Ｎ）：０．００４５％で
耐久限度が７９ｋｇｆ／ｍｍ”に向上し、同様に第１表
に示すＮａ１１ハ、 （０）：０．００１８％、（Ｎ）
：０．Ｏ’ｌ’Ｏ０％で耐久限度が８４ ｋｇｆ ／
ｒａｍ”であったのに対し、
入れ後の残留オーステナイトγ８の発生量との関係をプ
ロットしたものであり、これより、焼入れ後の残留オー
ステナイトの発生量が１０％以上になると耐久限度が著
しく低下することがわかり、本発明鋼はいずれも１０％
未満で優れた疲労強度を有している。なお、供試鋼の一
部について異なる不純物〔○〕、（Ｎ）の含有量と耐久
強度の関係を調べたところ、第１表に示す供試ｗｉＮα
２は。 〔０３８０，００２０％、（Ｎ）：０．０１００％で耐
久限度が７５ ｋｇｆ／ ｒａｔｓ”であったのに対し
、〔○〕：０゜０００６％、［Ｎ）：０．００４５％で
耐久限度が７９ｋｇｆ／ｍｍ”に向上し、同様に第１表
に示すＮａ１１ハ、 （０）：０．００１８％、（Ｎ）
：０．Ｏ’ｌ’Ｏ０％で耐久限度が８４ ｋｇｆ ／
ｒａｍ”であったのに対し、
〔０〕＝０．０００７％、
（Ｎ）：０．００５０％で耐久限度が８８ｋｇｆ／ｍｍ
”に向上した。 次に、耐へたり性の優劣が設計上大きなウェイトを占め
る懸架ばねでは、特に最近では温間へたり特性が注目を
あびていることがら、前記試験条件で捩りクリープ試験
を行ったところ、第１表及び第２図に示すように０本発
明鋼は７２ｈｒ後の剪断リープひずみが現用のＪＩＳ
５ＵＰ７材よりもはるかに少なく、優れた耐へたり性
を示した。 （発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、高強度ばね用鋼
の化学成分を適切に調整すると共に焼入れ・焼きもどし
工程の焼入れ後の残留オーステナイトの発生量を１０％
未満に規制したので、通常の熱間及び冷間ばね成形工程
に供して弁ばね、１Ｒ架ばね等の高強度ばねを製造する
ことができ、量産化も可能であり、しかも優れた疲労強
度、耐へたり性を具備せしめることができる。
（Ｎ）：０．００５０％で耐久限度が８８ｋｇｆ／ｍｍ
”に向上した。 次に、耐へたり性の優劣が設計上大きなウェイトを占め
る懸架ばねでは、特に最近では温間へたり特性が注目を
あびていることがら、前記試験条件で捩りクリープ試験
を行ったところ、第１表及び第２図に示すように０本発
明鋼は７２ｈｒ後の剪断リープひずみが現用のＪＩＳ
５ＵＰ７材よりもはるかに少なく、優れた耐へたり性
を示した。 （発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、高強度ばね用鋼
の化学成分を適切に調整すると共に焼入れ・焼きもどし
工程の焼入れ後の残留オーステナイトの発生量を１０％
未満に規制したので、通常の熱間及び冷間ばね成形工程
に供して弁ばね、１Ｒ架ばね等の高強度ばねを製造する
ことができ、量産化も可能であり、しかも優れた疲労強
度、耐へたり性を具備せしめることができる。
第１図は耐久限度と焼入れ後の残留オーステナイトの発
生量との関係を示す図、 第２図は剪断クリープ歪について本発明鋼と現用材料を
対比して示した図、 第３図は重錘式捻りクリープ試暑機の概要を示す図、 第４図（ａ）、（ｂ）は捻りクリープ試験片の形状寸法
（ｒｎＩｌｌ）を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は
断面図である。 特許出願人 大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士 中 村 尚 耐久ｐＨｌ ｒｗｂ （Ｋｊｆ／＋ｍｍ”）第２図 第３図 第４図
生量との関係を示す図、 第２図は剪断クリープ歪について本発明鋼と現用材料を
対比して示した図、 第３図は重錘式捻りクリープ試暑機の概要を示す図、 第４図（ａ）、（ｂ）は捻りクリープ試験片の形状寸法
（ｒｎＩｌｌ）を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は
断面図である。 特許出願人 大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士 中 村 尚 耐久ｐＨｌ ｒｗｂ （Ｋｊｆ／＋ｍｍ”）第２図 第３図 第４図
Claims (3)
- （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０．３０〜０． ７５％、Ｓｉ：１．０〜４．０％、Ｍｎ：０．５〜１．
５％、Ｃｒ：０．１〜２．０％及びＮｉ≦２．０％を含
み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、焼入れ・
焼きもどし工程の焼入れ後の残留オーステナイトの発生
量が１０％未満であることを特徴とする疲労強度、耐へ
たり性に優れた高強度ばね用鋼。 - （２）前記残留オーステナイト量は、３５×Ｃ（％）＋
２×Ｓｉ（％）＋Ｎｉ（％）＜２３％に規制することに
より１０％未満にした特許請求の範囲第１項記載の高強
度ばね用鋼。 - （３）Ｃ：０．３０〜０．７５％、Ｓｉ：１．０〜４． ０％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．１〜２．０
％及びＮｉ≦２．０％を含み、更にＶ：０．０５〜０． ５％及びＭｏ：０．０５〜２．０％のうちの１種又は２
種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、焼
入れ・焼きもどし工程の焼入れ後の残留オーステナイト
の発生量が１０％未満であることを特徴とする疲労強度
、耐へたり性に優れた高強度ばね用鋼。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP25297886A JPH0796697B2 (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 高強度ばね用鋼 |
| EP87309368A EP0265273A3 (en) | 1986-10-24 | 1987-10-22 | High-strength spring steel |
| JP5226575A JP2734347B2 (ja) | 1986-10-24 | 1993-08-19 | 高強度ばね用鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25297886A JPH0796697B2 (ja) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | 高強度ばね用鋼 |
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| JP5226575A Division JP2734347B2 (ja) | 1986-10-24 | 1993-08-19 | 高強度ばね用鋼の製造方法 |
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| JPS63109144A true JPS63109144A (ja) | 1988-05-13 |
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1987
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Also Published As
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|---|---|
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| JPH0796697B2 (ja) | 1995-10-18 |
| EP0265273A3 (en) | 1989-01-18 |
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