JPS63216951A - Steel for high strength spring - Google Patents

Steel for high strength spring

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JPS63216951A
JPS63216951A JP4883787A JP4883787A JPS63216951A JP S63216951 A JPS63216951 A JP S63216951A JP 4883787 A JP4883787 A JP 4883787A JP 4883787 A JP4883787 A JP 4883787A JP S63216951 A JPS63216951 A JP S63216951A
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less
steel
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quenching
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Atsuyoshi Kimura
木村 篤良
Yukio Ito
伊藤 幸生
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To produce a steel for a high strength spring having excellent fatigue resistance, by quenching the steel contg. specific ratios of C, Si, Mn, Cr and Ni and specifying the amount of residual austenite. CONSTITUTION:The steel contains, by weight, 0.30-0.75% C, 1.0-4.0% Si, 0.5-1.5% Mn, 0.1-2.0% Cr and <2.0% Ni, the contents of C, Si and Ni are regulated to 35C(%)+2Si(%)+Ni(%)<23%, and the balance consists of Fe with impurities. Said steel is quenched and the amount of the residual austenite is regulated to <10%. Among the impurities, <=0.0015% O, <=0.0010% N and <=0.010% S are furthermore regulated. By this method, the steel as a material suitable both for a hot molded coil spring and cold molded coil spring is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【発明の目的】[Purpose of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、自動車、航空機器、各種産業機械。 各種農業機械等々において使用される高強度ばねの素材
として用いられ、熱間成形コイルばね用および冷間成形
コイルばね用のいずれの素材としても用いることが可使
である高強度ばね用鋼に関するものである。 (従来の技術) 従来、コイルばねの製造方法としては、大別して、熱間
成形により行う場合と、冷間成形により行う場合とがあ
る。 これらのうち、熱間成形により行う場合には、熱間でコ
イリングを行ったあと焼入れおよび焼もどしの熱処理を
行い、その後ショットピーニングおよびセッチングを行
うようにしていた。 他方、冷間成形により行う場合には、素材にオイルテン
パー処理を施したのち冷間でコイリングを行い、その後
ショットピーニングおよびセッチングを行うようにして
いた。 また、最近においてはばねの高強度化が盛んに試みられ
ており、そのひとつの方法として1合金元素の添加によ
る高強度化が実施されている。このような高強度ばねを
冷開成形により製造する場合には、冷間成形性を向上さ
せるために、合金元素の種類とその量をコントロールし
て、焼入れ後に残留オーステナイト量が10%以上とな
るようにし、残留オーステナイト量の増大によって冷開
成形性が向上された状態で冷間成形を行ったあと焼もど
しを行う工程をとることもあった。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、冷間成形用だけでなく、熱間成形用にも
適するばね鋼素材において、前記冷間成形性向上のため
に意図的に残留オーステナイト量を多くするようにした
場合には、とくに熟開成形によりばねの製造を行う際に
、熱間でのコイリングおよび焼入れのあとサブゼロ処理
を施すか、あるいは焼もどしを2回繰返すといった処理
を追加しないと残留オーステナイトが疲労強度を低下さ
せるという問題点があった。 他方、冷開成形によりばねの製造を行う際にも、残留オ
ーステナイト量を適度の値として一般的な成形工程、す
なわち、オイルテンパー処理を施した後冷間コイリング
する工程をとるようにすることが望ましい。 (発明の目的) 本発明は、上述した従来の問題点に着目してなされたも
ので、熱間成形コイルばね用および冷間成形コイルばね
用のいずれの素材としても好適に使用することが可能で
あり、しかも、高強度のばねを得ることが可能である高
強度ばね用鋼を提供することを目的としているものであ
る。
(Industrial Application Field) The present invention is applicable to automobiles, aircraft equipment, and various industrial machines. Regarding high-strength spring steel that is used as a material for high-strength springs used in various agricultural machinery, etc., and can be used as a material for both hot-formed coil springs and cold-formed coil springs. It is. (Prior Art) Conventionally, methods for manufacturing coil springs can be roughly divided into two methods: hot forming and cold forming. Among these, when hot forming is performed, hot coiling is performed, then heat treatments such as quenching and tempering are performed, and then shot peening and setting are performed. On the other hand, when cold forming is used, the material is oil tempered, then cold coiled, and then shot peened and set. Furthermore, in recent years, many attempts have been made to increase the strength of springs, and one method is to increase the strength by adding an alloying element. When manufacturing such high-strength springs by cold-open forming, in order to improve cold formability, the type and amount of alloying elements are controlled so that the amount of retained austenite after quenching is 10% or more. In some cases, a process was performed in which cold forming was performed in a state where cold-opening formability was improved due to an increase in the amount of retained austenite, and then tempering was performed. (Problems to be Solved by the Invention) However, in spring steel materials suitable not only for cold forming but also for hot forming, the amount of retained austenite is intentionally increased in order to improve the cold formability. In such cases, especially when manufacturing springs by deep-opening forming, retained austenite must be added, such as sub-zero treatment after hot coiling and quenching, or repeated tempering twice. There was a problem in that the fatigue strength decreased. On the other hand, when manufacturing springs by cold-open forming, it is possible to set the amount of retained austenite at an appropriate value and use a general forming process, that is, a process of cold coiling after oil tempering. desirable. (Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and can be suitably used as a material for both hot-formed coil springs and cold-formed coil springs. Moreover, the object of the present invention is to provide a high-strength steel for springs, which makes it possible to obtain high-strength springs.

【発明の構成】[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明に係る高強度ばね用鋼は、ffi量%で。 C:0.30〜0.75%、 Si:1.0〜4.0 
%、 Mn:0.5〜1.5%、Cr:0.1〜2.0
%、Ni+2.0%未満、および必要に応じてV:0.
05〜0.5%、 M o :0.05〜2.0%のう
ちから選ばれる1種または2種、同じく必要に応じてC
u:0.1〜i、o%、Sb:0.01〜0.3%、A
s:0.01−0.3%、Sn:0.01〜0.3%の
うちから選ばれる1種または2種以上、残部Feおよび
不純物からなり、焼入れ後の残留オーステナイトmを1
0%未満にしたことを特徴としているものであり、より
望ましくはC含有量。 Si含有量およびNi含有量の関係を、35−C($)
+ ?Si($) +Ni($) <23$に規制して
焼入れ後の残留オーステナイl’ Mを10%未満にし
てばねの疲労強度を向上させるようにし、かつまた、よ
り望ましくは不純物中において、[O]  :0.00
15%以下、[N] :0.010%以下、S:()、
010%以下に規制してばねの耐久性をより一層向上さ
せるようにしたことを特徴としているものである。 次に、本発明に係る高強度ばね用鋼の成分範囲(重量%
)の限定理由を説明する。 C; Cは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、0.
30%未満ではばねとしての必要な強度を得ることがで
きず、0.75%を超え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われるので、0.30〜
0.75%の範囲とした。 Si; Siは、フェライト中に固溶することにより鋼の強度を
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、4.0%を超えると靭性が劣化
し、且つ熱処理により遊離炭素を生じる恐れがあるため
、1.0〜4.0%の範囲とした。 Mn; Mnは、鋼の脱酸赤脱硫に有効であると共に鋼の焼入性
を向上させ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。しかし、1.5
%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
.5%の範囲とした。 Cr; Crは、高炭素鋼の脱炭および黒鉛化を阻止するのに有
効な元素であるが、0.1%未満ではこれらの効果を十
分に期待することができず、2.0%を超えると靭性が
劣化するので、0.1〜2.0%の範囲とした。 Ni; Niは焼入れ・焼もどし後の靭性を改善するのに有効な
元素であり、このような靭性改善の意味からは0.50
%以上とするのが望ましい、しかしながら、Ni含有量
が増大すると焼入れ・焼もどし後の残留オーステナイト
量が増大し、ばねの疲労強度に対して悪影響を及ぼすこ
ととなり、疲労強度に優れた高強度ばねを得るためには
、焼入れ・焼もどし後の残留オーステナイト量を10%
未満に制限する必要があることから、Niの含有にを2
.0%未満とした。 V 、 M o ; V 、 M oは、ばねの耐へたり性を改善するのに有
効な元素であるので、必要に応じてこれらの1種または
2種を添加するのもよい。 これらのうち、■は、低温圧延時における結晶粒微細化
効果が大きく、ばね特性の向上および信頼性の増大を得
ることができ、また焼入れ焼もどし時の析出硬化にも寄
ケする元素であり、ばねの酎へたり性を改善する。そし
て、このような効果を得るためには0.05%以上含有
させることが必要である。しかし、0.5%を超えると
靭性が劣化すると共にばね特性を低下させるので、■は
0.05〜0.5%の範囲とした。 他方、MOはO,OS%未満では上記のような耐へたり
性改善の効果が十分に得られず、また2%を超えるとそ
の効果が飽和しかつ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る。そして、この複合炭化物の量が
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鋼の疲労強度を低下させる恐れ
がある。したがって、Moは0.05〜2.0%の範囲
とした。 Cu、Sb、As、Sn; Cu、Sb、As、Snは7xライト説炭を防止してば
ねの耐疲労特性を向上させるのに有効な元素であるので
、必要に応じてこれらの1種または2種以上を添加する
のもよい、また、Cuは析出硬化によって強度を高める
とともに耐候性を向上させるのにも有効な元素である。 この場合に2−上記のような効果を得るためには、Cu
については0.1%以上、Sbについては0.01%以
上、Asについては0.01%以上、Snについては0
.01%以上とするのがよい。しかし、多すぎると靭・
延性を損うこととなるので、Cuについては1.0%以
下、Sbについては0.3%以下、Asについては0.
3%以下、Snについては0.3%以下とするのがよい
。 そのほか、鋼の被削性を改善させるために、Te:0.
15%以下、Pb:0.3%以下。 Bi:0.3%以下、Se:0.3%以下、Ca:0.
01%以下の範囲でこれらの1種または2挿置−Eを適
宜含有させることもでき、結晶粒の微細化をはかるため
に、A1:0.01〜0.1%、Ti+0.01〜0.
3%、Nb:0.01−0.3  % 、  Ta:0
.01 〜0.3%、Zr:0.01〜0.3%の範囲
でこれらの1種または2!!以上を含有させることもで
き、焼入性を増大させるために、B:0.0005〜0
.01%を添加することもできる。 さらに、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0.010%に
規制することも望ましく、[O1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上限を0.0015%に規制するこ
とも望ましく、[N]はTiN系の介在物を生成して鋼
の疲労強度を低下させるので、使用目的等に応じてその
上限を0.010%に規制することも望ましい。 さらに、焼入れ後の残留オーステナイト量が10%未満
となるようにして高強度ばねの疲労強度を高めるように
することが必要であり、焼入れ後の残留オーステナイト
量が10%未満となるようにするために、とくに望まし
くは1例えばC2Ni、Siの3元素について、 35−C(%)+ 2−5i(X) +Ni($) <
23$となるように規制することが必要である。 (実施例) 次に、この発明の実施例を比較例とともに説明する。 まず、第1表に示すNo、  l −No、 20の化
学成分の鋼を溶製したのち造塊し1分解圧延、線材圧延
を行ってばね用鋼線を製造した。次いで、これら各線材
から残留せん断ひみず量測定試験片および耐久限度測定
試験片を準備し、各試験片の硬さをいずれもHRC=5
5の一定となるように焼入れ、焼もどしを行って調質し
た。 また、第1表には、 Y=35ΦC(X)+ ?5i(X) +Ni($)の
値を示すとともに、焼入れ後の残留オーステナイト量の
測定結果を示した。 さらに、第1図には各供試鋼の耐久限度と焼入れ後の残
留オーステナイト量との関係を示した。 第1表および第1図に示す結果より明らか゛なように、
焼入れ後の残留オーステナイ)flitが10%以上に
なると耐久限度の低下が著しいことが認められ、したが
って、本発明に係るばね用鋼の鋼種系では、焼入れ後の
残留オーステナイト量を10%未満に規制してやること
が必要であることが確かめられた。 因みに、焼入れ状態で残留オーステナイHitが10%
以上となるものについては、焼入れ後にサブゼロ処理を
施して残留オーステナイト量を10%未満に減少させる
ことも可能ではあるが、ばねの量産工程を考えると、こ
のサブゼロ処理を施すことは好ましくない、そして、ば
ねの量産工程を考慮すれば、あくまでも焼入れ・焼もど
しの請負処理で残留オーステナイHAが10%未満とな
るようにする必要がある。 さらに、焼入れ後の残留オーステナイト量が10%未満
となるようにするためには、第1表に例示した成分系を
含む多くの試料をもとにして、残留オーステナイト量に
対するC、Si 、Niの影響について重回帰分析を実
施した結果、35 ・G($:D2 ・5i(X)+N
i< 23%を満足させるようにすることによって、目
的が達せられることがわかった。 次に、特に懸架ばねにおいては、耐へたり性の優劣が設
計上において大きなウェイトを占める。とくに、最近で
は温間へたり特性に優れていることが要求されている。 そこで、第1表に示す陥、1〜3.t4o、6〜8 、
No、 11−13 、No、 16〜19に示した本
発明鋼成分の供試材について、各々の温間における耐へ
たり性を重錘式の捩りクリープ試験a(最大トルク;2
5Kgf@m)を用いて評価した。 このときの試験条件を第2表に示す、また、この試験結
果を現用の5UP7の試験結果とともに第第2表 第2図に示す結果より明らかなように、本発明鋼は現用
の5UP7鋼に比較していずれも7Zhr後の剪断クリ
ープ歪が小さく、優れた耐へたり性とくに、耐湿間へた
り性を有していることが認められる。 すなわち、懸架用コイルばねの高強度化は、主として耐
へたり性を対象として検討する場合が多いが、本発明鋼
は耐へたり性が従来鋼に比べてかなり優れており、高強
度ばねとしての特性を与えるばね用鋼であるといえる。 (実施例2) 本発明に係る高強度ばね用鋼では、不純物中における[
O]量をより望ましくは0.0015%以下、[N]量
をより望ましくは0.010%以下、S量をより望まし
くは0.010%以下に規制することによって、ばねの
耐久限度をさらに向上させることが可能である。 すなわち、第3表に示す陽、21〜No、24の化学成
分の鋼を溶製したのち造塊し、分解圧延。 線材圧延を行ってばね用鋼線を製造し、次いでこれら各
線材から耐久限度測定試験片を準備し、各試験片の硬さ
をいずれもHRC=55の一定となるように焼入れ・焼
もどしを行って調質した。そして、各試験片により各供
試鋼No、21〜24の耐久限度を測定したところ、第
3表に示す結果であった。 第3表に示すように、[O]  、[N]  jのうち
の少なくともいずれか1つの含有量を規制することによ
り、耐久限度をさらに向上できることが確かめられた。 (実施例3) 次に、通常の場合において、Siを2%程度以上含有す
る高Siばね用鋼は、素材の圧延過程および製品の熱処
理(焼入れ段階)でフェライト脱炭を生じ、ばねの疲労
特性に対して悪影響を及ぼすことがわかっている。 このような不具合を防止するためには、状態図における
α+γ領域を急熱・急冷することが良いとされているが
、Si含有量がさらに多くなると、例えばSi含有量が
2.50%以上になると、急熱・急冷だけではフェライ
ト脱炭の防止に限界があり、別途の対策をとることが必
要である。 そこで、本発明においては、上記のフェライト脱炭の防
止がCu、Sb、As、Snの添加によって可能となる
ことを見出した。 つまり、この実施例3においては、第4表に示す陽、3
1〜44の化学成分の鋼を溶製したのち造塊し、分解圧
延、線材圧延を行ってばね用鋼線を製造し、次いで、こ
れら各線材からフェライト脱炭層深さ測定試験片を準備
し、各試験片を900’CX10分間加熱したのち油冷
する焼入れを行って各供試鋼のフェライト脱炭層深さを
°測定した。これらの結果を第4表および第3図、第4
図に示す。 第4表および第3図に示す結果より明らかなように、C
u含有量を0.1%以上とすることによってフェライト
脱炭層深さを低減することが可能であり、Cuの添加が
フェライト脱炭の防止に有効であることが確かめられた
。しかし、Cu添加によるフェライト脱炭の防止効果は
、その含有量が1.0%で飽和することから、フェライ
ト脱炭防止のためのCu添加量は0.1〜1.0%とす
るのが望ましいことが認められた。 また、第4表および第3図に示す結果より明らかなよう
に、Sb含有量を0.01%以上とすることによってフ
ェライト脱炭層深さを低減することが可能であり、sb
の添加がフェライト脱炭の防止に有効であることが確か
められ、Sb含有量を0.025%近辺とした場合にC
u添加量を増大することによって、フェライト脱炭の防
止をさらに効果的になしうろことが確かめられた。しか
し、sbg!加によるフェライト脱炭の防止効果は、そ
の含有量が0.3%で飽和することから、フェライト脱
炭防止のためのsb添加量は0.01〜0.3%とする
のが望ましいことが認められた。 さらに、第4表に示す結果より明らかなように、Asお
よびSnの添加もフェライト脱炭防止に有効であり、フ
ェライト脱炭の防止のためには、Asについては0.0
1〜0.3%、Snについても0.01〜0.3%とす
るのが望ましいことがわかった。
(Means for Solving the Problems) The high-strength spring steel according to the present invention has an ffi content of %. C: 0.30-0.75%, Si: 1.0-4.0
%, Mn: 0.5-1.5%, Cr: 0.1-2.0
%, Ni + less than 2.0%, and if necessary V: 0.
05 to 0.5%, Mo: one or two selected from 0.05 to 2.0%, and C as necessary.
u: 0.1-i, o%, Sb: 0.01-0.3%, A
Consisting of one or more selected from s: 0.01-0.3%, Sn: 0.01-0.3%, the remainder Fe and impurities, and the residual austenite m after quenching is 1
It is characterized by having a C content of less than 0%, more preferably a C content. The relationship between Si content and Ni content is expressed as 35-C ($)
+? Si($) +Ni($) <23$ to improve the fatigue strength of the spring by making the residual austenite l'M after quenching less than 10%, and more preferably [ O] :0.00
15% or less, [N]: 0.010% or less, S: (),
It is characterized by further improving the durability of the spring by restricting it to 0.010% or less. Next, the composition range (weight%) of the high-strength spring steel according to the present invention
) will be explained. C: C is an effective element for increasing the strength of steel, but 0.
If it is less than 30%, it will not be possible to obtain the necessary strength as a spring, and if it exceeds 0.75%, reticular cementite will tend to form and the fatigue strength of the spring will be impaired.
The range was set at 0.75%. Si: Si is an element that is effective in improving the strength of steel and improving the fatigue resistance of springs by solid solution in ferrite, but if it is less than 1.0%, it does not provide the necessary resistance for springs. If it exceeds 4.0%, the toughness may deteriorate and free carbon may be generated by heat treatment, so the content was set in the range of 1.0 to 4.0%. Mn; Mn is an element that is effective in deoxidizing and desulfurizing steel and improving the hardenability of steel, and for this purpose, 0.
It is necessary to contain 5% or more. However, 1.5
If it exceeds 0.5 to 1%, the hardenability becomes excessive, degrading the toughness and easily causing deformation during hardening.
.. The range was set at 5%. Cr; Cr is an effective element for inhibiting decarburization and graphitization of high carbon steel, but if it is less than 0.1%, these effects cannot be fully expected; If it exceeds this, the toughness deteriorates, so it was set in the range of 0.1 to 2.0%. Ni: Ni is an effective element for improving toughness after quenching and tempering, and from the standpoint of improving toughness, the value of 0.50
However, if the Ni content increases, the amount of retained austenite after quenching and tempering will increase, which will have a negative effect on the fatigue strength of the spring, resulting in a high strength spring with excellent fatigue strength. In order to obtain
Since it is necessary to limit the Ni content to less than 2
.. It was set to less than 0%. V, Mo; Since V and Mo are effective elements for improving the fatigue resistance of the spring, one or two of these may be added as necessary. Among these, ■ is an element that has a large grain refining effect during low-temperature rolling, can improve spring characteristics and increase reliability, and also contributes to precipitation hardening during quenching and tempering. , improves the stiffness of springs. In order to obtain such an effect, it is necessary to contain 0.05% or more. However, if it exceeds 0.5%, the toughness deteriorates and the spring properties are reduced, so (■) was set in the range of 0.05 to 0.5%. On the other hand, if MO is less than O, OS%, the above-mentioned effect of improving the settling resistance cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 2%, the effect is saturated and complex carbides that are not dissolved in austenite are formed. Ru. If the amount of these composite carbides increases and becomes a large lump, they cause the same damage as non-metallic inclusions and may reduce the fatigue strength of the steel. Therefore, Mo was set in the range of 0.05 to 2.0%. Cu, Sb, As, Sn; Since Cu, Sb, As, and Sn are effective elements for preventing 7x light coalescence and improving the fatigue resistance characteristics of the spring, one of these or It is also good to add two or more kinds of Cu, and Cu is an effective element for increasing strength through precipitation hardening and improving weather resistance. In this case, 2- In order to obtain the above effect, Cu
0.1% or more for Sb, 0.01% or more for As, 0.01% or more for Sn,
.. It is preferable to set it to 0.01% or more. However, if there is too much, the toughness
Since this will impair ductility, Cu should be 1.0% or less, Sb should be 0.3% or less, and As should be 0.0% or less.
The content of Sn is preferably 3% or less, and the content of Sn is preferably 0.3% or less. In addition, in order to improve the machinability of steel, Te: 0.
15% or less, Pb: 0.3% or less. Bi: 0.3% or less, Se: 0.3% or less, Ca: 0.
It is also possible to appropriately contain one or two of these -Es in a range of 0.01% or less. ..
3%, Nb: 0.01-0.3%, Ta: 0
.. 01 to 0.3%, Zr: one or two of these in the range of 0.01 to 0.3%! ! B: 0.0005 to 0 to increase hardenability.
.. 01% can also be added. Furthermore, S is an element that impairs the fatigue strength of springs, and the lower the S content, the higher the reliability of the spring, so the upper limit is regulated to 0.010% depending on the purpose of use, etc. It is also desirable that [O1] generates oxide-based inclusions, which tend to become the starting point of fatigue fracture, so it is also desirable to regulate the upper limit to 0.0015% depending on the purpose of use, etc., and [N] Since TiN-based inclusions are generated and reduce the fatigue strength of steel, it is also desirable to restrict the upper limit to 0.010% depending on the purpose of use. Furthermore, it is necessary to increase the fatigue strength of the high-strength spring by ensuring that the amount of retained austenite after quenching is less than 10%; Especially preferably, for three elements, for example, C2Ni and Si, 35-C (%) + 2-5i (X) + Ni ($) <
It is necessary to regulate the amount to be 23 dollars. (Example) Next, an example of the present invention will be described together with a comparative example. First, steels having chemical compositions No., l-No., and No. 20 shown in Table 1 were melted and then ingot-formed, subjected to 1-disassembly rolling, and wire rod rolling to produce spring steel wires. Next, a test piece for measuring residual shear strain and a test piece for measuring durability limit were prepared from each of these wire rods, and the hardness of each test piece was determined to be HRC = 5.
It was quenched and tempered to a constant value of 5. Also, in Table 1, Y=35ΦC(X)+ ? The value of 5i(X) +Ni($) is shown, as well as the measurement results of the amount of retained austenite after quenching. Furthermore, FIG. 1 shows the relationship between the durability limit of each test steel and the amount of retained austenite after quenching. As is clear from the results shown in Table 1 and Figure 1,
It has been recognized that when the residual austenite (residual austenite after quenching) flit becomes 10% or more, the durability limit decreases significantly.Therefore, in the steel type system of spring steel according to the present invention, the amount of retained austenite after quenching is regulated to less than 10%. It was confirmed that something needed to be done. By the way, the residual austenite hit is 10% in the hardened state.
Regarding the above items, it is possible to reduce the amount of retained austenite to less than 10% by applying sub-zero treatment after quenching, but considering the mass production process of springs, it is not preferable to apply this sub-zero treatment. Considering the mass production process of springs, it is necessary to ensure that the residual austenite HA is less than 10% through contracted quenching and tempering processes. Furthermore, in order to make the amount of retained austenite after quenching less than 10%, based on many samples including the component systems listed in Table 1, the amount of C, Si, and Ni relative to the amount of retained austenite is As a result of performing multiple regression analysis on the influence, 35 ・G($:D2 ・5i(X)+N
It has been found that the objective can be achieved by satisfying i<23%. Next, especially in suspension springs, the superiority or inferiority of fatigue resistance plays a large role in the design. In particular, there is a recent demand for excellent warm setting properties. Therefore, the problems 1 to 3 shown in Table 1. t4o, 6-8,
For the test materials of the steel compositions of the present invention shown in No. 11-13 and No. 16 to 19, the resistance to setting in warm conditions was measured using a weight type torsional creep test a (maximum torque: 2
5Kgf@m). The test conditions at this time are shown in Table 2, and the test results are shown in Table 2 and Figure 2 together with the test results for the current 5UP7. In comparison, it is recognized that the shear creep strain after 7 Zhr is small in all cases, and that they have excellent resistance to setting, especially resistance to humidity setting. In other words, increasing the strength of suspension coil springs is often considered primarily with respect to sag resistance, but the steel of the present invention has significantly superior sag resistance compared to conventional steel, and is suitable for use as a high-strength spring. It can be said that it is a spring steel that provides the following characteristics. (Example 2) In the high-strength spring steel according to the present invention, [
By regulating the amount of [O] more desirably 0.0015% or less, the amount of [N] more preferably 0.010% or less, and the amount of S more preferably 0.010% or less, the durability limit of the spring can be further increased. It is possible to improve. That is, steels having the chemical components of positive, 21 to 24 shown in Table 3 are melted, formed into ingots, and decomposed and rolled. Steel wires for springs are manufactured by rolling wire rods, and then durability limit measurement test pieces are prepared from each of these wire rods, and each test piece is quenched and tempered so that the hardness of each test piece is constant at HRC = 55. I went there and refined it. Then, when the durability limits of each test steel No. 21 to 24 were measured using each test piece, the results were shown in Table 3. As shown in Table 3, it was confirmed that the durability limit could be further improved by regulating the content of at least one of [O] 2 and [N] j. (Example 3) Next, in normal cases, high-Si spring steel containing about 2% or more of Si causes ferrite decarburization during the rolling process of the material and the heat treatment (quenching stage) of the product, causing fatigue in the spring. It is known to have a negative effect on properties. In order to prevent such problems, it is said that it is good to rapidly heat and cool the α+γ region in the phase diagram, but if the Si content increases, for example, if the Si content exceeds 2.50%. Therefore, there is a limit to preventing ferrite decarburization with rapid heating and cooling alone, and separate measures must be taken. Therefore, in the present invention, it has been discovered that the above-mentioned ferrite decarburization can be prevented by adding Cu, Sb, As, and Sn. In other words, in this Example 3, positives shown in Table 4, 3
After melting steel having a chemical composition of 1 to 44, it is ingot-formed, disassembled and rolled, and wire rod rolled to produce spring steel wire. Next, test pieces for measuring the depth of ferrite decarburized layer are prepared from each of these wire rods. The depth of the ferrite decarburized layer of each test piece was measured by heating each test piece at 900°C for 10 minutes and then quenching it with oil. These results are shown in Table 4 and Figures 3 and 4.
As shown in the figure. As is clear from the results shown in Table 4 and Figure 3, C
It was confirmed that the depth of the ferrite decarburization layer can be reduced by setting the u content to 0.1% or more, and that the addition of Cu is effective in preventing ferrite decarburization. However, the effect of preventing ferrite decarburization by adding Cu is saturated at a content of 1.0%, so it is recommended that the amount of Cu added to prevent ferrite decarburization is 0.1 to 1.0%. It was recognized as desirable. Furthermore, as is clear from the results shown in Table 4 and Figure 3, it is possible to reduce the depth of the ferrite decarburized layer by setting the Sb content to 0.01% or more, and the sb
It has been confirmed that the addition of C is effective in preventing ferrite decarburization, and when the Sb content is around 0.025%, C
It was confirmed that by increasing the amount of u added, ferrite decarburization could be more effectively prevented. However, sbg! Since the effect of preventing ferrite decarburization due to addition is saturated at a content of 0.3%, it is desirable that the amount of sb added to prevent ferrite decarburization is 0.01 to 0.3%. Admitted. Furthermore, as is clear from the results shown in Table 4, the addition of As and Sn is also effective in preventing ferrite decarburization;
It was found that it is desirable to set the content of Sn to 1 to 0.3%, and also for Sn to 0.01 to 0.3%.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明してきたところから明らかなように、本発明に
係る高強度ばね用鋼は、重量%で、C:0.30〜0.
75%、Si:1.0〜4.0%、Mn:0.5〜1.
5%、Cr:0.1〜2.0%、Ni:2.0%未満、
および必要に応じてV:0.05〜0.5%、Mo:0
.05〜2.0%のうちから選ばれる1種または2種、
同じく必要に応じてCu:0.1〜1.0%。 Sb:0.01〜0.3%、As:0.01〜0.3%
、Sn:0.01〜0.3%のうちから選ばれる1種ま
たは2種以上、残部Feおよび不鈍物からなり、焼入れ
後の残留オーステナイト量を10%未満にしたものであ
るから、熱間成形コイルばね用および冷間成形コイルば
ね用のいずれの素材としても用いることが可能であり、
熱間成形によってコイル等のばね製品を製造した場合で
も残留オーステナイ)fs)が10%未満であるため耐
疲労特性に優れた高強度ばねを得ることが可能であり、
冷間成形によってコイル等のばね製品を製造する場合で
も残留オーステナイトmを適度に調整することによって
、その際の成形性を悪いものとすることがなくなり、耐
疲労特性に優れた高強度ばねを得ることが可能であると
いう著しく優れた効果がもたらされる。
As is clear from the above explanation, the high-strength spring steel according to the present invention has a C content of 0.30 to 0.0% by weight.
75%, Si: 1.0-4.0%, Mn: 0.5-1.
5%, Cr: 0.1 to 2.0%, Ni: less than 2.0%,
and as necessary V: 0.05-0.5%, Mo: 0
.. One or two types selected from 05 to 2.0%,
Similarly, Cu: 0.1 to 1.0% as required. Sb: 0.01-0.3%, As: 0.01-0.3%
, Sn: one or more selected from 0.01 to 0.3%, the remainder being Fe and inert material, and the amount of residual austenite after quenching is less than 10%, so it is heat-resistant. It can be used as a material for both cold-formed coil springs and cold-formed coil springs.
Even when spring products such as coils are manufactured by hot forming, it is possible to obtain high-strength springs with excellent fatigue resistance because the residual austenite (fs) is less than 10%.
Even when manufacturing spring products such as coils by cold forming, by appropriately adjusting the retained austenite m, the formability at that time will not be deteriorated, and a high strength spring with excellent fatigue resistance can be obtained. This brings about the remarkable effect that it is possible to do.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例1において耐久限度と焼入れ後
の残留オーステナイ14との関係を調べた結果を示すグ
ラフ、第2図は同じく本発明の実施例1において本発明
鋼の耐へたり性(72hr後の剪断クリープ歪)を調べ
た結果を示すグラフ、第3図および第4図は本発明の実
施例3においてフェライト脱炭層深さへの各々Cuおよ
びSbの添加効果を調べた結果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    害 第1図 焼入帽支の残層にオーステすイト量 (%)第2図 第3図 Cu念扁!(%) 第4図 0      0.05     0.1  0.2 
  0.3Sbejl量(%)
FIG. 1 is a graph showing the results of investigating the relationship between the durability limit and residual austenite 14 after quenching in Example 1 of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the fatigue resistance of the inventive steel in Example 1 of the present invention. Figures 3 and 4 are graphs showing the results of investigating the properties (shear creep strain after 72 hours), and Figures 3 and 4 are the results of investigating the effect of adding Cu and Sb to the depth of the ferrite decarburized layer in Example 3 of the present invention. This is a graph showing. Patent Applicant Daido Steel Co., Ltd. Representative Patent Attorney Ko Shio Damage Figure 1 Amount of austening in the remaining layer of hardened cap support (%) Figure 2 Figure 3 Cu thinning! (%) Figure 4 0 0.05 0.1 0.2
0.3Sbejl amount (%)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)重量%で、C:0.30〜0.75%、Si:1
.0〜4.0%、Mn:0.5〜1.5%、Cr:0.
1〜2.0%、Ni:2.0%未満、残部Feおよび不
純物からなり、焼入れ後の残留オーステナイト量を10
%未満にしたことを特徴とする高強度ばね用鋼。
(1) In weight%, C: 0.30-0.75%, Si: 1
.. 0-4.0%, Mn: 0.5-1.5%, Cr: 0.
1 to 2.0%, Ni: less than 2.0%, the balance is Fe and impurities, and the amount of residual austenite after quenching is 10%.
High-strength spring steel characterized by less than %.
(2)C含有量、Si含有量およびNi含有量の関係を
、 35・C(%)+2・Si(%)+Ni(%)<23%
に規制して焼入れ後の残留オーステナイト量を10%未
満にしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に
記載の高強度ばね用鋼。
(2) The relationship between C content, Si content, and Ni content is 35・C (%) + 2・Si (%) + Ni (%) < 23%
The high-strength spring steel according to claim (1), characterized in that the amount of retained austenite after quenching is controlled to be less than 10%.
(3)不純物中において、[O]:0.0015%以下
、[N]:0.010%以下、S:0.010%以下に
規制したことを特徴する特許請求の範囲第(1)項また
は第(2)項に記載の高強度ばね用鋼。
(3) Claim (1) characterized in that in impurities, [O]: 0.0015% or less, [N]: 0.010% or less, and S: 0.010% or less Or the high-strength spring steel described in item (2).
(4)重量%で、C:0.30〜0.75%、Si:1
.0〜4.0%、Mn:0.5〜1.5%、Cr:0.
1〜2.0%、Ni:2.0%未満、およびV:0.0
5〜0.5%、Mo:0.05〜2.0%のうちから選
ばれる1種または2種、残部Feおよび不純物からなり
、焼入れ後の残留オーステナイト量を10%未満にした
ことを特徴とする高強度ばね用鋼。
(4) In weight%, C: 0.30-0.75%, Si: 1
.. 0-4.0%, Mn: 0.5-1.5%, Cr: 0.
1 to 2.0%, Ni: less than 2.0%, and V: 0.0
5 to 0.5%, Mo: 0.05 to 2.0%, and the balance is Fe and impurities, and the amount of residual austenite after quenching is less than 10%. High strength spring steel.
(5)C含有量、Si含有量およびNi含有量の関係を
、 35・C(%)+2・Si(%)+Ni(%)<23%
に規制して焼入れ後の残留オーステナイト量を10%未
満にしたことを特徴とする特許請求の範囲第(4)項に
記載の高強度ばね用鋼。
(5) The relationship between C content, Si content and Ni content is 35・C (%) + 2・Si (%) + Ni (%) < 23%
The high-strength spring steel according to claim (4), wherein the residual austenite amount after quenching is controlled to be less than 10%.
(6)不純物中において、[O]:0.0015%以下
、[N]:0.010%以下、S:0.010%以下に
規制したことを特徴する特許請求の範囲第(4)項また
は第(5)項に記載の高強度ばね用鋼。
(6) Claim (4) characterized in that impurities are restricted to [O]: 0.0015% or less, [N]: 0.010% or less, and S: 0.010% or less. Or the high-strength spring steel described in item (5).
(7)重量%で、C:0.30〜0.75%、Si:1
.0〜4.0%、Mn:0.5〜1.5%、Cr:0.
1〜2.0%、Ni:2.0%未満、およびCu:0.
1〜1.0%、Sb:0.01〜0.3%、As:0.
01〜0.3%、Sn:0.01〜0.3%のうちから
選ばれる1種または2種以上、残部Feおよび不純物か
らなり、焼入れ後の残留オーステナイト量を10%未満
にしたことを特徴とする高強度ばね用鋼。
(7) In weight%, C: 0.30-0.75%, Si: 1
.. 0-4.0%, Mn: 0.5-1.5%, Cr: 0.
1 to 2.0%, Ni: less than 2.0%, and Cu: 0.
1-1.0%, Sb: 0.01-0.3%, As: 0.
01 to 0.3%, Sn: 0.01 to 0.3%, one or more selected from 0.01 to 0.3%, the balance being Fe and impurities, and the amount of residual austenite after quenching is less than 10%. High-strength spring steel with special features.
(8)C含有量、Si含有量およびNi含有量の関係を
、 35・C(%)+2・Si(%)+Ni(%)<23%
に規制して焼入れ後の残留オーステナイト量を10%未
満にしたことを特徴とする特許請求の範囲第(7)項に
記載の高強度ばね用鋼。
(8) The relationship between C content, Si content, and Ni content is 35・C (%) + 2・Si (%) + Ni (%) < 23%
The high-strength spring steel according to claim (7), characterized in that the amount of retained austenite after quenching is set to less than 10% by regulating the following.
(9)不純物中において、[O]:0.0015%以下
、[N]:0.010%以下、S:0.010%以下に
規制したことを特徴する特許請求の範囲第(7)項また
は第(8)項に記載の高強度ばね用鋼。
(9) Claim (7) characterized in that impurities are regulated to [O]: 0.0015% or less, [N]: 0.010% or less, and S: 0.010% or less. Or the high-strength spring steel described in item (8).
(10)重量%で、C:0.30〜0.75%、Si:
1.0〜4.0%、Mn:0.5〜1.5%、Cr:0
.1〜2.0%、Ni:2.0%未満、およびV:0.
05〜0.5%、Mo:0.05〜2.0%のうちから
選ばれる1種または2種、さらにCu:0.1〜1.0
%、Sb:0.01〜0.3%、As:0.01〜0.
3%、Sn:0.01〜0.3%のうちから選ばれる1
種または2種以上、残部Feおよび不純物からなり、焼
入れ後の残留オーステナイト量を10%未満にしたこと
を特徴とする高強度ばね用鋼。
(10) In weight%, C: 0.30-0.75%, Si:
1.0-4.0%, Mn: 0.5-1.5%, Cr: 0
.. 1 to 2.0%, Ni: less than 2.0%, and V: 0.
05 to 0.5%, Mo: 0.05 to 2.0%, and Cu: 0.1 to 1.0.
%, Sb: 0.01-0.3%, As: 0.01-0.
3%, Sn: 1 selected from 0.01 to 0.3%
A high-strength spring steel comprising one or more seeds, the balance being Fe and impurities, and having a residual austenite amount of less than 10% after quenching.
(11)C含有量、Si含有量およびNi含有量の関係
を、 35・C(%)+2・Si(%)+Ni(%)<23%
に規制して焼入れ後の残留オーステナイト量を10%未
満にしたことを特徴とする特許請求の範囲第(10)項
に記載の高強度ばね用鋼。
(11) The relationship between C content, Si content and Ni content is 35・C (%) + 2・Si (%) + Ni (%) < 23%
The high-strength spring steel according to claim 10, characterized in that the amount of retained austenite after quenching is controlled to be less than 10%.
(12)不純物中において、[O]:0.0015%以
下、[N]:0.010%以下、S:0.010%以下
に規制したことを特徴する特許請求の範囲第(10)項
または第(11)項に記載の高強度ばね用鋼。
(12) Claim (10) characterized in that in impurities, [O]: 0.0015% or less, [N]: 0.010% or less, S: 0.010% or less Or the high-strength spring steel described in item (11).
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