JPS63310941A - 熱間成形用高強度ばね鋼 - Google Patents

熱間成形用高強度ばね鋼

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JPS63310941A
JPS63310941A JP14715587A JP14715587A JPS63310941A JP S63310941 A JPS63310941 A JP S63310941A JP 14715587 A JP14715587 A JP 14715587A JP 14715587 A JP14715587 A JP 14715587A JP S63310941 A JPS63310941 A JP S63310941A
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spring
steel
spring steel
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hot forming
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Kyoichiro Futazawa
二澤 喬一郎
Toshihiko Takahashi
高橋 稔彦
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    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/02Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/021Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant characterised by their composition, e.g. comprising materials providing for particular spring properties

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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] 本発明は、熱間成形用高強度ばね鋼に係り、特に耐へた
り性に優れたばね鋼に関するものである。
[従来の技術] 従来、自動車用等の懸架装置に用いられるばね用銅とし
てはSUP 6. SUP 9が主なものであった。
しかるに近年自動車の軽量化が要請され、懸架装置自体
の軽量化も強く求められるようになってきた。これに対
して、懸架装置全般にわたって各種の手段が試みられて
いるが、その中でもばねの設計応力を高く設定すること
が効果的とされている。
この様なばねの高応力設計にともない、従来の上記ばね
用銅を素材としてばねを製作した場合、へたりが増大す
るという問題が発生した。特に乗用車に用いた場合、へ
たりの増大はバンバの高さの低下につながり、安全上大
きな問題となった。
そこで各種の研究が成された結果、ばね用鋼中のSi含
有量を増加させると耐へたり性が向上するということが
見いだされ、近時SUP 6よりもSi含有量が多く、
JIS G J801に規定されるばね用鋼中では最も
Siの高いSUP7が乗用車懸架用ばね鋼として広く使
用されるに至っている。しかるに、懸架ばねの軽量化に
対する要求はさらに厳しいものがあり、SUP 7より
もさらに耐へたり性の優れたばね用銅の開発が強く望ま
れている。
従来、ばね鋼に対する耐へたり性に有効な成分として、
Siの効果を認めながらも、その上限をSi:2.5%
としている。その理由として、「Si量を1.50〜2
.50%としたのは、2.50%を超えて含有させても
耐へたり性向上の効果が飽和し、がっ、熱処理により遊
離炭素を生じる恐れがあるためである。
(特開昭58−27960)J、やrSiは焼入れ焼戻
およびオイルテンパー処理により製造したコイルばねの
耐へたり性を向上させるのに有効な元素であるが、2.
5%を超えて含有されると焼入れ焼戻およびオイルテン
パー処理後の機械的性質が脆化し、酎へたり性はあまり
改善されないのである。(特開昭57−171648)
J等と説明されているが、2.5%超での耐へたり性に
ついては実施例においても確認されていない。
一方、ばね製造工程に関しては、ばね特性に対する要求
の多様化に伴う形状の多様化、製造工程の合理化、省エ
ネルギー化等の要求により冷間成形によるコイルばねの
製造が増加している。しかし、大型コイルばね及び高強
度ばねに対しては熱間成形が量産効果の得られる経済的
な成形であるため熱間成形によるばね製造土程に対し、
特にその品質特性向上が期待されている。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、以上の如き経済性に優れた熱間成形ばねの特
に耐へたり性の極めて優れた高強度ばね鋼を提供するこ
とを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明者等は、従来、鋼中のSiは耐へたり性に効果が
あるものの2.5%を超えて含有させても耐へたり性向
上の効果は期待出来ないと考えられていたものを、今回
、更にSi量を2.5超〜4%とすることにより、従来
知られていなかった、熱間成形用ばねの耐へたり性の向
上と共に、靭性の向上も達成できるという全く新たな知
見を持って本発明を成したものである。即ち、本発明の
主旨は、重量%でC:O,S〜0.8%。
Si:2.5超〜4%。
Mn : 0.2〜1.5%。
Cr : 0.1〜1.5%を含有し 残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
る熱間成形用高強度ばね鋼。及び、重量%でC:0.5
〜0.8%。
Si:2.5超〜4%。
Mn : 0.2〜1.5%。
Cr : 0.1〜1.5%を含有しかつMo : 0
.05〜1%。
Ni:0.05〜1%。
B  : 0.0002〜0.01%の1種又は2種以
上を含有し残部はFe及び不可避的不純物からなること
を特徴とする熱間成形用高強度ばね1m。及び、重量%
でC:0.5〜0.8%。
Si:2.5超〜4%。
Mn : 0.2〜1.5%。
Cr : 0.1〜1.5%を含有しかつNb : 0
.01〜0.5%。
V  :0.01〜0.5%。
Ti : 0.01〜0.1%。
A Q : 0.01〜0.1%の1種又は2種以上を
含有し、残部はFe及び不可避的不純物からなることを
特徴とする熱間成形用高強度ばね鋼、及び、重量%でC
:0.5〜0.8%。
Si:2.5超〜4%。
Mn : 0.2〜1.5%。
Cr : 0.1〜1.5%を含有しかつMo:0.0
5〜1%。
Ni : 0.05〜1%。
B  : 0.0002〜0.01%の1種又は2種以
上を含有しかつ Nb : 0.01〜0.5%。
V : 0.01〜0.5%。
Ti : 0.01〜0.1%。
A12:0.01〜0.1%の1種又は2種以上を含有
し残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴と
する熱間成形用高強度はね鋼、である。
[作用] 最初に本発明の成分限定理由について述べる。
まず、Cは熱処理により高応力ばね鋼として十分な強度
を得るための元素であり、耐へたり性を確保するために
0.5%以上必要であるが、0.8%を超えると黒鉛化
の傾向が増し、靭性の低下が著しくなるためその範囲を
0.5〜0.8%とした。
つぎにSiはフェライト中に固溶することにより素地の
強度を上げると共に析出炭化物の微細化を促進し、更に
結晶粒の微細化にも有効である。特に熱間成形における
高強度ばね鋼に適用の場合にはその靭性範囲を拡大し、
ばねへたり性に特に有効である。この様な効果は次の実
験により見いだされた。
まず試験材としては、C: 0.56%、 Mn : 
0.78%、 P : 0.015%、 S : 0.
009%、Cr:0.76%を基本成分とし、Siを1
〜4.5%の範囲で添加した鋼を用い、鋳造後鍛造比5
0以上で熱間鍛造を行い、更にねじりへたり試験片を作
成し、実際の熱間ばね成形工程をシュミレートした焼入
・焼戻しを行なった。焼戻し温度を変えることにより、
硬さをHRC52,5となる様に調整した。更に、ショ
ットピーニング、セッチングを行なった後、ねじりへた
り試験を実施した。この試験条件を第1表に示す。更に
この結果を第1図に示す、同図に見られるようにSi%
が4%以下であればねじりへたり量はSi%の増加と共
に向上していることが明らかである。これは、Siによ
るマトリックスの固溶化と結晶粒の微細化によるもので
あるる。しかし、4%を超えるとねじりへたり量は顕著
に増加している。これは、Ac、点の上昇によりオース
テナイト化が不完全なため焼入れでフェライト組織が残
留したためである。
更に、試験材として、C: 0.60%、 Mn : 
0.82%、 P : 0.011%、 S : 0.
006%、Cr:0.28%を基本成分とし、Siを0
.26%〜2.66%の範囲で添加した鋼を用い、鋳造
後鍛造比50以上で熱間鍛造を行い°、更にUノツチ・
シャルピー試験片を作成した。このシャルピー試験結果
を第2図に示す。
同図に見られるように、硬さが高くなるとシャルピー値
が急減しているが、Siの高いばね鋼は硬さの高い範囲
で良い値を示している。高強度ばね鋼としてII RC
50〜54での、靭性を確保するにはSiが2.5%超
であれば良いことが判る。
このような理由により、Si範囲を2.5超〜4%と定
めた。
次に、Mnは焼入れ性を高め、ばね用銅としての強度を
得るための元素であり、0.2%以上必要であるが1.
5%を超えて含有させると靭性を阻害するため、その範
囲を0.2〜1.5%とした。
更に、Crは0.1%未満ではCの黒鉛化力七著しく、
1.5%超ではCrの大きな炭化物が発生し、ばね疲労
性及びばねへたり性に悪影響を与えるので、Crの範囲
を0.1〜1.5%とした。
以上が本発明の鋼の基本成分であるが、本発明において
は、更に良好な耐へたり性の向上を目的としてMow 
Ni、Bを含有することが出来る。これら、MOl N
ll Bは焼入れ性を確保し完全なマルテンサイト組織
を確保してばねへたり性の向上を得るための元素であり
Mo、Niは各々0.05%以上で効果を示し、Bは0
.0002%以上で効果を示すが、Mo、Niは各々1
%を超えると残留オーステナイトが残存しばねへたり量
を増加させる。Bは0.01%を超えるとその効果が飽
和し靭性を阻害するためこれら元素の添加量を、Mo:
0.05〜1%、Ni:0.05〜1%、 B : 0
.0002〜0.01%とし1種又は2種以上を含有す
ることとした。
更に良好な耐へたり性の向上を目的としてNb。
V、Ti、A’12を含有することが出来る。これら、
Nb、Vt Ti、AQは結晶粒の微細化及び微細炭化
物の析出によりばね鋼のへたり性向上を得るたメツ元素
であり、Nbt V t Ti、 A 2は各々0.0
1%以上で効果を示すが、Nb、Vは各々0.5%、T
i、AQは各々0.1%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合金炭化物が増加
し、これがばね鋼の疲労を低下させるためソノ範囲を、
Nb : 0.01〜0.5%、 V : 0.01〜
0.5%、 T、i : 0.01〜0.1%、 A 
Q : 0.01〜0.1% トL1種又は2種以上含
有することとした。
へたり特性は硬さの高い方が良い。本発明の鋼はSiが
高いので焼入れ硬さが高く、又軟化抵抗の高い鋼でもあ
る。従って焼戻し温度を高く採る事が出来るので、高い
靭性を得ることが出来る。
即ち、へたり性がよく、靭性の高いばねを得ることが出
来る。
本発明の鋼は以上のような成分を有するものであるが、
この製造に際しては、通常の製鋼、造塊あるいは連続鋳
造、分解圧延、更に棒鋼圧延又は線材圧延の工程を経て
ばね鋼を得ることが出来る。
その後、必要に応じてきず取り、酸洗、伸線、矯直、切
断、テーパー加工等の前処理を行い、しかる後、加熱、
熱間コイルばね成形、焼入れ焼戻しの熱処理により高強
度コイルばねが得られる。
次に、本発明の効果を実施例により更に具体的に述べる
[実施例] 第2表は供試鋼の化学成分を示したものである。
第2表においてA1〜A20鋼は本発明例であり、81
〜B12鋼は比較材である。供試用コイルばねは。
鋳造機圧延比50以上で熱間圧延し、矯直、定尺切断、
ピーリング、熱間ばね成形、焼入れ焼戻しを行なった。
なお、焼戻し温度を変えて試験ばねの硬さをHRC52
,5になるように調整した。
第3表は供試ばねの諸元である。供試ばねは、アークハ
イト0.5mmのショットピーニングを施した後、素線
の剪断応力τ= 126.5kgf/+am”となるよ
うにセッチングを施した後、ばね締め付は試験を行なっ
た。
第4表はばね締め付けへたり試験の結果である。
本発明例の残留剪断歪は総て1.OX 10−’未満で
良好な結果であったが、比較ばねは1.0X10−4以
上で残留剪断歪が大きく、耐へたり性の劣っていること
が明らかである。
なお、比較試験ばねは次のようであった。
B1は、Cが低く、B2はSiが高く、共にフエライト
が残留した組織である。
B3. B4. B9. BIO,Bll、 B12は
M n 、 Cr tNi、Moが多く残留オーステナ
イトが多い組織である。BS、B6.B7.B8.B1
2は、Nb、V。
Ti、AQが多く結晶粒は細かいが、炭化物が多く焼入
れが不十分な組織である。
B13は、Sjが低くマトリックスのフェライト強化が
不十分な組織である。
[発明の効果] 本発明により、経済性に優れた熱間成形ばねにおいて、
耐へたり性の極めて優れた高強度ばね鋼の製造が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ねじりへたり試験における鋼中Si含有量と
残留剪断ひずみの関係の例を示す図、第2図は、鋼中S
i含有量と硬さとUノツチ・シャルピー試験値の関係の
例を示す図、 である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%でC:0.5〜0.8%、 Si:2.5超〜4%、 Mn:0.2〜1.5%、 Cr:0.1〜1.5%を含有し 残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
    る熱間成形用高強度ばね鋼。
  2. (2)重量%でC:0.5〜0.8%、 Si:2.5超〜4% Mn:0.2〜1.5% Cr:0.1〜1.5%を含有しかつ Mo:0.05〜1% Ni:0.05〜1% B:0.0002〜0.01%の1種又は2種以上を含
    有し、残部Fe及び不可避的な不純物からなることを特
    徴とする熱間成形用高強度ばね鋼。
  3. (3)重量%でC:0.5〜0.8%、 Si:2.5超〜4%、 Mn:0.2〜1.5% Cr:0.1〜1.5%を含有しかつ Nb:0.01〜0.5%、 V:0.01〜0.5%、 Ti:0.01〜0.1%、 Al:0.01〜0.1%の1種又は2種以上を含有し
    残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
    る熱間成形用高強度ばね鋼。
  4. (4)重量%でC:0.5〜0.8%、 Si:2.5超〜4%、 Mn:0.2〜1.5%、 Cr:0.1〜1.5%を含有しかつ Mo:0.05〜1%、 Ni:0.05〜1%、 B:0.0002〜0.01%の1種又は2種以上を含
    有しかつ Nb:0.01〜0.5%、 V:0.01〜0.5%、 Ti:0.01〜0.1%、 Al:0.01〜0.1%の1種又は2種以上を含有し
    残部はFe及び不可避的不純物からなることを特徴とす
    る熱間成形用高強度ばね鋼。
JP62147155A 1987-06-15 1987-06-15 熱間成形用高強度ばね鋼 Expired - Lifetime JP2575711B2 (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827959A (ja) * 1981-08-11 1983-02-18 Aichi Steel Works Ltd 耐へたり性の優れたばね用鋼
JPS61136612A (ja) * 1984-12-04 1986-06-24 Kobe Steel Ltd 高Siばね用清浄鋼の製造法
JPS62147155A (ja) * 1985-12-18 1987-07-01 ボ−グ・ワ−ナ−・オ−トモ−テイブ・インコ−ポレ−テツド 張力センサ

Patent Citations (3)

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