JPS644578B2 - - Google Patents

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JPS644578B2
JPS644578B2 JP19421283A JP19421283A JPS644578B2 JP S644578 B2 JPS644578 B2 JP S644578B2 JP 19421283 A JP19421283 A JP 19421283A JP 19421283 A JP19421283 A JP 19421283A JP S644578 B2 JPS644578 B2 JP S644578B2
Authority
JP
Japan
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strength
spring
steel
quenching
test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP19421283A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6089553A (en
Inventor
Makoto Saito
Atsuyoshi Kimura
Yukio Ito
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.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP19421283A priority Critical patent/JPS6089553A/en
Publication of JPS6089553A publication Critical patent/JPS6089553A/en
Publication of JPS644578B2 publication Critical patent/JPS644578B2/ja
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

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

(産業上の利用分野) この発明は、自動車、航空機、各種産業機械等
において使用される高強度ばねの製造に適用され
る高強度ばね用鋼に関し、かつまた前記高強度ば
ね用鋼を使用した高強度ばねの製造方法に関する
ものである。 (従来技術) 例えば、内燃機関に使用される弁ばねは、150
℃近傍の温度下で使用されることが多く、しかも
高速圧縮による繰返し荷重を受けており、最も苛
酷な使い方をされるばねのひとつであるといえ
る。従来、内燃機関の弁ばねに使用されるばね用
鋼としては、 オイルテンパー線が一般的であり、日本工業規
格(JIS)においても、 SWO−V(弁ばね用炭素鋼オイルテンパー線;
JIS G3561) SWOCV−V(弁ばね用クロムバナジウム鋼オ
イルテンパー線;JIS G3565) SWOSC−V(弁ばね用シリコンクロム鋼オイ
ルテンパー線;JIS G3566) が規定されている。 これらのうち、SWOSC−V材の疲労強度およ
び耐へたり性は、他の弁ばね用オイルテンパー線
に比べて優れていることから、内燃機関の弁ばね
素材として多用されている。そして、さらに高い
疲労強度が要求される場合には、この鋼に窒化あ
るいは軟窒化処理を施し、表面硬度を高めて疲労
強度の改善を図つている。 ところが最近の内燃機関の開発動向をみると、
従来よりもさらに高出力であつてしかも軽量であ
ることが要求されてきている。そのため、弁ばね
においても、高応力設計、高寿命が要求され、よ
り一層厳しい条件下におかれるようになつてきて
いる。この高出力、軽量化の要求に対してはもは
や従来の表面処理等では十分に対応することがで
きず、新材料の開発が必要となつてきている。 (発明の目的) この発明はこのような事情に鑑みてなされたも
ので、特に内燃機関の高回転・高出力化に対応し
て高応力および高寿命を可能とする高強度弁ばね
材料として使用することができ、内燃機関に限定
されず、他の使用分野においても高応力および高
寿命を可能とする高強度ばね用鋼を提供すること
を目的とし、さらに、前記ばね用鋼を使用して高
強度ばねを製造する方法を提供することを目的と
している。 (発明の構成) この発明によるばね用鋼は、重量%で、C:
0.40〜0.75%、Si:1.0〜3.0%、Mn:0.5〜1.5%、
Ni:2.0〜6.0%、Cr:0.1〜1.5%、Mo:0.05〜1.0
%、V:0.05〜0.5%を含有し、残部Feおよび不
純物からなることを特徴としており、その実施態
様では、不純物中において、[S]≦0.010%、
[O]≦0.0015%、[N]≦0.010%に規制し、また、
焼入れ後の残留オーステナイト量が10%以上であ
るようにし、例えばC、Ni、Siの3元素につい
て、35・C(%)+2・Si(%)+Ni(%)≧23%に
規制して残留オーステナイト量を10%以上とする
ようにしたことを特徴としている。また、上記高
強度ばね用鋼を使用して高強度ばねを製造するこ
の発明による高強度ばねの製造方法は、前記成分
の高強度ばね用鋼を使用して、焼入れ後所定のば
ね形状に冷間成形を行い、その後焼もどし処理を
施して所定の強度を与えるようにしたことを特徴
としている。 この発明による高強度ばね用鋼は、上記の成分
からなるものであつて、高靭なマトリツクス中に
微細な炭化物を析出させかつ結晶粒の微細化をは
かり、調質によつて強度を調節するようにしたも
のである。 このようにしたこの発明による高強度ばね用鋼
は、高強度のレベルを達成することができると共
に、コイルばね等の所定のばね形状に成形するた
めの冷間成形が可能であることも大きな特長であ
る。この場合、冷間成形性の点については、焼入
れ状態での残留オーステナイトをより望ましくは
10%以上とし、この段階で冷間成形(例えば、コ
イル成形)を施す工程を採用するのが有効であ
る。これに対して、通常のオイルテンパー線の場
合には、焼入れ・焼もどしを連続して行つて調質
した後に、冷間成形(例えばコイル成形)する工
程を採用しており、この発明による高強度ばね用
鋼を使用して高強度ばねを製造する場合には、従
来とかなり異なる工程によつて高強度ばねを製造
することが可能である。 次に、この説明によ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(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を得
ることができず、0.75%と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、0.40〜0.75%の範囲とした。 Si(けい素); Siは、フエ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、3.0%
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、1.0〜3.0%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つて靭
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。 Ni(ニツケル); Niは、本特許鋼においては焼入れ・焼もどし
後の靭性改善を向上するという目的のほかに、焼
入れに際して意図的に残留オーステナイトを多量
に形成させ、これを利用して冷間成形(例えば冷
間コイリング成形)を可能ならしめることも重要
な目的の1つである。したがつて、2.0%未満で
は十分な靭性改善と残留オーステナイトが確保で
きず、また6%を超えると靭性改善効果が飽和し
かつコストも上昇するので2.0〜6.0%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ができず、1.5%
を超えると靭性が劣化するので、0.1〜1.5%の範
囲とした。 Mo(モリブデン); Moは、ばねの耐へたり性を改善するのに有効
な元素であり、0.05%未満ではそのような効果が
十分に得られず、また1.0%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つた場合には、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。したがつて、Moは
0.05〜1.0%の範囲とした。 V(バナジウム); 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
にも寄与する元素であり、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、0.05〜0.5%の
範囲とした。 そのほか、鋼の被削性を改善させるために、
S:0.4%以下、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種以上を適宜含有させる
こともでき、析出硬化によつて強度を高めるとと
もに耐候性を高めるために、Cu:0.3〜3%の範
囲で含有させることもでき、結晶粒の微細化をは
かるために、Al: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なう元素
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、[O]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
%以上となるようにして冷間成形性を高め、焼入
れ後に所定のばね形状に冷間成形できるようにす
ることも望ましく、この場合、例えばC、Ni、
Siの3元素について、35・C(%)+2・Si(%)+
Ni(%)≧23%となるように規制して焼入れ後の
残留オーステナイト量が10%以上となるようにす
ることも望ましい。 (実施例) 次に、この発明の実施例を比較例とともに説明
するが、従来、ばね鋼の高強度化を判定する尺度
としては、実際にばねを成形してこれを適当な荷
重である時間締め付けておき、締め付け前後のへ
たり量で判定する方法がある。このへたり量は、
材料の硬さと良い相関を示し、材料の硬さが高く
なる程へたり量は少なくなる傾向を示す。一方、
引張強さと硬さの間にも良い相関のあることが知
られている。 従つて、ばねの高強度化の程度を評価するに
は、へたり量を測定する代わりに材料の引張強さ
を測定することによつて行うことが可能である。
そこで、以下の試験例においては、耐へたり性と
引張強さでもつてばねの高強度化を判定すること
とした。 そこで、まず、表1に示すNo.1〜No.39の化学成
分の鋼を溶製したのち造塊し、分解圧延、線材圧
延を行つてばね用鋼線を製造した。次いで、これ
ら各線材から、引張試験片、へたり試験片および
疲労試験片を切り出し、900℃×30分油冷の焼入
れ後所定の温度に焼もどしを施したのち所定の試
験片形状に仕上げた。その後、以下に示す各試験
を行つた。
(Field of Industrial Application) The present invention relates to a high-strength spring steel applied to the manufacture of high-strength springs used in automobiles, aircraft, various industrial machines, etc. The present invention relates to a method of manufacturing a high-strength spring. (Prior art) For example, a valve spring used in an internal combustion engine is 150
They are often used at temperatures near ℃ and are subjected to repeated loads due to high-speed compression, making them one of the most severely used springs. Conventionally, oil-tempered wire has been commonly used as spring steel for internal combustion engine valve springs, and the Japanese Industrial Standards (JIS) also specify SWO-V (carbon steel oil-tempered wire for valve springs).
JIS G3561) SWOCV-V (Chromium vanadium steel oil tempered wire for valve springs; JIS G3565) SWOSC-V (Silicon chrome steel oil tempered wire for valve springs; JIS G3566) is specified. Among these materials, the SWOSC-V material has superior fatigue strength and fatigue resistance compared to other oil-tempered wires for valve springs, and is therefore widely used as a material for valve springs in internal combustion engines. When even higher fatigue strength is required, this steel is subjected to nitriding or soft nitriding treatment to increase surface hardness and improve fatigue strength. However, looking at recent development trends in internal combustion engines,
There is a growing demand for higher output and lighter weight than ever before. Therefore, valve springs are also required to have a high stress design and a long service life, and are being subjected to even more severe conditions. Conventional surface treatments are no longer able to adequately meet the demands for higher output and lighter weight, and the development of new materials has become necessary. (Purpose of the Invention) This invention was made in view of the above circumstances, and is used as a high-strength valve spring material that enables high stress and long life, especially in response to high rotation and high output of internal combustion engines. The purpose of the present invention is to provide a high-strength spring steel that can achieve high stress and long life not only in internal combustion engines but also in other fields of use, and further, by using the above-mentioned spring steel. The object is to provide a method for manufacturing high strength springs. (Structure of the Invention) The spring steel according to the present invention has C:
0.40~0.75%, Si: 1.0~3.0%, Mn: 0.5~1.5%,
Ni: 2.0~6.0%, Cr: 0.1~1.5%, Mo: 0.05~1.0
%, V: 0.05 to 0.5%, and the balance is Fe and impurities. In this embodiment, among the impurities, [S]≦0.010%,
[O]≦0.0015%, [N]≦0.010%, and
The amount of residual austenite after quenching should be 10% or more, and for example, for the three elements C, Ni, and Si, the remaining austenite should be regulated to 35・C (%) + 2・Si (%) + Ni (%) ≧ 23%. It is characterized by having an austenite content of 10% or more. Further, the method for manufacturing a high-strength spring according to the present invention uses the above-mentioned high-strength spring steel, and after quenching, the high-strength spring steel is cooled into a predetermined spring shape. It is characterized by being inter-formed and then tempered to give it a predetermined strength. The high-strength spring steel according to the present invention consists of the above-mentioned components, and the strength is adjusted by precipitating fine carbides in a high-tough matrix, refining the crystal grains, and refining. This is how it was done. The high-strength spring steel according to the present invention is capable of achieving a high level of strength, and also has a major feature that it can be cold-formed to form a predetermined spring shape such as a coil spring. It is. In this case, in terms of cold formability, retained austenite in the quenched state is more desirable.
It is effective to set it to 10% or more and to adopt a process of cold forming (for example, coil forming) at this stage. On the other hand, in the case of ordinary oil-tempered wire, a process is adopted in which the wire is tempered by successive quenching and tempering, and then cold-formed (for example, coil-formed). When manufacturing high-strength springs using steel for high-strength springs, it is possible to manufacture high-strength springs by a process that is quite different from conventional ones. Next, the reason for limiting the composition range (weight %) of high-strength spring steel according to this explanation will be explained. C (carbon): C is an effective element for increasing the strength of steel, but if it is less than 0.40%, it will not be possible to obtain the strength necessary for a spring, and if it exceeds 0.75%, reticular cementite will easily form. Since this would impair the fatigue strength of the spring, it was set in the range of 0.40 to 0.75%. Si (silicon): Si is an element that improves the strength of steel by solid solution in ferrite and is effective in improving the fatigue resistance of springs, but if it is less than 1.0%, it is not necessary for springs. Unable to obtain fatigue resistance, 3.0%
If it exceeds 1.0%, the toughness may deteriorate and free carbon may be generated during heat treatment, so the content was set in the range of 1.0 to 3.0%. Mn (manganese): Mn is an element that is effective in deoxidizing steel and improving the hardenability of steel, and for this purpose, it is necessary to contain it in an amount of 0.5% or more. However, if it exceeds 1.5%, the hardenability becomes excessive, deteriorating the toughness, and is likely to cause deformation during hardening, so it is set in the range of 0.5 to 1.5%. Ni (Nickel): In addition to improving the toughness after quenching and tempering in this patented steel, Ni is used to intentionally form a large amount of retained austenite during quenching and utilize this to improve the toughness after quenching and tempering. Another important objective is to enable shaping (for example cold coiling). Therefore, if it is less than 2.0%, sufficient toughness improvement and retained austenite cannot be ensured, and if it exceeds 6%, the toughness improvement effect is saturated and the cost increases, so it was set in the range of 2.0 to 6.0%. Cr (Chromium): Cr is an element effective in preventing decarburization and graphitization of high carbon steel, but if it is less than 0.1%, these effects cannot be fully expected, and if it is less than 1.5%.
Since toughness deteriorates when the content exceeds 0.1% to 1.5%. Mo (molybdenum): Mo is an element effective in improving the fatigue resistance of springs, but if it is less than 0.05%, such an effect will not be sufficiently obtained, and if it exceeds 1.0%, the effect will be saturated. Moreover, composite carbides are formed which are not dissolved in austenite. 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 is
The range was 0.05 to 1.0%. V (vanadium): V 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. 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 the content was set in the range of 0.05 to 0.5%. In addition, to improve the machinability of steel,
S: 0.4% or less, Te: 0.15% or less, Pb: 0.3% or less, Bi: 0.3% or less, Se: 0.3% or less, Ca: 0.01%
One or more of these can be contained as appropriate in the following ranges, and in order to increase strength and weather resistance through precipitation hardening, Cu can also be contained in a range of 0.3 to 3%. Al: 0.01~0.1%, Ti: 0.01~0.3%,
Nb: 0.01~0.3%, Ta: 0.01~0.3%, Zr: 0.01~
One or more of these can be contained in a range of 0.3%, and in order to increase hardenability, B:
It is also possible to add 0.0005-0.01%. Furthermore, [S] is an element that impairs the fatigue strength of springs, and the lower the [S] content, the more reliable the spring will be, so the upper limit is regulated to 0.010% depending on the purpose of use, etc. It is also desirable that [O] generates oxide-based inclusions, which tend to become the starting point of fatigue failure, 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 limit the upper limit to 0.010% depending on the purpose of use. Furthermore, the amount of residual austenite after quenching is 10
% or more to improve cold formability and enable cold forming into a predetermined spring shape after quenching. In this case, for example, C, Ni,
Regarding the three elements of Si, 35・C (%) + 2・Si (%) +
It is also desirable to regulate Ni (%)≧23% so that the amount of retained austenite after quenching is 10% or more. (Example) Next, an example of the present invention will be explained along with a comparative example. Conventionally, as a criterion for determining the high strength of spring steel, a spring is actually formed and then the spring is subjected to an appropriate load for a certain amount of time. There is a method of tightening it and determining the amount of sag before and after tightening. This amount of settling is
It shows a good correlation with the hardness of the material, and the higher the hardness of the material, the smaller the amount of sag. on the other hand,
It is also known that there is a good correlation between tensile strength and hardness. Therefore, the degree of increase in strength of the spring can be evaluated by measuring the tensile strength of the material instead of measuring the amount of set.
Therefore, in the following test examples, it was decided to judge whether the strength of the spring was increased based on the fatigue resistance and tensile strength. Therefore, first, steels having chemical compositions No. 1 to No. 39 shown in Table 1 were melted and then ingot-formed, followed by decomposition rolling and wire rod rolling to produce spring steel wires. Next, tensile test pieces, fatigue test pieces, and fatigue test pieces were cut out from each of these wire rods, quenched at 900°C for 30 minutes in oil, tempered to a predetermined temperature, and then finished into the predetermined test piece shape. . Thereafter, the following tests were conducted.

【表】【table】

【表】 試験例 1 表1のうち、No.1〜No.7の供試鋼は、Cの機械
的性質に及ぼす影響を調べるために準備したもの
である。第1図および第2図に引張試験結果を示
すが、Cが0.40%を下回ると第1図に示すように
引張強さσBは大きく低下し、ばねとして強度不足
であり、また0.75%を上回ると第2図に示すよう
に絞りが大きく低下するので、ばねとして靭性不
足である。ところで、JIS G3565に規定する弁ば
ね用クロムバナジウム鋼オイルテンパー線では、
絞りは線径が3.5mmφ以上で40%、線径が3.5mmφ
以下では45%以上と規定しており、また、引張強
さσBについては、線径が8mmφで180Kgf/mm2
規定されているが、この発明による高強度ばね用
鋼では、上記規定よりもさらにすぐれた引張強さ
σB200Kgf/mm2以上が得られるようにしたもので
あり、供試鋼No.2〜6のものはこれを満足するこ
とが明らかである。 次に、同一試料で耐へたり性についても調べ
た。この場合、実体コイルばねを用いる試験の代
わりにねじクリープ試験により評価した。このと
きの試験条件は、せん断予歪を試験片に与え、こ
の試験片に対して雰囲気温度150℃のもとで負荷
応力100Kgf/mm2を96hr負荷して、その時のせん
断クリープひずみ量を測定した。この結果を同じ
く表1に示す。 表1に示すように、本発明鋼では残留剪断ひず
み量が比較鋼に比べてかなり低く、ばねの高強度
化に十分対応できるものである。 試験例 2 表1のうち、No.8〜No.14の供試鋼は、Siの機械
的性質に及ぼす影響を調べることを目的として準
備したものである。また、第3図は耐力比
(σ0.2/σB)、第4図は絞りによつてそれぞれSiの
効果を評価した結果を示すものである。 第3図に示すように、Siが1.0%よりも低くな
ると耐力比は大きく低下し、ばねとしての機能を
十分に発揮できなくなる。また、第4図に示すよ
うに、Siが3.0%を上回ると絞りが大きく低下し、
この場合にもばねとして靭性不足となる。さら
に、ねじりクリープ試験により耐へたり性を評価
した結果は表1に示してあるが、本発明鋼は比較
鋼に比べて残留せん断ひずみ量は低く、Siが1.0
〜3.0%の場合にはばねの高強度化に十分対応で
きるものである。 試験例 3 表1のうち、No.15〜No.29に示す供試鋼は、Ni
の機械的性質に及ぼす影響を調べることを目的と
して準備したものである。そして、第5図および
第6図はそれぞれ引張強さσBおよび絞りによつて
Niの効果を評価したものである。表1および第
5図、第6図に示すように、C含有量が0.50%前
後の場合、Niが2.0%未満である(No.15)と絞り
が大きく低下し、ばねとして靭性不足である。一
方、Niが6.0%を上回る(No.27)と、靭延性は十
分であるが、強度的に下降の傾向を示し、Niの
効果が飽和する。 なお、No.28、29はCをそれぞれ0.74%、0.82%
含む高C材の靭延性を改善するためにNiを6〜
7%前後含有させたものであるが、第6図に示す
ようにNiを多くしても十分な絞りは得られず、
Niによる靭延性の改善効果はC含有量が0.75%ま
でと判断される。 さらに、ねじりクリープ試験により耐へたり性
を評価した結果は表1に示してあるが、本発明鋼
は比較鋼に比べて残留せん断ひずみ量は低く、
Niを2.0〜6.0%の範囲内にしたものでは、ばねの
高強度化に十分対応できるものである。 試験例 4 表1のうちNo.30〜No.34の供試鋼は、Sの腐食疲
労強度に及ぼす影響を調べることを目的として準
備したものである。 ここで、腐食疲労試験は線材から回転曲げ疲労
試験片を準備し、900℃×30分加熱後油冷、400℃
×2時間加熱後空冷の焼入れ焼もどし処理をした
あと塩水噴霧中に120時間放置し、試験片表面に
腐食ピツトを生成させたあとで疲労試験を実施し
た。 表1に耐久限度の値を示すが、Sを0.010%以
下に規制したものでは明らかに疲労強度が向上し
ているのが認められる。 試験例 5 表1のうちNo.35〜No.39の供試鋼は、[O]、[N]
の疲労強度に及ぼす影響を調べることを目的とし
て準備した試料である。 疲労試験片は上記準備した線材から回転曲げ疲
労試験片を切り出し、900℃×30分加熱後油冷、
400℃×2時間加熱後空冷の焼入れ焼もどし処理
をしたあと大気中で疲労試験を実施した。 表1に耐久限度の値を示すが、[O]を0.0015
%以下に、[N]を0.010%以下に規制してそれぞ
れ酸化物系介在物、TiN系介在物を減少させた
ものは、疲労強度が向上しているのが認められ
る。 試験例 6 この発明による高強度ばね用鋼の線材から冷間
成形によつてコイルばねを製造する場合には、焼
入れ状態で生成する残留オーステナイトを利用し
て冷間成形させるが、それには例えば以下に示す
工程が考えられる。 (1) 焼入れ→冷間成形→焼もどし (2) 焼入れ→冷間成形→サブセロ処理→焼もどし (3) 焼入れ→仮焼もどし→冷間成形→焼もどし ここに示す工程はいずれにしても焼入れ状態で
の残留オーステナイトを利用する点が共通してい
る。 そこで、表2に示すように、残留オーステナイ
トが異なる試料を表1の中から選択して焼入れ後
コイル形状に冷間成形し、その際の成形性を割れ
の発生状況、スプリングバツク量により判定し
た。この結果を表2に示す。
[Table] Test Example 1 In Table 1, test steels No. 1 to No. 7 were prepared to investigate the influence of C on mechanical properties. The tensile test results are shown in Figures 1 and 2. When C is less than 0.40%, the tensile strength σ B decreases significantly as shown in Figure 1, and the spring is not strong enough. If it exceeds this value, the aperture decreases significantly as shown in FIG. 2, and the spring is insufficient in toughness. By the way, chrome vanadium steel oil tempered wire for valve springs specified in JIS G3565,
The aperture is 40% when the wire diameter is 3.5mmφ or more, and when the wire diameter is 3.5mmφ
Below, it is specified as 45% or more, and the tensile strength σ B is specified as 180Kgf/mm 2 for a wire diameter of 8mmφ, but the high strength spring steel according to the present invention exceeds the above specification. The tensile strength σ B of 200 Kgf/mm 2 or more was also obtained, and it is clear that test steel Nos. 2 to 6 satisfy this requirement. Next, the same sample was also examined for its resistance to settling. In this case, instead of a test using a solid coil spring, a screw creep test was used for evaluation. The test conditions at this time were to apply shear prestrain to the test piece, apply a load stress of 100 Kgf/ mm2 to this test piece for 96 hours at an ambient temperature of 150°C, and measure the amount of shear creep strain at that time. did. The results are also shown in Table 1. As shown in Table 1, the residual shear strain of the steel of the present invention is considerably lower than that of the comparative steel, and is sufficient to support higher strength springs. Test Example 2 Test steels No. 8 to No. 14 in Table 1 were prepared for the purpose of investigating the influence of Si on mechanical properties. Furthermore, FIG. 3 shows the results of evaluating the effect of Si on the yield strength ratio (σ 0.2B ), and FIG. 4 shows the results of evaluating the effect of Si on the basis of the aperture. As shown in FIG. 3, when the Si content is lower than 1.0%, the yield strength ratio decreases significantly and the spring cannot function adequately. Furthermore, as shown in Figure 4, when Si exceeds 3.0%, the aperture decreases significantly,
In this case as well, the spring lacks toughness. Furthermore, the results of evaluating the fatigue resistance by a torsional creep test are shown in Table 1, and the residual shear strain of the steel of the present invention is lower than that of the comparative steel, and the Si content is 1.0.
When the content is 3.0%, it is sufficient to increase the strength of the spring. Test Example 3 In Table 1, the test steels shown in No. 15 to No. 29 are Ni
This study was prepared with the purpose of investigating the effect on the mechanical properties of Figures 5 and 6 show the tensile strength σ B and the aperture, respectively.
This is an evaluation of the effect of Ni. As shown in Table 1 and Figures 5 and 6, when the C content is around 0.50% and the Ni content is less than 2.0% (No. 15), the area of area decreases significantly and the spring lacks toughness. . On the other hand, when Ni exceeds 6.0% (No. 27), the toughness and ductility are sufficient, but the strength tends to decrease, and the effect of Ni is saturated. In addition, No. 28 and 29 contain 0.74% and 0.82% of C, respectively.
Ni is added to improve the toughness and ductility of high C materials.
The Ni content was approximately 7%, but as shown in Figure 6, even if the Ni content was increased, sufficient narrowing could not be obtained.
It is judged that the improvement effect of Ni on toughness and ductility occurs when the C content is up to 0.75%. Furthermore, the results of evaluating the fatigue resistance by a torsional creep test are shown in Table 1, and the residual shear strain of the steel of the present invention is lower than that of the comparative steel.
When the Ni content is within the range of 2.0 to 6.0%, it is sufficient to increase the strength of the spring. Test Example 4 Test steels No. 30 to No. 34 in Table 1 were prepared for the purpose of investigating the influence of S on corrosion fatigue strength. Here, for the corrosion fatigue test, a rotary bending fatigue test piece was prepared from a wire rod, heated at 900℃ for 30 minutes, cooled in oil, and heated to 400℃.
After being heated for 2 hours and air-cooled for quenching and tempering, the specimen was left in salt water spray for 120 hours to form corrosion pits on the surface of the specimen, and then a fatigue test was conducted. Table 1 shows the durability limit values, and it can be seen that the fatigue strength of the steels with S content regulated to 0.010% or less is clearly improved. Test Example 5 The test steels No. 35 to No. 39 in Table 1 are [O], [N]
This sample was prepared for the purpose of investigating the effect of fatigue strength on fatigue strength. For the fatigue test piece, a rotary bending fatigue test piece was cut from the wire rod prepared above, heated at 900℃ for 30 minutes, cooled in oil,
After heating at 400°C for 2 hours and cooling in the air for quenching and tempering, a fatigue test was conducted in the atmosphere. Table 1 shows the durability limit values, where [O] is 0.0015
% or less, and those in which [N] is restricted to 0.010% or less to reduce oxide-based inclusions and TiN-based inclusions, respectively, are found to have improved fatigue strength. Test Example 6 When manufacturing a coil spring by cold forming from the high-strength spring steel wire rod according to the present invention, cold forming is performed using retained austenite produced in the quenched state. The following steps can be considered. (1) Quenching → Cold forming → Tempering (2) Quenching → Cold forming → Subcello treatment → Tempering (3) Quenching → Tempering → Cold forming → Tempering In any case, the process shown here is quenching. What they have in common is that they utilize retained austenite. Therefore, as shown in Table 2, samples with different retained austenite were selected from Table 1 and cold-formed into a coil shape after quenching, and the formability at that time was judged by the occurrence of cracks and the amount of springback. . The results are shown in Table 2.

【表】 表2から明らかなように、残留オーステナイト
が10%未満のものでは、同一条件での成形におい
てスプリングバツク量が大きく、これをなくすた
めにはより大きな成形力を必要とし、割れが発生
する場合のあることが確認された。また残留オー
ステナイトが10%以上であれば、これが多いほど
冷間成形性は優れることがわかつた。 また、表1に示すように、冷間成形が可能であ
る残留オーステナイト量10%以上を満足するに
は、C、Ni、Siについての35・C(%)+2・Si
(%)+Ni%であらわされる値(表1では「Y値」
と略す。)が23%以上となるように規制すれば良
いことがわかつた。 (発明の効果) 以上説明してきたように、この発明による高強
度ばね用鋼は、重量%で、C:0.40〜0.75%、
Si:1.0〜3.0%、Mn:0.5〜1.5%、Ni:2.0〜6.0
%、Cr:0.1〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、V:0.05
〜0.5%を含有し、残部Feおよび不純物からなり、
より望ましくは、不純物中において、[S]≦
0.010%、[O]≦0.0015%、[N]≦0.010%に規制
し、使用目的等に応じて焼入れ後の残留オーステ
ナイト量が10%以上であるようにしたから、高強
度のばね用鋼が得られるため、例えば内燃機関の
弁ばね素材として適したものであり、今後の内燃
機関の高回転・高出力化に対応させることが可能
であつて、高応力および高寿命が得られるという
非常にすぐれた効果を有し、この発明による高張
力ばね用鋼を使用して焼入れ後所定のばね形状に
冷間成形を行い、その後焼もどし処理を施して所
定の強度を与えることにより、高強度ばねを得る
ことが可能であるという著大なる効果を有してい
る。
[Table] As is clear from Table 2, when the residual austenite is less than 10%, the amount of spring back is large when molded under the same conditions, and to eliminate this, a larger molding force is required, leading to cracking. It was confirmed that there are cases where It was also found that if the retained austenite content is 10% or more, the cold formability is better as the retained austenite content increases. In addition, as shown in Table 1, in order to satisfy the residual austenite content of 10% or more that allows cold forming, 35・C (%) + 2・Si for C, Ni, and Si must be
(%) + Ni% value (“Y value” in Table 1)
It is abbreviated as ) is 23% or more. (Effects of the Invention) As explained above, the high-strength spring steel according to the present invention has C: 0.40 to 0.75% by weight,
Si: 1.0~3.0%, Mn: 0.5~1.5%, Ni: 2.0~6.0
%, Cr: 0.1-1.5%, Mo: 0.05-1.0%, V: 0.05
Contains ~0.5%, the balance consists of Fe and impurities,
More preferably, in the impurity, [S]≦
0.010%, [O]≦0.0015%, [N]≦0.010%, and the amount of residual austenite after quenching is set to be 10% or more depending on the purpose of use, so high strength spring steel is Therefore, it is suitable as a material for valve springs of internal combustion engines, for example, and can be made to correspond to the high rotation and high output of internal combustion engines in the future, and has an extremely high stress and long life. High strength springs can be produced by using the high tensile strength spring steel according to the present invention, quenching, cold forming into a predetermined spring shape, and then tempering to give a predetermined strength. It has the remarkable effect that it is possible to obtain the following.

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

第1図および第2図はばね用鋼の引張強さおよ
び絞りに及ぼすCの影響を調べた結果を示すグラ
フ、第3図および第4図はばね用鋼の耐力比およ
び絞りに及ぼすSiの影響を調べた結果を示すグラ
フ、第5図および第6図はばね用鋼の引張強さお
よび絞りに及ぼすNiの影響を調べた結果を示す
グラフである。
Figures 1 and 2 are graphs showing the results of investigating the effect of C on the tensile strength and area of area of spring steel, and Figures 3 and 4 are graphs showing the effect of Si on the yield strength ratio and area of area of spring steel. Figures 5 and 6 are graphs showing the results of investigating the effects of Ni on the tensile strength and reduction of area of spring steel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 重量%で、C:0.40〜0.75%、Si:1.0〜3.0
%、Mn:0.5〜1.5%、Ni:2.0〜6.0%、Cr:0.1
〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、V:0.05〜0.5%を含
有し、残部Feおよび不純物からなることを特徴
とする高強度ばね用鋼。 2 不純物中において、[S]≦0.010%、[O]≦
0.0015%、[N]≦0.010%に規制した特許請求の
範囲第1項記載の高強度ばね用鋼。 3 焼入れ後の残留オーステナイト量が10%以上
である特許請求の範囲第1項または第2項記載の
高強度ばね用鋼。 4 C、Ni、Siの3元素について、35・C(%)
+2・Si(%)+Ni(%)≧23%に規制して残留オ
ーステナイト量を10%以上とした特許請求の範囲
第3項記載の高強度ばね用鋼。 5 重量%で、C:0.40〜0.75%、Si:1.0〜3.0
%、Mn:0.5〜1.5%、Ni:2.0〜6.0%、Cr:0.1
〜1.5%、Mo:0.05〜1.0%、V:0.05〜0.5%を含
有し、残部Feおよび不純物からなる高強度ばね
用鋼を使用し、焼入れ後所定のばね形状に冷間成
形を行い、その後焼もどし処理を施して所定の強
度を与えることを特徴とする高強度ばねの製造方
法。
[Claims] 1% by weight, C: 0.40-0.75%, Si: 1.0-3.0
%, Mn: 0.5-1.5%, Ni: 2.0-6.0%, Cr: 0.1
1.5%, Mo: 0.05-1.0%, V: 0.05-0.5%, with the balance consisting of Fe and impurities. 2 In impurities, [S]≦0.010%, [O]≦
The high-strength spring steel according to claim 1, which is regulated to 0.0015% and [N]≦0.010%. 3. The high-strength spring steel according to claim 1 or 2, wherein the amount of retained austenite after quenching is 10% or more. 4 Regarding the three elements C, Ni, and Si, 35・C (%)
The high-strength spring steel according to claim 3, in which the amount of retained austenite is set to 10% or more by regulating +2.Si (%) + Ni (%)≧23%. 5 Weight%: C: 0.40-0.75%, Si: 1.0-3.0
%, Mn: 0.5-1.5%, Ni: 2.0-6.0%, Cr: 0.1
~1.5%, Mo: 0.05~1.0%, V: 0.05~0.5%, using high strength spring steel with the balance consisting of Fe and impurities, and after quenching, cold forming into the specified spring shape, and then A method of manufacturing a high-strength spring, which is characterized by applying a tempering treatment to impart a predetermined strength.
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