JP3075314B2 - 超高強度ばね用鋼線の製造方法 - Google Patents
超高強度ばね用鋼線の製造方法Info
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超高強度ばね用鋼線の製
造方法に関し、詳しくは、例えば、内燃機関等のための
弁ばね等の製造に好適に用いることができる超高強度ば
ね用鋼線の製造方法に関する。
造方法に関し、詳しくは、例えば、内燃機関等のための
弁ばね等の製造に好適に用いることができる超高強度ば
ね用鋼線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】弁ばね等のように、耐疲労性や耐へたり
性が強く要求されるばね用鋼線としては、代表的には、
Ｓｉ−Ｃｒ鋼のオイルテンパー線が用いられている。か
かるオイルテンパー線の引張強さは、線径に応じた概略
式として、ＴＳmax を最大引張強さ（Kgf/mm2)とし、ワ
イヤ線径をｄ（mm）とするとき、 ＴＳmax ＝７１ｄ-1/2＋１７０ で与えられる。例えば、４mm径のワイヤについて、上記
式に基づいて求めた最大引張強さは、約２０５Kgf/mm2
である。
性が強く要求されるばね用鋼線としては、代表的には、
Ｓｉ−Ｃｒ鋼のオイルテンパー線が用いられている。か
かるオイルテンパー線の引張強さは、線径に応じた概略
式として、ＴＳmax を最大引張強さ（Kgf/mm2)とし、ワ
イヤ線径をｄ（mm）とするとき、 ＴＳmax ＝７１ｄ-1/2＋１７０ で与えられる。例えば、４mm径のワイヤについて、上記
式に基づいて求めた最大引張強さは、約２０５Kgf/mm2
である。
【０００３】また、Ｓｉ−Ｃｒ鋼に合金元素を加えて
も、得られる最大引張強さは、 ＴＳmax ＝７１ｄ-1/2＋１９０ が限界である。例えば、４mm径のワイヤについて、上記
式に基づいて求めた最大引張強さは、約２２５kgf/mm2
である。
も、得られる最大引張強さは、 ＴＳmax ＝７１ｄ-1/2＋１９０ が限界である。例えば、４mm径のワイヤについて、上記
式に基づいて求めた最大引張強さは、約２２５kgf/mm2
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、圧縮・引張コ
イルばねにおいて、ばねの高さＨ（mm）と、ばねに軸方
向力が作用した場合に素線に生じるねじり応力τ（Kgf/
mm2)は、それぞれ次式で与えられる。 Ｈ＝Ａ・Ｎａ・ｄ (1) τ＝８・Ｐ・ｄ／（π・ｄ3) (2) ここに、Ａは定数、Ｎａは有効巻数、ｄは素線径（m
m）、Ｐはばねにかかる荷重（Kgf)、Ｄはコイル平均径
（mm）である。
イルばねにおいて、ばねの高さＨ（mm）と、ばねに軸方
向力が作用した場合に素線に生じるねじり応力τ（Kgf/
mm2)は、それぞれ次式で与えられる。 Ｈ＝Ａ・Ｎａ・ｄ (1) τ＝８・Ｐ・ｄ／（π・ｄ3) (2) ここに、Ａは定数、Ｎａは有効巻数、ｄは素線径（m
m）、Ｐはばねにかかる荷重（Kgf)、Ｄはコイル平均径
（mm）である。
【０００５】一般に、弁ばねの高さを低くすることよつ
て、弁ばねのみでなく、弁の駆動系全体及びそれを保護
しているブロツクを軽量化することができるが、ばねの
高さを低くするためには、前記 (1)式から理解されるよ
うに、有効巻数Ｎａを減少させ、素線径ｄを小さくする
ことが必要である。しかし、この場合には、前記 (2)式
から明らかなように、ばねに作用する繰り返し応力が大
きくなるため、ばねの疲労寿命が低下する。
て、弁ばねのみでなく、弁の駆動系全体及びそれを保護
しているブロツクを軽量化することができるが、ばねの
高さを低くするためには、前記 (1)式から理解されるよ
うに、有効巻数Ｎａを減少させ、素線径ｄを小さくする
ことが必要である。しかし、この場合には、前記 (2)式
から明らかなように、ばねに作用する繰り返し応力が大
きくなるため、ばねの疲労寿命が低下する。
【０００６】他方、エンジン等においては、その出力を
向上させるためには、エンジンの回転数を高めることが
最も有効であることが知られている。従つて、エンジン
の要部に用いられているばねについては、その固有振動
数を大きくすることが望まれることが少なくない。ここ
に、上記固有振動数ｆI は、JIS B 2704によれば、次式 ｆI ＝3.５６×１０5 ・ｄ／（Ｎａ・Ｄ2) (3) で与えられるので、固有振動数ｆI を大きくするために
は、有効巻数Ｎａを減少させ、ばねの素線径を大きくす
ることが必要である。
向上させるためには、エンジンの回転数を高めることが
最も有効であることが知られている。従つて、エンジン
の要部に用いられているばねについては、その固有振動
数を大きくすることが望まれることが少なくない。ここ
に、上記固有振動数ｆI は、JIS B 2704によれば、次式 ｆI ＝3.５６×１０5 ・ｄ／（Ｎａ・Ｄ2) (3) で与えられるので、固有振動数ｆI を大きくするために
は、有効巻数Ｎａを減少させ、ばねの素線径を大きくす
ることが必要である。
【０００７】しかし、素線径ｄを大きくすることは、軽
量化の観点から望ましくないために、素線径ｄを一定に
して、有効巻数Ｎａを減少させることとなるが、この場
合にも、ばねに作用する繰り返し応力が大きくなるた
め、ばねの疲労寿命が低下する。以上の説明から、ばね
の疲労寿命を保証するためには、ばねの素材の強度を向
上させることが基本的に必要である。
量化の観点から望ましくないために、素線径ｄを一定に
して、有効巻数Ｎａを減少させることとなるが、この場
合にも、ばねに作用する繰り返し応力が大きくなるた
め、ばねの疲労寿命が低下する。以上の説明から、ばね
の疲労寿命を保証するためには、ばねの素材の強度を向
上させることが基本的に必要である。
【０００８】従つて、本発明は、従来のばね用鋼におけ
る上記した種々の問題を解決し、高靭延性を有する超高
強度ばね用鋼線の製造方法を提供することを目的とす
る。
る上記した種々の問題を解決し、高靭延性を有する超高
強度ばね用鋼線の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による超超高強度
ばね用鋼線の製造方法は、重量％で(a) Ｃ 0.３０〜
0.８０％、Ｓｉ 0.８０〜2.５０％、Ｍｎ 0.１０〜1.
５０％、Ａｌ 0.１０％以下、及びＣｒ 0.３０〜2.０
０％と、(b) Ｗ 0.０１〜0.５０％、Ｍｏ 0.０１〜
0.５０％、Ｖ 0.０１〜0.５０％、及びＮｂ 0.０１
〜0.５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元
素とを含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる線材
を冷間伸線加工し、次いで、インラインにて焼入れ焼も
どし処理を行なつた後、更に、１０〜３０％の減面率に
て冷間伸線を行なうことを特徴とする。
ばね用鋼線の製造方法は、重量％で(a) Ｃ 0.３０〜
0.８０％、Ｓｉ 0.８０〜2.５０％、Ｍｎ 0.１０〜1.
５０％、Ａｌ 0.１０％以下、及びＣｒ 0.３０〜2.０
０％と、(b) Ｗ 0.０１〜0.５０％、Ｍｏ 0.０１〜
0.５０％、Ｖ 0.０１〜0.５０％、及びＮｂ 0.０１
〜0.５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元
素とを含有し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる線材
を冷間伸線加工し、次いで、インラインにて焼入れ焼も
どし処理を行なつた後、更に、１０〜３０％の減面率に
て冷間伸線を行なうことを特徴とする。
【００１０】本発明による超高強度ばね用鋼線の製造に
用いる鋼材において、Ｃは、所要の強度を得るために必
要な元素であつて、本発明においては、少なくとも0.３
０％を添加することが必要である。しかし、過多に添加
するときは、靭性を劣化させるので、添加量の上限は0.
８０％とする。Ｓｉは、鋼の脱酸に有効であると共に、
得られた線材をオイルテンパーした場合に強度を大きく
向上させる。これらの効果を有効に発現させるために
は、少なくとも0.８０％を添加する必要がある。しか
し、2.５０％を越えて過多に添加するときは、脱炭を助
長して、得られた線材表面の強度を低下させるのみなら
ず、Ｓｉはまた、Ａｌの混入源であるので、Ａｌ量を必
要以上に増加させる。Ａｌ量の増大は、後述するよう
に、非延性介在物を生成させて、ばねの疲労特性を劣化
させる。従つて、本発明においては、Ｓｉ量は0.８０〜
2.５０％の範囲とする。
用いる鋼材において、Ｃは、所要の強度を得るために必
要な元素であつて、本発明においては、少なくとも0.３
０％を添加することが必要である。しかし、過多に添加
するときは、靭性を劣化させるので、添加量の上限は0.
８０％とする。Ｓｉは、鋼の脱酸に有効であると共に、
得られた線材をオイルテンパーした場合に強度を大きく
向上させる。これらの効果を有効に発現させるために
は、少なくとも0.８０％を添加する必要がある。しか
し、2.５０％を越えて過多に添加するときは、脱炭を助
長して、得られた線材表面の強度を低下させるのみなら
ず、Ｓｉはまた、Ａｌの混入源であるので、Ａｌ量を必
要以上に増加させる。Ａｌ量の増大は、後述するよう
に、非延性介在物を生成させて、ばねの疲労特性を劣化
させる。従つて、本発明においては、Ｓｉ量は0.８０〜
2.５０％の範囲とする。
【００１１】Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高める効果を有
し、更に、鋼の靭延性に有害なＳを固定する作用を有す
る。しかし、過多に添加するときは、処理鋼の延性を劣
化させ、高強度線材を得ることが困難となる。従つて、
本発明においては、Ｍｎの添加量は0.１０〜1.５０％の
範囲とする。Ａｌは、これを0.１０％よりも多く添加す
るときは、多量の Al2O3を生成する。この Al2O3は、非
延性であるばかりではなく、非常に硬度が高いために、
ばねの早期破壊を招く。このように、Ａｌは極力抑える
べき元素であつて、本発明においては、0.１０％以下と
される。
し、更に、鋼の靭延性に有害なＳを固定する作用を有す
る。しかし、過多に添加するときは、処理鋼の延性を劣
化させ、高強度線材を得ることが困難となる。従つて、
本発明においては、Ｍｎの添加量は0.１０〜1.５０％の
範囲とする。Ａｌは、これを0.１０％よりも多く添加す
るときは、多量の Al2O3を生成する。この Al2O3は、非
延性であるばかりではなく、非常に硬度が高いために、
ばねの早期破壊を招く。このように、Ａｌは極力抑える
べき元素であつて、本発明においては、0.１０％以下と
される。
【００１２】Ｃｒは、脱炭を防止するのに有効であり、
また、ばねの温間での耐へたり性を向上させる。これら
効果を有効に発現させるためには、0.３０％以上を添加
する必要がある。しかし、2.００％を越えて過多に添加
するときは、靭性を劣化させるので、添加量は0.３０〜
2.００％の範囲とする。本発明においても線材には、上
記した元素に加えて、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂよりなる群
から選ばれる少なくとも１種の元素を添加することがで
きる。
また、ばねの温間での耐へたり性を向上させる。これら
効果を有効に発現させるためには、0.３０％以上を添加
する必要がある。しかし、2.００％を越えて過多に添加
するときは、靭性を劣化させるので、添加量は0.３０〜
2.００％の範囲とする。本発明においても線材には、上
記した元素に加えて、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂよりなる群
から選ばれる少なくとも１種の元素を添加することがで
きる。
【００１３】Ｗは、鋼中で炭化物を形成し、焼戻し時に
析出することによつて、微細析出強化を付与する。しか
し、添加量が0.０１％よりも少ないときは、析出量が不
足する結果、上記した強化の効果が不十分である。しか
し、過多に添加しても、上記効果が飽和する。従つて、
本発明においては、Ｗの添加量は、0.０１〜0.５０％の
範囲とする。
析出することによつて、微細析出強化を付与する。しか
し、添加量が0.０１％よりも少ないときは、析出量が不
足する結果、上記した強化の効果が不十分である。しか
し、過多に添加しても、上記効果が飽和する。従つて、
本発明においては、Ｗの添加量は、0.０１〜0.５０％の
範囲とする。
【００１４】Ｍｏも、鋼中で炭化物を形成し、焼戻し時
に微細な合金炭化物を析出し、二次硬化を促進させるこ
とによつて、耐へたり性と耐疲労特性を向上させる。し
かし、添加量が0.０１％よりも少ないときは、上記した
効果が不十分であり、他方、過多に添加しても、上記効
果が飽和する。従つて、本発明においては、Ｍｏは、0.
０１〜0.５０％の範囲とする。
に微細な合金炭化物を析出し、二次硬化を促進させるこ
とによつて、耐へたり性と耐疲労特性を向上させる。し
かし、添加量が0.０１％よりも少ないときは、上記した
効果が不十分であり、他方、過多に添加しても、上記効
果が飽和する。従つて、本発明においては、Ｍｏは、0.
０１〜0.５０％の範囲とする。
【００１５】Ｖは、結晶粒を微細化し、耐力比を高める
ことによつて、耐へたり性を向上させる効果を有する。
かかる効果を有効に得るためには、0.０１％以上を添加
する必要があるが、しかし、0.５０％を越えて過多に添
加するときは、オーステナイト中に溶解されない合金炭
化物量が増加し、大きい塊状物となつて残存し、非金属
介在物となつて、耐疲労特性を損なう。従つて、Ｖの添
加量の上限は1.０％とする。
ことによつて、耐へたり性を向上させる効果を有する。
かかる効果を有効に得るためには、0.０１％以上を添加
する必要があるが、しかし、0.５０％を越えて過多に添
加するときは、オーステナイト中に溶解されない合金炭
化物量が増加し、大きい塊状物となつて残存し、非金属
介在物となつて、耐疲労特性を損なう。従つて、Ｖの添
加量の上限は1.０％とする。
【００１６】Ｎｂも、Ｖと同様に、耐力比を高めること
によつて、耐へたり性を向上させる効果を有する。かか
る効果を有効に得るためには、0.０１％以上を添加する
必要があるが、しかし、0.５０％を越えて過多に添加し
ても、上記効果が飽和し、また、経済的にも不利である
ので、Ｎｂの添加量の上限は0.５％とする。本発明によ
れば、上述したような化学成分を有する線材を冷間伸線
し、次いで、インラインにて焼入れ焼戻し処理を行なつ
た後、更に、１０〜３０％の減面率にて冷間伸線するこ
とによつて、超高強度ばね用鋼線を得る。
によつて、耐へたり性を向上させる効果を有する。かか
る効果を有効に得るためには、0.０１％以上を添加する
必要があるが、しかし、0.５０％を越えて過多に添加し
ても、上記効果が飽和し、また、経済的にも不利である
ので、Ｎｂの添加量の上限は0.５％とする。本発明によ
れば、上述したような化学成分を有する線材を冷間伸線
し、次いで、インラインにて焼入れ焼戻し処理を行なつ
た後、更に、１０〜３０％の減面率にて冷間伸線するこ
とによつて、超高強度ばね用鋼線を得る。
【００１７】従つて、上記線材は、十分な靭延性を有し
ていることが必要であり、このため、ワイヤの引張強さ
ＴＳ（Kg／cm2)は、その線径をｄ（mm）とするとき、 71ｄ-1/2＋160 ≦ＴＳ≦71ｄ-1/2＋190 なる関係を満たすように、引張強さを調整することが好
ましい。焼入れ焼戻しは、Ａc3温度よりも３０〜５０℃
高いオーステナイト温度に加熱保持した後、油焼入れ
し、その後、所定の強度を得るために、鉛等を用いて焼
戻しする。
ていることが必要であり、このため、ワイヤの引張強さ
ＴＳ（Kg／cm2)は、その線径をｄ（mm）とするとき、 71ｄ-1/2＋160 ≦ＴＳ≦71ｄ-1/2＋190 なる関係を満たすように、引張強さを調整することが好
ましい。焼入れ焼戻しは、Ａc3温度よりも３０〜５０℃
高いオーステナイト温度に加熱保持した後、油焼入れ
し、その後、所定の強度を得るために、鉛等を用いて焼
戻しする。
【００１８】本発明の方法によれば、このように焼入れ
焼戻し処理を行なつた後、ワイヤを酸洗し、表面処理し
た後、減面率１０〜３０％の範囲にて冷間伸線を行な
う。ことによつて、高強度を有しながら絞りにすぐれる
ばね用鋼線を得ることができる。減面率が１０％よりも
少ないときは、強度が十分に向上せず、他方、３０％を
越えるときは、ワイヤの靭延性が劣化する。
焼戻し処理を行なつた後、ワイヤを酸洗し、表面処理し
た後、減面率１０〜３０％の範囲にて冷間伸線を行な
う。ことによつて、高強度を有しながら絞りにすぐれる
ばね用鋼線を得ることができる。減面率が１０％よりも
少ないときは、強度が十分に向上せず、他方、３０％を
越えるときは、ワイヤの靭延性が劣化する。
【００１９】以上のようにして、ワイヤの引張強さをＴ
Ｓ（Kg／cm2)、ワイヤ線径をｄ（mm）、減面率をε（真
歪）とするとき、 71ｄ-1/2＋160 ＋(80 〜90) ε≦ＴＳ≦71ｄ-1/2＋190 ＋(80 〜90) ε (4) を満足する超超高強度ばね用鋼線を得ることができる。
Ｓ（Kg／cm2)、ワイヤ線径をｄ（mm）、減面率をε（真
歪）とするとき、 71ｄ-1/2＋160 ＋(80 〜90) ε≦ＴＳ≦71ｄ-1/2＋190 ＋(80 〜90) ε (4) を満足する超超高強度ばね用鋼線を得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明の方法によれば、
２２０Kgf/mm2 以上の高強度を有しながら、靭延性にす
ぐれるばね用鋼線を得ることができる。
２２０Kgf/mm2 以上の高強度を有しながら、靭延性にす
ぐれるばね用鋼線を得ることができる。
【００２１】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。表１に示す化学成分を有する線材を冷間伸線し、イ
ンラインにて焼入れ、焼戻しした後、更に、表１に示す
減面率にて冷間伸線して、ばね用鋼線を得た。焼入れ・
焼戻し材、及びこの後、冷間伸線して得たばね用鋼線の
機械的性質を表１に示す。
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。表１に示す化学成分を有する線材を冷間伸線し、イ
ンラインにて焼入れ、焼戻しした後、更に、表１に示す
減面率にて冷間伸線して、ばね用鋼線を得た。焼入れ・
焼戻し材、及びこの後、冷間伸線して得たばね用鋼線の
機械的性質を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】比較例Ａ１は、冷間伸線とその後のインラ
インでの焼入れ、焼戻しによつて引張強さを２３０Kgf/
mm2 としたもので、絞りが低い。比較例Ａ２は、焼入
れ、焼戻し後、３０％を超える減面率にて冷間伸線した
ので、絞りの劣化が著しい。これに対して、本発明によ
れば、高強度で変靭延性を有するばね用鋼線を得ること
ができる。
インでの焼入れ、焼戻しによつて引張強さを２３０Kgf/
mm2 としたもので、絞りが低い。比較例Ａ２は、焼入
れ、焼戻し後、３０％を超える減面率にて冷間伸線した
ので、絞りの劣化が著しい。これに対して、本発明によ
れば、高強度で変靭延性を有するばね用鋼線を得ること
ができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−303036（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259028（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−256950（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217421（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21D 8/06,9/52 B21F 35/00
Claims (1)
- 【請求項１】重量％で(a) Ｃ 0.３０〜0.８０％、Ｓ
ｉ 0.８０〜2.５０％、Ｍｎ 0.１０〜1.５０％、Ａｌ
0.１０％以下、及びＣｒ 0.３０〜2.００％と、(b)
Ｗ 0.０１〜0.５０％、Ｍｏ 0.０１〜0.５０％、Ｖ
0.０１〜0.５０％、及びＮｂ 0.０１〜0.５０％よ
りなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有
し、残部鉄及び不可避的不純物よりなる線材を冷間伸線
加工し、次いで、インラインにて焼入れ焼もどし処理を
行なつた後、更に、１０〜３０％の減面率にて冷間伸線
を行なうことを特徴とする超高強度ばね用鋼線の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04011575A JP3075314B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 超高強度ばね用鋼線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04011575A JP3075314B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 超高強度ばね用鋼線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05202417A JPH05202417A (ja) | 1993-08-10 |
| JP3075314B2 true JP3075314B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=11781717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04011575A Expired - Lifetime JP3075314B2 (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 超高強度ばね用鋼線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075314B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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| JP2012052218A (ja) * | 2010-08-03 | 2012-03-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ばね用鋼線及びその製造方法、並びにばね |
| KR20120134534A (ko) * | 2011-06-02 | 2012-12-12 | 삼화강봉주식회사 | 금형수명이 개선된 고강도 냉간단조용 강선 및 그 제조방법 |
| CN109439854B (zh) * | 2018-11-08 | 2020-10-20 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 一种1000MPa级超高强抗腐蚀高延伸率的锚杆钢及其生产方法 |
| CN111321346B (zh) * | 2020-03-05 | 2021-12-24 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种具有优异耐氢致延迟断裂性能的超高强度弹簧钢及其生产方法 |
| CN116411217A (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 无锡市蓝格林金属材料科技有限公司 | 一种弹簧钢丝及其生产方法 |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP04011575A patent/JP3075314B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05202417A (ja) | 1993-08-10 |
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