JPH02107746A - 高疲労強度ばね鋼 - Google Patents

高疲労強度ばね鋼

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JPH02107746A
JPH02107746A JP25838588A JP25838588A JPH02107746A JP H02107746 A JPH02107746 A JP H02107746A JP 25838588 A JP25838588 A JP 25838588A JP 25838588 A JP25838588 A JP 25838588A JP H02107746 A JPH02107746 A JP H02107746A
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子安 善郎
Tsukasa Takada
高田 司
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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] 本発明は自動車の懸架用のばね、あるいはエンジンの弁
ばね用等に用いられる疲労強度の優れたばね鋼に関する
ものである。
[従来の技術] 自動車エンジンの高出力化、車体の軽量化のため5エン
ジン弁ばねの高応力化、懸架ばねの高応力化のニーズが
極めて高く、これに対応するための高強度ばね鋼が強く
求められている。
従来エンジンの弁ばねに使用されるばね鋼としては、い
わゆるオイルテンパー線が一般的であり。
日本工業規格ではJIS G3561. G3565、
G3566等に規定されている。
ところで最近の高強度化の要求は厳しいものがあり、こ
れらJIS等で規定される鋼では要求を満たすことが鷺
しくなり、さらに合金元素量を増したばね鋼が提案され
ている。(例えば特開昭59−177352、特開昭6
2−107044.特開昭62−177152)これら
のばね鋼は連続炉による焼入・焼戻処理によりオイルテ
ンパー線に加工後、冷間でばねに成型される。高い疲労
強度が必要な場合、更に軟窒化処理、ショットピーニン
グ等により表面を硬化して使用されている。
[発明が解決しようとする課題] しかしこれらの鋼によっても、益々厳しくなる高応力化
の要求を満たすことは出来なかったのが実状であった。
[111題を解決するための手段] 本発明者らは、さらにに高疲労強度が得られるばね鋼の
成分について詳細な実験を行い、化学成分を最適な配分
とすると共に、鋼中の介在物の組成を最適な範囲に調整
することにより、極めて疲労強度の高いばねが得られる
ばね鋼を発明した。
すなわち本発明は 重量%で C:0.55〜0.70%、  Si:1.OO〜2.
50%。
Mn : 0.50−1.50%、  Cr : 0.
50〜2.50%。
Mo : 0.10〜0.90%、  v  : 0.
05 〜0.50%を含有し、残部は実質的にFeから
なる圧延線材において、以下の非金属介在物の条件を満
足することを特徴とする高疲労強度ばね鋼であり、■圧
延線材のL断面において、含有する長さQと巾dの比(
fl/d)が5以下の非粘性介在物の非粘性介在物指数
が10以下であること、■上記非粘性介在物中の最大の
介在物の大きさが15μ以下であること。
また該非金属介在物が、Sin、 : 20〜60%、
AQ20.:20%以下、 CaO: 30%以下、 
MgO: 30%以下の組成の非金属介在物である、高
疲労強度ばね鋼である。
ばねの疲労寿命を向上せしめるためには、熱処理後の鋼
材が高強度で且つ靭性に富むものとなるように化学成分
を調節し、また疲労破壊の起点となる硬質の非金属介在
物を少なくするとともに、ばね製造工程において、表面
軟窒化、ショットピニング、セッチング等の適切な表面
処理、表面改質、表面残留応力のコントロールが重要で
ある。
特に材料的には、上記の内の前二つが肝要である。
本発明者らは、ばね鋼の成分について、強度、靭性、更
に冷間での成型性の観点から研究し上記の成分系を見出
した。
更に次のような実験を行った。
第1図は引張強さ230 kg/mm”の強度を有する
オイルテンパー線について中村式回転曲げ疲労試験を行
い、5000万回疲労強度と非粘性介在物指数の関係を
示す図である。非粘性介在物指数は、圧延線材のL断面
において、長さQと巾dの比が(l/d)≦5の介在物
について、日本ばね工業会「ばね用鋼材における非金属
介在物の顕微鏡試験方法(昭和63年1月20日)」に
よって測定したものである。図中、疲労限度比は、(疲
労限/引張強さ)である。
この図から非粘性介在物指数を10以下とすることによ
り、疲労強度が向上することが判る。
第2図は、5000万回疲労寿命付近の試験応力で試験
し、破断に至った試験片の破壊起点をvR察し。
疲労起点が介在物であった場合その介在物の大きさで疲
労寿命を層別して示した図である。介在物の大きさは上
記の非金属介在物の顕微鏡試験方法で介在物の大きさを
測定する方法に従って測定した。第2図から介在物の大
きさを15μ以下にすることにより疲労寿命が極めて高
くなることが判る。すなわち疲労破壊の起点となる非粘
性介在物の最大の大きさを15μ以下にすることが重要
である。
本発明者等は、更にこれらの非金属介在物を分析した結
果、介在物の組成がSiO□:20〜60%。
AQ20.:20%以下、 CaO: 30%以下、 
MgO: 30%以下となっている場合に、非粘性介在
物指数が10以下となり且つ、大きさは15μ以下とな
ることを見出した。
[作用コ 以下に本発明の構成要件の限定理由について説明する。
Cはオイルテンパー(焼入・焼戻)によりばねとして必
要な強度を得るための元素であり、 0.55%未満で
は強度が得られず、一方0.70%を越すと靭性、延性
の低下が著しく冷間でのばね成型が困罵となるので避け
なければならない。
Siはフェライト地に固溶し強度を上げ耐へたり性を確
保するため必要で、1.00%以上必要であるが、2.
50%を越すと靭性の低下をもたらすと共に、製造時の
脱炭が著しくなるので避けなければならない。
Mnは焼入性を高め、熱処理後の強度と靭性を確保する
ための元素で0.50%以上必要である。
1.50%を越した場合靭性が損われるので避けなけれ
ばならない。
CrはMnと同じように焼入性を高め、ばね強靭性を高
めるための元素で、0.50%以上必要である。
2.50%を越えるとへたり性を劣化せしめるので特許
請求の範囲から除いた。
Moは熱処理により微細な炭化物を析出し強度。
へたり性を向上せしめる元素で、そのため0.10%以
上必要である。0.90%を越えてもそれ以上の効果が
得られないため請求の範囲から除いた。
■は結晶粒の微細化、および析出硬化による強度の向上
、へたり性の改善する元素でそのため0.05%以上必
要であり、 O,SO%を越えて添加してもそれ以上の
効果が得られないため、請求の範囲から除いた。
次に本発明では介在物の形態、量あるいは更に組成を規
定している。これは上述のように鋼の成分を規定し、熱
処理により高強度化した場合に、疲労破壊の起点となる
硬質の介在物を少なくすることにより疲労特性を向上せ
しめるための技術であり、本発明のポイントの一つであ
る。
非粘性介在物指数が10を越えた場合、および非粘性介
在物中の最大の介在物の大きさが15μを越えた場合、
疲労特性が低下するので避けなければならない。
このような介在物の形態を得る介在物の組成としては、
 Sin、が20〜60%を含んでいることが必要であ
る。20%未満では鋼中の酸化物が増加し、又60%を
越えた場合硬質なSiO□が多過ぎて疲労強度が低下す
る。
AQ、O,については20%を越えると硬質の介在物の
量が増すので避けなければならない。
CaOの含有量が30%を越えると硬質の介在物となる
ので適正な範囲は30%以下である。
MgOについては30%を越えると硬質なMgO系介在
物となるのでその範囲を30%以下とした。
[実施例] 以下に実施例を挙げてさらに詳細に説明する。
第1表に示した化学成分を有する鋼を、270を転炉、
取鍋精錬、連続鋳造法により溶製、&I造後、直径8+
amの線材に圧延した。
この線材を通常の方法でオイルテンパー線に加工後、冷
間でばねに成型、低温焼鈍、窒化、ショットピーニング
、セッチング等を経て自動車用の弁ばねに加工した。ば
ね硬さとしては、最終の硬さで)IRC56となるよう
に調節した。第2表にはこのばねの諸元を示した。
第   2   表 このばねについて、平均路カフ0kg/am”、応力振
幅50kg/mm2で疲労試験をした結果、第1表中の
A−1〜A−3までの本発明鋼によるばねは、  50
00万回を越えても折損することがなかったが、比較例
の8−1〜B−2によるばねは全て折損した。
[発明の効果コ 以上詳しく説明した如く1本発明はばねの疲労寿命の向
上に成功したもので、疲労強度が向上した結果、ばねの
設計応力を高くとることができ、ばねの軽量化、体積の
低減等を通じて、自動車の性能向上を図ることが可能と
なった。
【図面の簡単な説明】
第1図は引張強さ230kg/mm’″の強度を有する
オイルテンパー線についての疲労強度と非粘性介在物指
数の関係を示す図、 第2図は5000万回疲労寿命付近の試験応力で試験し
、破断に至った介在物の大きさで疲労寿命を層別して示
した図である。 特許出願人  新日本製鐵株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量%で C:0.55〜0.70%、Si:1.00〜2.50
    %、Mn:0.50〜1.50%、Cr:0.50〜2
    .50%、Mo:0.10〜0.90%、V:0.05
    〜0.50%を含有し、残部は実質的にFeからなる圧
    延線材において、非金属介在物が圧延線材のL断面にお
    いて、長さlと巾dの比(l/d)が5以下の非粘性介
    在物の非粘性介在物指数が10以下であり、かつ該非粘
    性介在物中最大の介在物大きさが15μ以下であること
    、を特徴とする、高疲労強度ばね鋼。
  2. (2)非粘性介在物が、SiO_2:20〜60%、A
    l_2O_3:20%以下、CaO:30%以下、Mg
    O:30%以下の組成の非粘性介在物である請求項(1
    )に記載の高疲労強度ばね鋼。
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