JPH02179846A

JPH02179846A - 快削性，耐久性，耐へたり性に優れたばね鋼

Info

Publication number: JPH02179846A
Application number: JP33401588A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sugimoto; 淳杉本
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-12

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］本発明は自動車等の懸架装置に用いられるコイルばね１
重ね板ばね、トーションバー等に適した快削性、耐久性
及び耐へたり性に優れたばね鋼に関するもの。

（従来技術〕近年、自動車等の輸送機器においては、軽量化への要請
は非常に強い、従ってこれらの懸架装置に使われている
ばね自体の軽量化も強（求められている。

懸架ばねにとって軽量化するための最も効率的な方法は
設計応力をより高くすることである。しかしながら、従
来のばね鋼を高応力下で使用すると、耐久性が低下し、
はね高さが減少する「へたり」と呼ばれる現象が時間の
経過とともに顕著となる。この「へたり」の増大は車両
のバンパーの高さの低下につながり、安全上問題となる
ため。

設計応力を上げることはできない。

一方、ばねの製造工程においては２表面の脱炭層、ａ：
の除去、ばね両端面の加工、テーパコイルばねの製造な
どを目的として、ビーリング　センタレス等の表面切削
、研削が必要となる場合がある。

従来、耐へたり性の優れたばね用銅としては。

ばね鋼中の３１が耐へたり性の改善に有効な元素である
ことが知られている。そして５ＵＰ６よりもさらにＳｔ
量の多い５ＵＰ７．　さらに５ＵＰ７にＮｂ、Ｖを添加
したばね鋼が多く用いられるようになってきた。しかし
、このような耐へたり性改善元素は切削性に関してはあ
まり好ましい元素ではなく、快削性、耐へたり性ともに
優れたばね用銅の開発が強く望まれてきており、この要
求に対し種々の提案がなされている（例えば、特開昭６
３−２１３６４５号公報）。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、近年、上記要求はますます強くなってき
ている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、高Ｓｉ系ばね鋼
において、快削性、耐久性及び耐へたり性に優れたばね
鋼を提供しようとするものである。

〔課題の解決手段〕

本発明は１重量比にしてＣ：０．３５〜０．　５５％、
Ｓ　ｉ　：　１，８０〜３．００％、Ｍｎ：０゜５０〜
１．５０％、Ｎｉ：０．５０〜３６００％。

Ｃｒ：０．　１０〜１．　５０％、Ａｌ：０．０１〜０
．０５％、Ｎ：０．０１０〜０．０２５％を含有し、ま
た、３：Ｑ、０３〜０．４０％、Ｔｅ：ｏ、ｏｏｔ〜０
．１５０％、　　ｐｂ：ｏ、　　ｏｓ〜０゜２０％、Ｃ
ａ　：　０．００１〜０．０５０％の１種または２種以
上を含有し、残り実質的にＦｅよりなることを特徴とす
る快削性、耐久性、耐へたり性の優れたばね鋼にある（
第１発明）。

本発明は、低Ｃ化を図り、Ｎｉ、Ｃｒを添加し。

またＮを従来よりも多量に添加した高Ｓｉ系ばね鋼に、
更に適量のＳ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｔｅのうち１種以上を添加
させることにより、優れた耐久性。

耐へたり性を損なうことな（快削性を改善することに成
功したものである。

まずＣは、ばね用銅として必要な強度を得るのに不可欠
な元素であり、従来鋼では０．　６％程度添加されてい
る。しかし、近年、懸架ばねのより一層の高応力化とい
うことで、ばね硬さとしてＨＲＣ５５以上が必要となり
、従来より高硬度での使用となるため、切欠感受性の増
大等の問題から従来鋼と比較して高靭性であることが要
求される。

しかるにＣは強度は上昇させるが靭性は低下させてしま
うため、Ｃ量を必要な強度が得られる。なるべく低い範
囲に設定することにより２高強度高靭性を確保しようと
するものである。

本発明は、ＨＲＣ５５以上の高硬度において高靭性であ
り、耐へたり性に優れたばね鋼を得ようとして、特に前
記Ｃ量と共に、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮ量について検討してＰ
なされたものである。しかして、前記Ｎｉは、前記のご
とく低Ｃ化のみでは靭性向上が不充分なため添加するも
のである。また３本発明はＰ高Ｓｔ系ばね鋼であるため
５　Ｓｉ量が多く脱炭を生じ易い。そのため、Ｃｒ添加
によってＰ脱炭を抑えようとするものである。

また、Ｎは、鋼中のＡ１と反応させてＡＩＮを作らせ、
これを微細な窒化物粒子として析出させることにより、
耐へたり性を向上させるものである。更に、快削性向上
のために、Ｓ、Ｔｅ、Ｐｂ。

Ｃａの１種又は２種以上を含有させるものである。

次に第２発明はＰ上記第１発明鋼にＶ：０．０５〜０．
５０％、　　Ｎｂ：ｏ、　　０５〜０．５０％。

Ｍｏ：０．０５〜０．５０％の１種又は２種以上を含有
させたもので、これにより優れた快削性を有すると共に
第１発明よりも一層優れた耐久性。

耐へたり性を発揮するばね鋼を得ることができる。

また、第３発明は第１発明鋼において、Ｏ含有量を０．
００１５％以下としたもので９優れた快削性及び耐へた
り性を有すると共に、特に第１発明鋼に比して耐久性を
向上させることができる。

更に、第４発明は、第１発明鋼において、■二０．０５
〜０．５０％、Ｎｂ：０．０５〜０゜５０％、Ｍｏ：０
゜０５〜０．５０％の１種または２種以上と、ｏ：ｏ、
００１５％以下とを含有させたもので、優れた快削性を
有すると共に、特に優れた耐久性及び耐へたり性を有す
る。

以下に、前記発明鋼の成分限定理由について説明する。

ｃ：ｏ、３ｓ〜０．５５％Ｃ量が０．３５％未満では、焼入れ、焼もどしにより高
応力ばね用銅として十分な強度が得られない。一方、０
．５５％を越えて含有させると靭性が低下し、また水焼
入れ時に焼割れが生ずる危険性が有る。

Ｓｉ：１．８０〜３．００％Ｓｔは、耐へたり性、焼戻し特性を改善する効果を有す
るが、１．８０％未満では、十分な効果が得られない。

しかし、３．００％を越えると耐へたり性向上の効果は
飽和し、ばね鋼の圧延熱処理時の脱炭が著しくなる。

Ｍｎ：０．５０〜１．５０％ばね鋼において中心部まで十分にマルテンサイト変態を
起こさせるためには、０．５０％以上必要である。しか
し、１．５０％を越えると靭性の劣化が著しくなる。

Ｎｉ：０．５０〜３．００％Ｎｉは、靭性改善のために添加するが、０．５０％未満
ではその効果が不充分である。一方３゜０％以上では靭
性改善効果が飽和し、焼入れ時にマルテンサイト変態が
十分に行われないために。

大量の残留オーステナイトを形成するおそれがあ、Ｃｒ
：０．　１０〜１．　５０％Ｃｒは、焼入性向上効果がある。また９本発明鋼は、高
Ｓｉのために脱炭を生じ易いが、Ｃｒはこれを抑制させ
る効果を有する。しかし、０．１０％未満ではその効果
が不充分である。一方、１゜５０％を越えると焼戻し組
織が不均一になってしまい、耐へたり性を阻害するおそ
れがある。

ＡＩｏ、０１〜０．０５％ＡＩは、ＡＩＮ結晶粒を微細化し、耐へたり性を向上さ
せる。しかし、ｏ、ｏｉ％未満では上記結晶粒の微細化
が不充分となる。一方、０．０５％を越えると巨大ＡＩ
Ｎ粒子が生成し易くなり。

これが非金属介在物的な作用をすることにより。

疲労強度が低下する。

Ｎ：ｏ、ｏｉｏ〜０．０２５％ＮはＡＩと反応して微細な結晶粒を生成し、結晶粒の粗
大化を防止する。また、ＡＩなど他の元素と結合しない
固溶Ｎはセッチング等の冷間加工によって導入された転
位を固定させ、耐へたり性を向上させる効果を有する。

しかし、０．０１０％未満では該効果が不充分り、０．
０２５％を越えると、鋳造時に鋼塊中に、冷却過程で溶
解Ｎ２ガスが発生し、内部欠陥を誘発する。

Ｓ：０３〜０．４０％、Ｔｅ：０．０１〜０．１５％、
Ｐｂ：０．０３〜０．２０％、Ｃａ：ｏ、００１〜０．
０５０％の１種又は２種以上。

これらの元素は、快削性を向上させる元素である。しか
し、各元素の下限未満では快削性向上効果が少ない、ま
た、上限を越えて含有させると大形介在物の形で鋼中に
残存し、耐疲労寿命を低下させる。

ｖ：ｏ、ｏｓ〜０．５０％、Ｎｂ：０．０５〜０．５０
％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％の１種又は２種以上。

Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏは、結晶粒の微細化効果を発揮し、耐へ
たり性効果を向上させる。しかし、上記の元素が０．０
５％未満では、かかる効果が不充分である。一方、０．
５０％を越えると、巨大炭化物が生成し５疲労強度が低
下する。

０：０．００１５％以下０は、　Ａ　Ｉ　ｔ　Ｏｘなどの酸化物介在物を生成し
。

疲労破壊の起点となるおそれがある。そこで９上限を０
．００１５％以下とした。

〔作用及び効果］本発明においては、前記のごとく、特に低Ｃ化を図ると
共に、Ｎ：０．Ｃｒを添加、またＮを従来よりも多量に
添加している。また、必要に応じて。

Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏの１種または２種以上を、更には０量を
制限する。

しかして１本発明によれば、従来の高Ｓｉ系ばね鋼に比
して、優れた快削性、耐久性及び耐へたり性を有するば
ね鋼を提供することができる。

〔実施例］本発明鋼の特長を、従来鋼、比較鋼と比べ、実施例によ
り説明する。まず、各供試鋼について。

第１表に示す。

第１表においてＵ、　Ｖ鋼は従来鋼で、Ｕ鋼は５ＵＰ７
．Ｖ鋼はＳ　Ｕ　Ｐ　７　ニＮ　ｂ、　　Ｖヲ含有すセ
タものである。また、Ｏ−Ｔ鋼はＴｅ、Ｐｂ、Ｃａを含
有させた比較鋼で、Ａ−Ｎ鋼は本発明鋼で。

Ａ〜Ｅ鋼は第１発明鋼、Ｆ−Ｌ鋼は第２発明鋼で。

Ｖ鋼は第３発明鋼で、Ｎ鋼は第４発明′鋼である。

第２表は第１表の供試鋼について′、Ｂ性、耐へたり性
、耐久性、および快削性を調査し、その結果を示したも
のである。

上記靭性については、前記供試鋼を２０＋ｎｍφに鍛伸
した後、ＪＩＳ３号Ｕノツチ型シャルピー衝撃試験片を
作整し、ついで焼入れ焼戻し処理によりＨＲＣ５５とな
るよう調整して、常温にてシャルピー衝撃試験を行った
。第２表より明らかなように２本発明ｔｌｉＡ−Ｎ鋼は
従来鋼Ｕ、Ｖ鋼に対し。

高い衝撃値を示している。比較鋼についてはＣ量が多い
Ｐ鋼、Ｎ量が多いＳ鋼は衝撃値が低くなっている。

耐へたり性については、まず前記供試鋼Ａ−Ｖ鋼につい
て捩りクリープ試験を行った。前記供試鋼を２０閣φに
圧延した後、平行部面径８．５１の試験片を作整し、焼
入れ焼もどしによりＨＲＣ５５となるよう調整した。そ
してセッチングを行った後、平行部表面が剪断応力１３
０ｋｇ　ｒ　／ｍ＋ｎ”となるように模りトルクを加え
て２４時間後のクリープ歪を測定することにより耐へた
り性を評価した。

なお、実験は２５゛Ｃ一定の空調室にて行い、温度変化
によるへたりの増減がないように配慮した。

コイルばねは使用時に捩りトルクが加わること。

へたりは１種のクリープ現象と考えられていることから
コイルばね用材料の耐へたり性は、この結果で評価でき
る。

第２表から明らかなように９本発明鋼Ａ−Ｎ１ｍは従来
鋼Ｕ、　Ｖ鋼に対し良好な耐へたり性を示しＶ、Ｎｂ、
Ｍｏを添加したＦ−Ｌ、Ｎ鋼が特に優れた結果を示して
いる。比較鋼ではＣ量が少ない０鋼、Ｎ量が少ないＲ鋼
が耐へたり性に劣っている。

また、耐へたり性に関して１本発明鋼を実体ばねにした
時のを幼性を確認するために、前記供試鋼から従来鋼２
本発明鋼の中の代表６網種について第３表に示す諸元を
有するコイルばねを形成し９焼入れ焼もどし処理により
ＨＲＣ５５に調整した。

その後、ショットピーニング、ホットセッチング等を施
した後、素線の剪断応力が１３０ｋｇｆ／ａｕｉ２とな
る荷重を加えて、９６時間経過した後のコイルばねのへ
たり量を測定した。その結果を、第３表に示す。

なお、試験は８０゛Ｃの温度一定で行った。へたり量は
へたり試験の前にコイルばねを一定の高さまで圧縮する
に要した荷重ＰＩと、へたり試験の後に同一の高さまで
圧縮するに要した荷重Ｐ、とを測定し、その差ΔＰ（Ｐ
＋　　Ｐ２）より次式を用いて算出したもので剪断歪の
単位を有し、残留剪断歪と称する値をもって評価した。

第３表ＴＲ：　残留剪断歪Ｇ　：　横弾性係数（ｋｇｆ／ｍｆｆ１”）Ｄ　：　コ
イル平均径（ｍ）ｄ　：　素線径（−）Ｋ　：　ワールの修正係数（コイルばねの形状により定まる定数）その結果、第３表より明らかなように１本発明鋼である
Ｃ、Ｈ，Ｍ、Ｎ鋼は、従来鋼であるＵ、Ｖ鋼に比べ優れ
た耐へたり性を示している。

次に、耐久性に関して述べる。

即ち、前記供試鋼から従来鋼、比較鋼９本発明鋼の中の
代表１２ｗ４種について第３表に示した諸元を有するコ
イルばねを形成し、ショットピーニングを施した後、平
均応力８５　ｋｇ　ｆ　／ｌｒｍ”　、応力振幅４５　
ｋｇ　ｆ　／ｓ”で繰り返し応力を与え疲労試験を行っ
た結果を前記第２表に示した。

同表から明らかなように２本発明鋼であるＣ１Ｈ，Ｍ、
Ｎｍは、従来鋼であるＵ、Ｖ鋼に比べ優れた耐久性を示
し、２０万回繰り返しをしてもいずれも折損しなかった
。また比較鋼については。

Ｃ量の低いＯ鋼、Ｃ量の高いＰ鋼、Ｎｉ量の低いＱ鋼、
Ｎ量の高いＮ鋼は本発明鋼より低い耐久性を示した。

次に、快削性に関して述べる。

即ち、前記供試鋼の被切削性を調べた結果を。

前記第２表に示した。供試鋼Ａ〜ｖ鋼について１４ｍφ
に圧延した後、高速度鋼ドリルで穴あけ加工した時の穿
孔時間を測定し、従来鋼であるＵ＠を１００とした指数
で評価した。

第２表から明らかなように本発明鋼であるＡ〜ＮＲは従
来鋼であるＵ、　　Ｖ鋼に比べて優れた被削性を有して
いる。Ｐｂ、Ｔｅ、Ｃａを添加せず。

Ｓ量の低い比較鋼のＴ鋼は本発明鋼及び従来鋼と比較し
ても切削性は劣っている。

上記のごと（１本発明によれば、快削性、耐久性、耐へ
たり性に優れたばね鋼を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量比にしてＣ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：
１．８０〜３．００％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｎｉ：０．５０〜３．００％、Ｃｒ：０．１０〜１．５
０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１０〜
０．０２５％を含有し、また、Ｓ：０．０３〜０．４０
％、Ｔｅ：０．００１〜０．１５０％、Ｐｂ：０．０３
〜０．２０％、Ｃａ：０．００１〜０．０５０％の１種
または２種以上を含有し、残り実質的にＦｅよりなるこ
とを特徴とする快削性、耐久性、耐へたり性の優れたば
ね鋼。
（２）重量比にしてＣ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：
１．８０〜３．００％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｎｉ：０．５０〜３．００％、Ｃｒ：０．１０〜１．５
０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１０〜
０．０２５％を含有し、また、Ｓ：０．０３〜０．４０
％、Ｔｅ：０．００１〜０．１５０％、Ｐｂ：０．０３
〜０．２０％、Ｃａ：０．００１〜０．０５０％の１種
または２種以上を含有し、またＶ：０．０５〜０．５０
％、Ｎｂ０．０５〜０．５０％、Ｍｏ：０．０５〜０．
５０％の１種または２種以上を含有し、残り実質的にＦ
ｅよりなることを特徴とする快削性、耐久性、耐へたり
性の優れたばね鋼。
（３）重量比にしてＣ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：
１．８０〜３．００％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｎｉ：０．５０〜３．００％、Ｃｒ：０．１０〜１．５
０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１０〜
０．０２５％を含有し、また、Ｓ：０．０３〜０．４０
％、Ｔｅ：０．００１〜０．１５０％、Ｐｂ：０．０３
〜０．２０％、Ｃａ：０．００１〜０．０５０％の１種
または２種以上を含有し、更にＯ：０．００１５％以下
を含有し、残り実質的にＦｅよりなることを特徴とする
快削性、耐久性、耐へたり性の優れたばね鋼。
（４）重量比にしてＣ：０．３５〜０．５５％、Ｓｉ：
１．８０〜３．００％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｎｉ：０．５０〜３．００％、Ｃｒ：０．１０〜１．５
０％、Ａｌ：０．０１〜０．０５％、Ｎ：０．０１０〜
０．０２５％を含有し、また、Ｓ：０．０３〜０．４０
％、Ｔｅ：０．００１〜０．１５０％、Ｐｂ：０．０３
〜０．２０％、Ｃａ：０．００１〜０．０５０％の１種
または２種以上を含有し、またＶ：０．０５〜０．５０
％、Ｎｂ０．０５〜０．５０％、Ｍｏ：０．０５〜０．
５０％の１種または２種以上を含有し、更にＯ：０．０
０１５％以下を含有し、残り実質的にＦｅよりなること
を特徴とする快削性、耐久性、耐へたり性の優れたばね
鋼。