JPH036351A

JPH036351A - 高疲労強度ばね用鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JPH036351A
Application number: JP13976489A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sugimoto; 淳杉本; Makoto Kawagoe; 川越　誠
Original assignee: Chuo Hatsujo KK; Chuo Spring Co Ltd; Aichi Steel Corp
Current assignee: Chuo Hatsujo KK; Chuo Spring Co Ltd; Aichi Steel Corp
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1991-01-11

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］本発明は自動車などの懸架装置に用いられる重ね板ばね
に適した高疲労強度のばね用鋼およびその製造方法に関
する。

［従来の技術］近年、自動車軽量化の一環として懸架用板ばねの軽量化
が強く求められるようになってきた。板ばねの場合、同
一断面形状とすると、ばねの中央部が最も応力的に厳し
くなることから、中央部の厚さを最大とし、端部はと厚
さを薄くしたＬＴＬ（ロングテーパリーフ）ばねを製造
し、しかも板ばねの枚数を減少させて、軽量化を図ると
いう試みが積極的に進められてきた。

しかしながら、枚数の減少、適用範囲の拡大が進められ
るに従って、使用する板厚の範囲が広がり、従来から使
用されていた５ＵＰ９Ａ、５ＵＰ１０では焼入性の点で
要求を満足することができなくなっている。

［発明が解決しようとする課題］然るに、従来の板ばねの製造方法では、ばね板の圧延加
工や目玉成形などの加工は、それぞれ別々に熱間で行な
われた後、−旦除冷されて再び焼入のために鋼をオース
テナイト化し、油等で急冷したのちに焼もどしをしてい
る。このため、鋼内部では圧延加工により結晶粒を微細
化したにも拘わらず、除冷などにより粗大化してしまい
、表面部では脱炭のおそれが出ており、鋼自体の強度が
減少し、かつエネルギー消費の増大を招いている。

そこで、Ａ３点以上の高温でテーパ圧延後、フェライト
＋パーライト変態前で、加工の影響が消えないうちに焼
入を施し、その後焼もどしを行うという加工熱処理（以
下オースフォーミングという。

）を行うことにより、材料そのものの疲労強度を向上さ
せようとする試みが行なわれるようになってきた。

しかしながら、従来の５ＵＰ９Ａや５ＵＰＩＯ等のばね
用鋼を使用してオースフォーミングを行っ一てもオーステナイト領域が狭いため、ばね用鋼を加熱し
オーステナイト化状態で圧延、端部加工等の加工後に直
ちに焼入を施しても、焼入前にフェライト・パーライト
変態を開始することとなり、完全均一のマルテンサイト
組織が得られず、がっ表面硬さの低下のおそれがあった
。

そこで、本発明は前記の従来鋼や従来技術の欠点を解決
すべくなされたもので、オーステナイト化状態でテーパ
圧延および目玉成形等の熱間加工ができ、直ちに焼入類
もどしをすることにより、所望の組織と靭性が得られる
オースフォーミングに好適なばね用鋼で、しかも高強度
で耐久性に優れたばね用鋼およびその製造方法を提供す
ることを目０勺とする。

［課題を解決するための手段］本発明者は従来のばね用鋼について、オースフォーミン
グを可能にし疲労強度を向上するため、鋭意研究を重ね
た。その結果、オーステナイト領域を拡大し、適切なオ
ースフォーミングを可能にするなめには、ＭｏおよびＢ
の添加が有効であるこ４と、さらにＶを添加することにより疲労強度が著しく改
善されることを知見し本発明を完成した。

また、オースフォーミングの条件についても研究を重ね
、所望の疲労強度が得られる条件を見出だした。

本発明の高疲労強度はね用鋼は第１発明として、重量比
でＣ；０．４０〜０．６５％、Ｓｉ；０．１５〜０．３
５％、Ｍｎ；０．７０〜１５０％、Ｃｒ；０．５０〜１
．１０％、Ｍｏｎ０．１０〜０．４０％、■；０゜１０
〜０．３０％を含有し、残部がＦｅならびに不純物元素
からなることを要旨とする。また、第２発明は第１発明
の焼入性をさらに改善するため、さらにＢ　；Ｏ、ｏ　
Ｏ５〜０．０１００％添加し、第３発明は第２発明の靭
性をさらに改善するなめＮｂ；０．０５〜０．３０％を
添加したことを要旨とするものである。

さらに、本発明方法は高疲労強度ばね用鋼の製造方法で
あって、第１発明鋼および第２発明鋼を８００〜９５０
℃の温度でオーステナイト化した後圧延加工し、５００
℃の温度に降下する前に焼入しその後焼もどしを施すこ
とを要旨とする。

［作用］本発明鋼は従来のばね用鋼にＭｏを０．１０〜０４０％
添加することにより、結晶粒が微細化されるととも、に
、オーステナイト領域が拡大し、焼入性が改善される。

そのため本発明の温度域に加熱することによって、オー
ステナイトの状態で圧延加工および目玉成形等の熱間加
工が可能であって、フェライト・パーライト変態が開始
する前に焼入することができる。その結果、衝撃値が改
善されるとともに、疲労強度が飛躍的に向上する。

また、ＭｏおよびＢの添加により本発明方法のオースフ
ォーミング加工が可能であり、圧延加工により微細化さ
れた金属組織がその後の焼入焼もどしによって常温まで
持ち来されるので、板ばねとしての強度や靭性および耐
久性が増大する。さらに、Ｂの添加により焼入性がさら
に改善され、■の添加により結晶粒が微細化し強度およ
び靭性が改善される。

次に本発明の高疲労強度ばね用鋼の化学成分の組成範囲
限定の理由について説明する。

Ｃ；ｏ　、４０〜０．６５％Ｃは熱処理後にばねとして強度を確保するために必要な
元素であり、高強度ばね鋼として十分な強度を確保する
ために０，４０％以上添加する必要がある。しかし、０
．６５％を超えて含有されると、靭性が阻害されるので
、上限を０．６５％とした。

Ｓｉ；０．１５〜０．３５％Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として必要な元素であり、０．１
５％未満では十分な脱酸を行い、欠陥のない鋼を得るこ
とが困難であるので、下限を０．１５％とした。しかし
、０．３５％を超えて添加されると、靭性が阻害される
ので、上限を０．３５％とした。

Ｍｎ；０．７０〜１５０％Ｍｎはばね鋼の焼入性を確保するために必要な元素であ
り、ばねの中心まで充分に焼が入るためには、少なくと
も０．７０％以上添加する必要がある。しかし、１５０
％を超えて添加されると靭性が劣化するので、上限を１
５０％とした。

Ｃｒ；０．５０〜１．１０％ＣｒはＭｎと同様に焼入性を向上させ、かつ脱炭防止に
効果のある元素である。これらの効果を得るためには０
，５０％以上添加する必要があり、その下限を０．５０
％とした。しかし、１．１０％を超えて含有させると、
熱処理後に残留オーステナイトが増加し、また靭性が阻
害されるので上限を１．１０％とした。

Ｍｏ；０．１０〜０．４０％Ｍｏはオーステナイト領域を拡大し焼入性を向上させる
元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．１
０％以上の添加が必要である。しかし、０．４０％を超
えて添加されると、オーステナイト領域拡大の効果が飽
和するばかりでなく、経済的でないので、その上限を０
．４０％とした。

Ｖ、０．１０〜０．３０％、Ｎｂ、０．０５〜０．３０
％ ■およびＮｂは鋼中において炭化物を形成し、オーステ
ナイト結晶粒を微細化し、耐久性を向上する。前記効果
を得るためには少なくともＶは０゜１０％以上、Ｎｂは
０．０５％以上を添加する必要がある。しかし、■およ
びＮｂは０．３０％を超えて添加されると、結晶粒微細
化の効果は飽和するとともに、Ｃと結び付いて熱処理に
悪影響を及ぼすので、上限を共に０．３０％とした。

Ｂ、０．０００５〜０．０１００％Ｂはばね鋼の焼入性を向上する元素であり、この効果を
得るためには少なくとも０．０００５％以上添加する必
要がある。しかし、０．０１００％を超えて含有される
と、ボロン化物が析出し熱間脆性が現れるので、上限を
０．０１００％とした。

また、本発明方法において、オーステナイト化温度を８
００〜９５０℃としたのは、８００℃未満では熱間加工
後の焼入温度が５００℃未満になり、オーステナイト状
態での焼入が不可能となるからであり、９５０℃を超え
ると脱炭が生しオーステナイト結晶粒が粗大化するから
である。

［実施例］次に本発明鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例で
もって明らかにする。

第１表はこれら供試鋼の化学成分を示すものである。第
１表において、Ａ〜Ｄ鋼は第１発明鋼、Ｅ〜Ｆ鋼は第２
発明鋼で、Ｇ〜Ｈ鋼は第３発明鋼である。また、■鋼は
Ｍｏ含有量の少なかった比較鋼、Ｊ鋼は５ＵＰ９Ａに相
当する従来鋼、ｌぐ鋼はＳＵＰ　１０に相当する従来鋼
である。

（以下余白）これら供試鋼について、引張試験、伸びおよび絞りを測
定するため、供試鋼を１０ｍ＋ｎ直径に鍛伸した後、平
行部が５ｍ＋ｎ直径の試験片に加工し、焼入類もどしに
よりＨＲＣ５１となるように調整し、引張速度０．５ｍ
ｍ１分の速度で引張試験を行った。

また併せて伸びおよび絞りについても測定し第２表に示
した。

第２表の結果より、引張強さについては本発明鋼は従来
鋼と何等遜色ない値が得られた。また、伸びおよび絞り
については本発明鋼は従来鋼よりも優れた値を示しな。

次に、供試鋼を２０で６ｍ直径に鍛伸した後、ＪＩＳＢ
号試験片を作成し、焼入類もどし処理をしＩ−ＩＲＣ５
１に調整してから、常温でシャルピー衝撃値を測定した
。得られた結果は第２表に示した。

第２表の衝撃値の結果より明らかなように、比較鋼の衝
撃値が３　、６　ｋｇｆｍ／　０ｍ２であり、従来鋼の
衝撃値が１　、０〜３　、２　ｋｇｆｍ／　０ｍ２であ
るのに対し、本発明鋼は３　、９〜５　、１　ｋｇｆｔ
ｎ／　０ｍ２であって、本発明鋼の靭性が向上している
ことが確認された。

次に、供試鋼について実体ばね疲労試験を行った。厚さ
１５ｍｍ、幅７０ｍｍの板を用い、板厚が７〜１３＋ｎ
ｍ、板幅７０ｍｍになるように圧延し、長さ１００　ｍ
ｍのＬＴＬばねとした。処理条件としてオーステナイト
化温度８８０℃、焼入温度７００℃でオースフォーミン
グ処理を施して試作し、ショットピーニングを施した後
、平均応力６５　ｋｇｆ　／　＋ａｍ２、振幅応力５０
ｋｇｆ／ｍｍ２で各鋼種３枚づつ試・験を行った。また
、結晶粒度についても測定し、併せて第２表に示した。

第２表の結果より、比較鋼および従来鋼は板ばねの表層
部でフェライト・パーライト変態を起こし、不完全焼入
組織となり、疲労強度は比較鋼で１５万回、従来鋼で７
〜１０万回弱であり、結晶粒度も粗い。

これに対して、本発明鋼はいずれも板ばねの表層部も中
心部も完全なマルテンサイト組織を示し、５０万回まで
未折損で、結晶粒度も１１前後と優れており、本発明の
効果が確認された。

［発明の効果］本発明の高疲労強度ばね用鋼は以上説明したように、従
来のばね用鋼にＭｏおよびＢを添加することにより、結
晶粒を微細化するとともに、オーステナイト禦域を拡大
し、焼入性を改善することにより、オーステナイトの状
態で圧延加工および目玉形成等の熱間加工が可能であっ
て、フェライト・パーライト変態が開始する前に焼入す
ることができるので、強度および靭性が数構されるとと
もに、疲労寿命が飛躍的に向上するという優れた効果が
ある。その結果強度の向上外が板厚の減少を可能とし、
重ね板ばねの軽量化を達成できる。

Claims

【特許請求の範囲】（１）重量比でＣ；０．４０〜０．６５％、Ｓｉ；０．
１５〜０．３５％、Ｍｎ；０．７０〜１．５０％、Ｃｒ
；０．５０〜１．１０％、Ｍｏ；０．１０〜０．４０％
、Ｖ；０．１０〜０．３０％を含有し、残部がＦｅなら
びに不純物元素からなることを特徴とする高疲労強度ば
ね用鋼。（２）重量比でＣ；０．４０〜０．６５％、Ｓｉ；０．
１５〜０．３５％、Ｍｎ；０．７０〜１．５０％、Ｃｒ
；０．５０〜１．１０％、Ｍｏ；０．１０〜０．４０％
、Ｖ；０．１０〜０．３０％、Ｂ；０．０００５〜０．
０１００％を含有し、残部がＦｅならびに不純物元素か
らなることを特徴とする高疲労強度ばね用鋼。（３）重量比でＣ；０．４０〜０．６５％、Ｓｉ；０．
１５〜０．３５％、Ｍｎ；０．７０〜１．５０％、Ｃｒ
；０．５０〜１．１０％、Ｍｏ；０．１０〜０．４０％
、Ｖ；０．１０〜０．３０％、Ｂ；０．０００５〜０．
０１００％、Ｎｂ；０．０５〜０．３０％を含有し、残
部がＦｅならびに不純物元素からなることを特徴とする
高疲労強度ばね用鋼。（４）重量比でＣ；０．４０〜０
．６５％、Ｓｉ；０．１５〜０．３５％、Ｍｎ；０．７
０〜１．５０％、Ｃｒ；０．５０〜１．１０％、Ｍｏ；
０．１０〜０．４０％、Ｖ；０．１０〜０．３０％を含
有し、残部がＦｅならびに不純物元素からなる鋼を、８
００〜９５０℃の温度でオーステナイト化した後圧延加
工し、５００℃の温度に降下する前に焼入し、その後焼
もどしを施すことを特徴とする高疲労強度ばね用鋼の製
造方法。（５）重量比でＣ；０．４０〜０．６５％、Ｓｉ；０．
１５〜０．３５％、Ｍｎ；０．７０〜１．５０％、Ｃｒ
；０．５０〜１．１０％、Ｍｏ；０．１０〜０．４０％
、Ｖ；０．１０〜０．３０％、Ｂ；０．０００５〜０．
０１００％を含有し、残部がＦｅならびに不純物元素か
らなる鋼を、８００〜９５０℃の温度でオーステナイト
化した後圧延加工し、５００℃の温度に降下する前に焼
入し、その後焼もどしを施すことを特徴とする高疲労強
度ばね用鋼の製造方