JPH07107176B2

JPH07107176B2 - 低温焼鈍時の寸法安定性に優れたコイルばねの製造方法

Info

Publication number: JPH07107176B2
Application number: JP2024131A
Authority: JP
Inventors: 幸男山岡
Original assignee: Shinko Wire Co Ltd
Current assignee: Kobelco Wire Co Ltd
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH03229841A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、低温焼鈍時の外径寸法変化率を0.25％以下と
することができる寸法安定性に優れたコイルばねの製造
方法に関する。

（従来技術）ばねの種類は極めて多く、その分類の仕方にも種々の方
法がある。

例えば、金属ばねと非金属ばねとの材質による区分や形
状等にり区分されているが、これらの種類の中、コイル
ばねはばねの機能が確実である上に小型軽量に成形でき
る特性を有することから、産業上幅広く使用されてい
る。

そして、上記コイルばねの中でも冷間成形コイルばねが
多くを占めている。

通常冷間成形コイルばねに使用される鋼線としては、ピ
アノ線、硬鋼線、オイルテンパー線のような焼入れ、焼
戻しを施した熱処理鋼線及びステンレス鋼線が使用され
ている。

ピアノ線、硬鋼線は、熱間圧延された線材を950℃前後
で加熱し、オーステナイト化させた後、500℃〜550℃の
鉛浴に浸漬冷却させ、強靭な微細パーライト組織（ソル
バイト組織）を得るパテンティングと称する恒温変態処
理を施した後、酸洗、皮膜処理が施された後、超合金ダ
イスやダイヤモンドダイスを用いて常温で伸線加工を行
い、所定の線径、強度に仕上げられる。

オイルテンパー線は、中間熱処理→酸洗、潤滑処理→冷
間伸線加工→焼入れ、焼き戻しの熱処理を施して所定の
機械的性質を付与して所定の線径、強度に仕上げられ
る。

他方、ステンレス鋼線は、オーステナイト系ステンレス
鋼線の加工により生じた内部応力を除去し、加工組織を
再結晶させ、延性を回復させると共に熱間加工で析出し
た炭化物等を固溶させる固溶化熱処理を行い、酸洗、皮
膜処理が施された後、超合金ダイスやダイヤモンドダイ
スを用いて常温で伸線加工を行い、所定の線径、強度に
仕上げられる。

以上の如く、上述の冷間成形コイルばねは、コイルばね
に成形された後、残留歪除去や弾性限の向上等の目的に
併せて低温焼鈍処理される。

この低温焼鈍処理温度は、通常ピアノ線300〜500℃、硬
鋼線200〜250℃、オイルテンパー線300〜400℃、ステン
レス鋼線300〜400℃の温度で熱処理が施されている。

ところが、上述の熱処理が施された各鋼線においては、
加工の際生じた残留応力が減少する反面、永久変形が生
ずる。

即ち、炭素鋼は一般的に焼なまし後収縮する性状を示
し、一方、ステンレス鋼の場合では焼なまし後伸びる性
状を示す。

即ち、ピアノ線、硬鋼線、オイルテンパー線はコイルば
ね成形後、低温焼鈍処理するとコイル外径が縮小（密着
高さは高くなる）する性状があり、逆にステンレス鋼線
はコイルばね成形後、低温焼鈍処理するとコイル外径が
拡幅する。（密着高さは低くなる）性状を示すことが文
献、研究論文等々によって知られている。

従って、ばね鋼線を冷間コイルばねに成形する場合に留
意しなけばならないことは、上述の変形を考慮して成形
しなければならない。

例えば、ピアノ線、硬鋼線、オイルテンパー線にあって
は仕様寸法よりコイル外径寸法を大きく、逆にステンレ
ス鋼線は仕様寸法よりコイル外径寸法を小さく設定する
必要がある。

（発明が解決しようとする課題）前述の通り、各種のばね鋼線は、冷間コイル成形加工後
における低温焼鈍処理時の変形は使用する材料によって
種々の性状を示す。

即ち、上述の如く、熱処理が知された各鋼線において
は、加工の際生じた残留応力が減少する反面、永久変形
が生じ、例えば、炭素鋼は焼なまし後収縮する性状があ
り、又ステンレス鋼では焼なまし後伸びる性状がある関
係上、低温焼鈍処理時にコイルばね外径寸法の縮小、拡
幅の変化現象が生ずるといってもその変化量はピッチや
ばね指数等々のばねの形状、コイルばねの成形条件、ば
ね鋼線のサイズ及びメーカー基準等によって様々に変化
し、一定していない。

従って、冷間コイルばねの成形メーカーでは本生産の前
にコイルばねの予備成形を行い、その後、低温焼鈍処理
をして予めコイルばねの収縮、膨張の度合いを知見し、
ばね仕様寸法の許容内に属するか否かを確認しているの
が現状である。

ところが、このコイルばねの収縮、膨張による外径寸法
の変化度合いは、個々のコイルばねによって異なり、一
律ではない。

この為、個々のコイルばねの外径寸法の変化を厳格に調
節することは困難な状況にある。

このように、コイルばね成形加工後の低温焼鈍処理時に
おいて、コイルばね外径寸法の変化が起こった場合で
は、フック角も変化し、特に、引きばねの両端のフック
の相対的な角度にバラツキが生じ、コイルばねの自動装
入組立をシステム化している成形工程ではこれが大きな
障害となっている。

本発明は上述の観点に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、コイルばねの成形後の低温焼鈍時
における寸法変化が極少なステンレス鋼線製コイルばね
の製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は上述の目的を達成する為に、オーステナイト相
とフェライト相の二相を呈する二相混合組織で、かつ、
フェライト量が30〜70％であるステンレス鋼線を用い
て、冷間コイル成形した後、200〜500℃の温度範囲で焼
鈍処理してなる低温焼鈍時の寸法安定性に優れたコイル
ばねの製造方法としたものである。

（作用）前掲の通り、本発明は、コイルばね鋼線の成形後の低温
焼鈍時に発生する外径寸法の縮小変化は結晶組織がフェ
ライト系（体心立方格子構造）であり、膨張変化はオー
ステナイト系（面心立方格子構造）の組織状態に起因す
るとの観点に立って、種々研鑽したものであり、フェラ
イト相とオーステナイト相との二相を呈するステンレス
鋼線であれば、コイルばね外径寸法の縮小膨張の変化を
相互に抑制するとの知見に基づくものである。

即ち、第２図の低温焼鈍温度とコイルばねの外径変化率
（％）との関係を考察した結果、以下の事実が判明し
た。

同図のグラフは、オーステナイト系ステンレス鋼線（SU
S 304）と、フェライト相とオーステナイト相とが50％
づつ混合した２相ステンレス鋼線のコイルばね（何ずれ
も2.6Φ、ばね指数D/d＝10）、フェライト単相のピアノ
線（3.2Φ、ばね指数D/d＝15）のコイルばねを成形し、
０〜600℃の範囲の温度において各々10分間の焼鈍処理
を施し、コイルばね外径変化率Dbを Db＝（D₂−D₁）/D₁×100 ……（１）但し、D₁;コイルばね成形後の外径（mm） D₂;焼鈍処理後の外径（mm）（１）式により求めたものである。

この結果、同グラフから明らかな如く、二相混合の結晶
組織のステンレス鋼線のコイルばねでは、焼鈍温度が20
0℃から500℃の温度範囲内において外径変化が生じてい
ない結果を示しており、他方、オーステナイト系ステン
レス鋼線（SUS 304）では、焼鈍温度が200℃以上になれ
ば外径寸法に膨張現象が起こり、又フェライト単相のピ
アノ線では同様に焼鈍温度が200℃以下になれば外径寸
法に収縮現象が起こり、従来のコイルばねと同様な性状
が見られた。

以上の結果から考察すると、結晶構造としてフェライト
相とオーステナイト相との二相混合の結晶組織のステン
レス鋼線で成形したコイルばねであれば、低温焼鈍時に
起こる外径寸法の縮小膨張の変化を相互に抑制するとの
事実が立証された。

一方、フェライト量を30〜70％の範囲とした理由は、第
３図のフェライト量（％）とコイルばねの外径変化率
（％）（上記（１）式）との関係から見い出したもので
ある。

即ち、同図のグラフは、結晶組織としてフェライト相と
オーステナイト相との二相混合の結晶組織としたコイル
ばね（2.6Φ、ばね指数D/d＝10）を成形後、焼鈍温度;3
80℃、焼鈍時間;10分の処理条件で焼鈍処理した場合に
ついて、そのフェライト量を０〜100（％）の範囲で変
化させて得たものである。

この結果、同グラフから明らかな如く、フェライト量が
30〜70（％）範囲であればコイルばねの外径変化率Db
（％）が極小となった事実が見られ、0.25％以下であっ
た。

他方、フェライト量が20〜０（％）範囲の場合にはコイ
ルばねの外径変化率Db（％）が大きく、膨張現象を示し
ており、又フェライト量が70〜100（％）の範囲ではコ
イルばねの外径変化率Db（％）が大きく、縮小現象が起
こっている事実が見られた。

以上の実験結果から、フェライト量を30〜70（％）範囲
とすることがコイルばねの外径変化率を極小とする為に
は最適であるとの知見によるものである。

尚、本発明方法に用いるコイルばね用鋼線は上記の結果
に基づき結晶組織化されているが、この事実はオーステ
ナイト相とフェライト相の二相を呈する混合組織である
ことゝ、これらの組織の内フェライト量が30〜70％であ
る条件が満足されゝば、コイルばね用鋼線のFe、Cr、Ni
を主成分とする成分組成は特定された組成だけでなく、
同様な成分系であれば同じ結果が得られることも判明し
た。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図の工程図を参照して記述
する。

結晶構造組織が異なる３種のコイルばね用鋼線は次のよ
うに成形した。

ピアノ線成分組成として、Ｃ……0.82％、Si……0.27％、Mn……0.75％、ｐ……0.013％、Ｓ……0.004％の5.5Φ線径のピアノ線材をパテンティング後、酸洗、
皮膜処理の後、180m/minの速度で伸線加工を９回行い、
2.0Φ線径のピアノ線（JIS G3522 SWO−Ｂ）を成形し
た。

但し、この時の引張強さは208kg/mm²であった。

オーステナイト系ばね用ステンレス鋼線成分組成として、Ｃ……0.050％、Si……0.87％、Mn……1.10％、ｐ……0.014％、Ｓ……0.003％、Ni……9.12％、 Cr……18.8％の4.5Φ線径の原線を1150℃で固溶化処理を行い、酸
洗、皮膜処理の後、140m/minの速度で伸線加工を８回行
い、2.0Φ線径のピアノ線（JISG 3522 SWO−Ｂ）を成形
した。

但し、この時に引張強さは182kgf/mm²であった。

本発明の２相ステンレス鋼線成分組成として、Ｃ……0.04％、Si……0.5％、Mn……0.48％、ｐ……0.014％、Ｓ……0.004％、Ni……5.3％、 Cr……23.5％、但し、フェライト量……68％Ｃ……0.03％、Si……0.5％、Mn……0.50％、ｐ……0.010％、Ｓ……0.005％、Ni……8.89％、 Cr……24.0％、但し、フェライト量……51％Ｃ……0.04％、Si……0.48％、Mn……0.50％、ｐ……0.012％、Ｓ……0.003％、Ni……10.01％、 Cr……25.7％、但し、フェライト量……33％の３種類のオーステナイト相・フェライト相の二相混合
組成のばね用ステンレス鋼線（線径６Φ）の原線を1080
℃で固用化処理を行い、酸洗、皮膜処理の後、120m/min
の速度で伸線加工を９回行い、2.0Φ線径のばね用ステ
ンレス鋼線を成形した。但し、この時の引張強さはは
157kgf/mm²、は165kgf/mm²、は171kgf/mm²であっ
た。

次に、コイル外径21mm、ばね指数D/d＝10.5、巻数７の
条件とするコイルばねに成形し、３種類の鋼線を、ピアノ線……焼鈍温度;350℃、焼鈍時間;10分、オース
テナイト系ステンレス鋼線……焼鈍温度;400℃、焼鈍時間;10分、２相ステンレス鋼線……焼鈍温度;400℃、焼鈍時間;10
分、の条件により低温焼鈍処理を施した。

低温焼鈍処理を施した後、前記（１）式により、外径変
化率Dbを求めたところ第１表の結果が得られた。

第１表の結果から判る通り、従来材に比較して本発明
〜の外径変化率Db（％）が極端に小さいことが理解で
きる。

（発明の効果）本発明は、オーステナイト相とフェライト相の二相を呈
する二相混合組織で、かつ、フェライト量が30〜70％で
あるステンレス鋼線を用いて、冷間コイル成形した後、
200〜500℃の温度範囲で焼鈍処理してなるものであるか
ら、低温焼鈍による外径寸法変化率が0.25％以下とな
り、成形後の低温焼鈍処理時に起こるコイルばね外径の
変化が極小となった。

この為、コイルばねの製作時に定量的な予測がつきがた
い低温焼鈍処理時に起こる外径変化を予め見込む必要が
なく、作業能率の向上が図れた。

また、外径変化率が小さいのでばね寸法が安定し、歩留
りも向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例に係るコイル用ばねの成形
工程を示す説明図、第２図は低温焼鈍温度とコイルばね
の外径変化率（％）との関係を示すグラフ、第３図はフ
ェライト量（％）とコイルばねの外径変化率（％）との
関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オーステナイト相とフェライト相の二相を
呈する二相混合組織で、かつ、フェライト量が30〜70％
であるステンレス鋼線を用いて、冷間コイル成形した
後、200〜500℃の温度範囲で焼鈍処理してなることを特
徴とする低温焼鈍時の寸法安定性に優れたコイルばねの
製造方法。