JPH116033A

JPH116033A - 高強度高靱性ばね用オイルテンパー線およびその製造方法

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Publication number: JPH116033A
Application number: JP9176414A
Authority: JP
Inventors: Norito Yamao; 憲人山尾; Takashi Shiaku; 孝至塩飽; Teruyuki Murai; 照幸村井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12
Anticipated expiration: 2017-06-16
Also published as: JP3097606B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度でかつ高靱性を有するばね用オイルテ
ンパー線とその製造方法を提供する。【解決手段】重量％でＣ：0.5〜0.9 ％，Ｓｉ：0.8〜
3.0 ％，Ｍｎ：0.4〜1.0 ％、Ｃｒ：0.4〜1.0 ％を含有
するばね用オイルテンパー線であって、直径0.2 μｍ以
上の球状炭化物が存在せず、かつ結晶粒度番号（JIS G
0051）を10以上とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオイルテンパー線、
特に自動車のエンジン弁ばねやトランスミッション内部
で用いられるばね等の高強度ばね用として用いられる高
強度高靱性オイルテンパー線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の低燃費化に対応して、近年、自
動車のエンジンやトランスミッションの小型軽量化が進
められている。それに伴ってエンジンの弁ばねやトラン
スミッション用のばねに負荷される応力は年々厳しくな
っており、用いられるばね材料にも一層の高強度化が求
められている。これらエンジンの弁ばねやトランスミッ
ションのばねには主として弁ばね用シリコンクロム鋼オ
イルテンパー線や、さらにこれらに炭素量を増やしたり
炭化物形成元素を添加した高強度シリコンクロム鋼オイ
ルテンパー線が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの材料
を高強度化するのに伴い材料の靱性が劣化し、ばね成形
中に折損を起こすという問題点がある。

【０００４】このような問題に対し、特公平3-6981号公
報に示されるように添加Ｖ量と焼入れ条件を規定して結
晶粒度番号を10以上にすることによって靱性を向上させ
る例がある。しかし、この条件では靱性に悪影響を与え
る炭化物を焼入れの加熱時に完全に固溶することができ
ず、特に靱性に大きく影響する直径0.2 μｍ以上の球状
炭化物が残ってしまい大幅な靱性の向上を図ることが不
可能である。

【０００５】また、靱性に悪影響を与える球状炭化物を
減らす方法として、特開平8-176730号公報に示されるよ
うに、焼入れ時の加熱温度を比較的高温にする方法があ
る。しかし、この方法では球状炭化物は減少するものの
結晶粒径が粒度番号で８〜９程度と粗大になり、靱性を
飛躍的に向上させることはできない。

【０００６】さらに、特開平9-71843 号公報に示される
ように加熱温度が比較的高温であるものの加熱時間を短
くすることで球状炭化物の密度を減らす方法があり、こ
の方法では結晶粒度の粗大化が起こる可能性も低いと考
えられる。しかし、この方法で規定された加熱条件で
は、まだ小数ながら直径0.2 μｍ以上の球状炭化物が
残存する、直径0.15μｍ以上で著しく靱性に悪影響を
与えるクロム炭化物も完全には溶解しきれないという問
題があり、靱性の向上に限界がある。

【０００７】従って、本発明の主目的は、高強度でかつ
高靱性を有するばね用オイルテンパー線とその製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明等は種々の検討を
行った結果、下記の各構成により強度と靱性を両立で
き、前記の目標を達成できることを見い出した。

【０００９】すなわち、本発明の第一の特徴は、重量％
でＣ：0.5〜0.9 ％，Ｓｉ：0.8〜3.0 ％，Ｍｎ：0.4〜
1.0 ％、Ｃｒ：0.4〜1.0 ％を含有する鋼であって、直
径0.2 μｍ以上の球状炭化物が存在せず、かつ結晶粒度
番号を10以上としたことにある。この結晶粒度番号はJI
S G 0051の規定に基づく。

【００１０】第二の特徴は、上記オイルテンパー線に重
量％でＶ：0.05〜0.6 ％，Ｍｏ：0.05〜0.5 ％，Ｎｂ：
0.05〜0.2 ％から選択された１種以上を添加したことに
ある。

【００１１】第三の特徴は、直径0.15μｍを超えるクロ
ム炭化物が存在しないことにある。

【００１２】第四の特徴は、直径0.05μｍ以上の球状炭
化物の75％以上をバナジウム、ニオブ、モリブテンのい
ずれか１種以上を主成分とする炭化物としたことであ
る。

【００１３】また、第五の特徴は、上記のオイルテンパ
ー線を製造する方法で、焼入れ焼戻し工程における焼入
れ加熱を、加熱速度300 ℃/sec以上で、加熱温度をＴ
（℃）＝790 ＋80×（10×〔Ｃ％〕）^1/2 ＋10×（10×
〔Ｃｒ％〕）^1/2 ＋20×（10×〔Ｖ％〕）^1/2 で決まる
温度以上かつ1150℃以下とし、加熱開始から焼入れ開始
までの時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕であ
らわされる時間以内とすることにある。

【００１４】上記各特徴によって奏される作用を説明す
る。先ず本発明オイルテンパー線の鋼組成の限定理由を
説明する。

【００１５】Ｃ：0.5 〜0.9 重量％Ｃは鋼線の強度を高めるために必須の元素であるが0.5
％未満では十分な強度が得られず、逆に0.9 ％を超える
と結晶粒界にセメンタイトが析出し著しく靱性が低下す
るためである。

【００１６】Ｓｉ：0.8 〜3.0 重量％Ｓｉは鋼中に置換型元素として固溶し、鋼の強度や耐熱
性を高めるのに有効な元素である。0.8 ％未満ではその
効果は十分ではなく、逆に3.0 ％を超えると固溶しきれ
ず冷間での加工性を著しく損ねるためである。

【００１７】Ｍｎ：0.4 〜1.0 重量％Ｍｎは鋼の焼入れ性を向上させ、鋼中のＳを固定し、そ
の害を阻止するが0.4％未満ではその効果がほとんどな
く、また1.0 ％を超えると靱性が低下するためである。

【００１８】Ｃｒ：0.4 〜1.0 ％ＣｒはＭｎ同様焼入れ性を高めるとともに焼戻し時の軟
化抵抗性を高め、高強度化するのに効果的な元素であ
る。0.4 ％未満ではその効果がなく1.0 ％以上では炭化
物の固溶を抑制し強度低下を招くためである。

【００１９】Ｖ：0.05〜0.6 ％Ｖは焼入れ焼戻し時に炭化物を形成し軟化抵抗を増大さ
せる元素であるが、0.05％未満ではその効果は極めて限
定的であり、0.6 ％を超えると形成される炭化物が粗大
化し靱性を低下させるからである。

【００２０】Ｍｏ：0.05〜0.5 ％ＭｏはＶ同様炭化物を形成し、焼戻し軟化抵抗を増大さ
せる元素であるが、0.05％未満ではその効果はなく、0.
6 ％を越えると形成される炭化物が粗大化し靱性を著し
く低下させるからである。

【００２１】Ｎｂ：0.05〜0.2 Ｎｂは炭化物を形成し、焼戻し軟化抵抗を増大させる元
素であるが、0.05％未満ではその効果はほとんどなく、
0.2 ％を越えると形成される炭化物が粗大化し靱性を大
幅に低下させるからである。

【００２２】観察される球状炭化物の直径の上限を0.2
μｍとした理由球状炭化物はばね成形等の曲げ加工時に破壊の起点とな
ることが知られているが、破壊の起点として作用するか
どうかは直径に依存する。直径が0.2 μｍ未満であれば
起点として作用することは少ないためである。

【００２３】結晶粒度番号が10以上である理由結晶粒径が小さくなると靱性が向上する。この効果が顕
著に現れる結晶粒度番号で10以上であるからである。

【００２４】観察される球状クロム炭化物直径の上限を
0.15μｍとした理由球状炭化物は通常直径0.2 μｍを上回る靱性を著しく低
下させるがクロム炭化物の場合、炭化物周辺のマトリク
スのＣ濃度低下が大きいこともあり、他の炭化物よりも
小さな直径0.15μｍを超えると靱性を著しく低下させる
からである。

【００２５】観察される直径0.05μｍ以上の球状炭化物
の75％以上がバナジウム、ニオブ、モリブテンのいずれ
か１種以上を主成分とする炭化物である理由 0.05μｍ以上0.2 未満の球状炭化物の中で特に、バナジ
ウム炭化物、ニオブ炭化物、モリブテン炭化物はマトリ
クスとの整合性がよく靱性への悪影響が少ない。従っ
て、このサイズ域の炭化物の大部分（75％以上）をバナ
ジウム、ニオブ、モリブテンのいずれか１種以上を主成
分とする炭化物とするものである。

【００２６】上記の条件を満たす炭化物および結晶粒度
は次の熱処理によって得られる。球状炭化物の溶け込み
を図り、大きな炭化物を消滅させるためにはＴ（℃）＝
790 ＋80×（10×〔Ｃ％〕）^1/2 ＋10×（10×〔Ｃｒ
％〕）^1/2 ＋20×（10×〔Ｖ％〕）^1/2 で決まる温度以
上に加熱する必要がある。しかし、加熱温度が1150℃を
超えると結晶粒粗大化が起こるためこの温度以下でなけ
ればならない。また、加熱開始から焼入れ開始までの時
間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕であらわされ
る時間以内で実施しないと結晶粒の粗大化が起こり靱性
が低下する。さらに、加熱速度が300 ℃/sec以下だとＫ
（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕以内の加熱で十分な
炭化物の固溶が行えず、直径0.2 μｍを超える球状炭化
物が残存し靱性を低下させる。

【００２７】

【発明の実施の形態】表１に示す化学成分を有する試料
を溶解、圧延、熱処理、伸線によって線径3.0 ｍｍφの
線とした後、表２に示す条件で焼入れ焼戻しを行った。
さらに線径の影響を見るため試料Ｂについては線径6.0
ｍｍφの線も作製した。これらの試料の焼入れ焼戻し条
件についても表２に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】それぞれの試料について引張り強さの測
定、光学顕微鏡による結晶粒度番号（JIS G 0051）の測
定、分析透過型電子顕微鏡（分析ＴＥＭ）による球状炭
化物の大きさの測定と成分分析を実施した。さらに靱性
評価として線表面に深さ30μｍで先端部0.2 ｍｍＲの疵
をつけ、その疵を外側にしてシャルピー衝撃試験を行い
吸収エネルギーを測定した。その結果を表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３に示すように実施例は全て吸収エネル
ギーが30kg・m/cm²以上となっており、比較例と比べ強度
レベルは同じであるが明らかに優れた靱性を示してい
る。なお、比較例B1,C1 は加熱温度がＴ℃［790 ＋80×
（10×〔Ｃ％〕）^1/2 ＋10×（10×〔Ｃｒ％〕）^1/2 ＋
20×（10×〔Ｖ％〕）^1/2 ］未満、比較例B2,C2 は加熱
速度が300 ℃/sec未満、比較例B3,C3 は加熱温度が1150
℃を超え、比較例B4,C4は焼入れ開始までの時間がＫ秒
［２＋２×〔線径（ｍｍ）〕］を超えている。また、比
較例B5は焼入れ開始までの時間が前記Ｋ秒を超えてい
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
強度でかつ高靱性を有するばね用オイルテンパー線を得
ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：0.5〜0.9 ％，Ｓｉ：0.8〜
3.0 ％，Ｍｎ：0.4〜1.0 ％、Ｃｒ：0.4〜1.0 ％を含有
し、直径0.2 μｍ以上の球状炭化物が存在せず、かつ結
晶粒度番号が10以上であることを特徴とする高強度高靱
性ばね用オイルテンパー線。
【請求項２】重量％で、Ｖ：0.05〜0.6 ％，Ｍｏ：0.
05〜0.5 ％，Ｎｂ：0.05〜0.2 ％から選択された１種以
上を添加してあることを特徴とする請求項１記載の高強
度高靱性ばね用オイルテンパー線。
【請求項３】直径が0.15μｍを超える球状クロム炭化
物が存在しないことを特徴とする請求項１または２記載
の高強度高靱性ばね用オイルテンパー線。
【請求項４】観察される直径0.05μｍ以上の球状炭化
物の75％以上がバナジウム、ニオブ、モリブテンのいず
れか１種以上を主成分とする炭化物であることを特徴と
する請求項２記載の高強度高靱性ばね用オイルテンパー
線。
【請求項５】焼入れ焼戻し工程における焼入れ加熱
を、加熱速度300 ℃/sec以上で、加熱温度をＴ（℃）＝
790 ＋80×（10×〔Ｃ％〕）^1/2 ＋10×（10×〔Ｃｒ
％〕）^1/2 ＋20×（10×〔Ｖ％〕）^1/2 で決まる温度以
上かつ1150℃以下とし、加熱開始から焼入れ開始までの
時間をＫ（秒）＝２＋２×〔線径（ｍｍ）〕であらわさ
れる時間以内とすることを特徴とする高強度高靱性ばね
用オイルテンパー線の製造方法。