JP2756031B2

JP2756031B2 - 高強度ばね用鋼

Info

Publication number: JP2756031B2
Application number: JP2281915A
Authority: JP
Inventors: 強安部; 信正梅沢; 達夫福住; 勝之内堀
Original assignee: Mitsubishi Steel KK
Current assignee: Mitsubishi Steel KK
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1998-05-25
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: US5118469A; CA2045440A1; CA2045440C; JPH04157135A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、自動車、航空機器、各種産業機械等々にお
いて使用される高強度ばね用鋼に関するものである。

［従来の技術］近年、自動車は燃料費節減のため、軽量化が強く要求
されており、この要望は種々のパーツに及んでいて、懸
架装置も例外ではない。これに対する対策としては懸架
ばねの設計応力を高くすることが考えられる。すなわ
ち、ばねを高強度化することが効果的である。現在、懸
架ばね用鋼として、Si-Mn系のSUP7、Si-Cr系のSUP12が
主に用いられているが、さらに設計応力を高くするに
は、これらの鋼種より高強度化する必要がある。一般に
鉄鋼材料の強度は、硬さと相関性が強いが、ばね用鋼の
硬さを高くすると靱性が低下する心配があった。すなわ
ち現用のばね用鋼以上の硬さを得るには靱性の低下がま
ぬがれないことであった。懸架ばねを高硬さ化する際
に、その信頼性を保証するには靱性も現用鋼以上にする
必要があった。

［発明が解決しようとする課題］そこで、本発明では現状のばね用鋼の高強度化のため
硬さが高く、かつ靱性が低下しない高強度ばね用鋼を得
ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明者は硬さと靱性に及ぼす各種元素の影響を調査
した結果、次の関係式が得られた。

硬さ（Hv）＝528.284＋140.655（Ｃ％）＋33.334（Si
％）−31.860（Mn％）−4.349（Ni％）−11.359（Cr
％）＋24.631（Mo％）＋17.306（Ｖ％）＋138.631（Nb
％）＋356.040（Al％）（重相関係数Ｒ＝0.970）。

靱性（2mmUノッチシャルピー衝撃値Cp kgf-m/cm²）＝5.
951−7.726（Ｃ％）＋0.633（Si％）＋0.371（Mn％）＋
0.123（Ni％）＋0.624（Cr％）＋1.581（Mo％）−5.357
（Ｖ％）＋25.386（Nb％）−12.453（Al％）（重相関係
数0.955）ただし、上記関係式は、焼入れにより十分にマルテン
サイト化したものを350℃で焼戻した場合の計算式であ
る。

これらの結果より、硬さと靱性（ここではシャルピー
衝撃値）ともに合金元素と非常に良い相関性が得られる
ことが判明した。すなわち、高硬さを得るには、Ｃ、S
i、Mo、Ｖ、Nb及びAlの量を調整し、一方、シャルピー
衝撃値を高くするにはSi、Mn、Ni、Cr、Mo及びNbの各種
の合金元素を調整することによって、硬さが高く、かつ
靱性が低下しない高強度ばね用鋼がえられるという知見
を得た。

すなわち、本発明は、重量％で、C:0.40〜0.70％、S
i:0.50〜2.00％、Mn:0.50超〜1.50％、Ni:0.50〜2.50
％、Cr:0.20〜1.50％、Mo:0.60超〜1.50％、V:0.01〜0.
50％、Nb:0.01〜0.50％、Al:0.005〜0.100％を含有し、
残部はFe及び不可避的不純物からなる成分組成の範囲内
で、前記硬さと靱性の関係式により求めた硬さ、靱性の
予測値が特定数値範囲の成分組成を選択し、これを焼入
れにより十分にマルテンサイト組織にしたものを350℃
の温度で焼戻しをして、該硬さの数値がHv600以上と靱
性のシャルピー衝撃値数値が3.6kg・f-m/cm²以上となる
優れた成分組成を選択してなることを特徴とする高強度
ばね用鋼である。

これらの合金の成分組成は添加する全ての元素の種類
及び含有量を考慮しながら決定されるものであって、各
元素単独で決定しているのではない。合金の各成分の上
限下限の設定は得られる合金の性質、用途などから決定
されるものである。

本発明における成分の限定理由はつぎのとおりであ
る。

C:Cは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、0.40
％未満ではばねとしての必要な強度を得ることができ
ず、0.70％を越えるとばねが脆くなり過ぎるので、0.40
〜0.70％の範囲とした。

Si:Siはフェライト中に固溶することにより鋼の強度を
向上させるのに有効な元素であるが、0.50％未満ではば
ねとしての必要な強度を得ることができず、2.00％を超
えるとばねを熱間で加熱成形する際、表面の脱炭を生じ
やすく、ばねの耐久性に悪い影響を与えるので、0.50〜
2.00％の範囲内とした。

Mn:Mnは鋼の焼入性を向上させるのに有効な元素であ
り、0.50％を超えて必要であるが、1.50％を超えると靱
性を阻害するため、その範囲を0.50％超えて1.50％以下
とした。

Ni:Niは鋼の焼入性を向上させるのに有効な元素であ
り、0.50％以上が必要であるが、2.50％を超えると焼入
れ、焼戻し後のばねの残留オーステナイトが増大し、ば
ねの疲労強度に悪影響を及ぼすので、その範囲を0.50〜
2.50％とした。

Cr:Crは鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、0.2
0％未満ではばねとしての必要な強度を得ることができ
ず、1.50％を超えると靱性が劣化するので、その範囲を
0.20〜1.50％とした。

Mo:Moは焼入性を確保し、鋼の強度と靱性を高める元素
であるが、0.60％以下ではそれらの効果を十分に期待す
ることができず、また、1.50％を超えると粗大炭化物を
析出しやすく、ばね特性を劣化させるので、その範囲を
0.60〜1.50％とした。

V:Vは鋼の強度を高める元素であるが、0.01％未満では
その効果を十分に期待することができず、また、0.50％
を超えるとオーステナイト中に溶解されない炭化物が増
加し、ばね特性を劣化させるため、その範囲を0.01〜0.
50％とした。

Nb:Nbは結晶粒の微細化及び微細炭化物の析出により鋼
の強度と靱性を高める元素であるが、0.01％未満ではそ
の効果を十分に期待することができず、また、0.50％を
超えるとオーステナイト中に溶解されない炭化物が増加
し、ばね特性を劣化させるため、その範囲を0.01〜0.50
％とした。

Al:Alは脱酸剤及びオーステナイト結晶粒度の調整を図
るために必要な元素であり、0.005％を下まわる場合に
は結晶粒の微細化が図れず、一方、0.100％を超える場
合には鋳造性を低下させ易くなるから、その範囲を0.00
5〜0.100％とした。

本発明鋼は、以上のような成分を有するものである
が、この成分範囲より、前記関係式による硬さと靱性の
数値の優れた成分組成を選択してばね鋼の組成を決定
し、その製造に際しては、通常の製鋼、造塊あるいは連
続鋳造、分塊圧延さらに棒鋼圧延又は線材圧延の工程を
経てばね鋼を得ることができる。その後、熱間コイルば
ね成形、焼入れ焼戻し、ショットピーニング及びセッチ
ングなどの後処理を行い、高強度コイルばねが得られ
る。

［実施例］第１表は、供試鋼の化学成分と焼入れ後350℃で焼戻
したときの硬さとシャルピー衝撃値との関係を示したも
のである。発明鋼は従来鋼及び比較鋼よりシャルピー衝
撃値が高いことがわかる。

次に発明鋼No.22と従来鋼No.11を用いて鋼塊を作成
し、圧延比50以上で熱間圧延し、熱間ばね成形、焼入焼
戻し、ショットピーニング及びセッチングを行った。第
２表は供試ばねの諸元である。ばねの硬さは発明鋼がHv
620、従来鋼はHv530になるように調整した。

これらのばねを用いて耐久試験を行った結果を第３表
に示す。発明鋼は従来鋼より応力条件を高めても同等の
寿命は確保できることを示している。

また、第４表は発明鋼No.22と従来鋼No.11のコイルば
ねの締付試験の結果である。発明鋼は従来鋼より高応力
な条件の下でも従来鋼と同等の耐へたり性は確保できる
ことを示している。すなわち、発明鋼は従来鋼より高応
力で使用されるばねに適用することができる高強度ばね
鋼である。従来よりばねを高強度すなわち高硬さにして
もシャルピー衝撃値が高いので、ばねの信頼性を保証す
ることができる。

［発明の効果］本発明は、コイルばねに適用した場合、寿命および耐
へたり性が優れている高強度ばね鋼で、各種産業用機器
に組込んで効果が大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内堀勝之東京都江東区東雲１―９―31 三菱製鋼株式会社技術開発センター内 (56)参考文献特開平１−184259（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−27959（ＪＰ，Ａ) 特開平１−177318（ＪＰ，Ａ) 特開平４−88123（ＪＰ，Ａ) 特開平３−2354（ＪＰ，Ａ) 特開平１−165751（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.40〜0.70％、Si:0.50〜2.0
0％、Mu:0.50超〜1.50％、Ni:0.50〜2.50％、Cr:0.20〜
1.50％、Mo:0.60超〜1.50％、V:0.01〜0.50％、Nb:0.01
〜0.50％、Al:0.005〜0.100％を含有し、残部はFe及び
不可避的不純物からなり、さらに前記成分の組成の範囲
内で硬さ（Hv）＝528.284＋140.655（Ｃ％）＋33.334（Si
％）−31.860（Mn％）−4.349（Ni％）−11.359（Cr
％）＋24.631（Mo％）＋17.306（Ｖ％）＋138.631（Nb
％）＋356.040（Al％）（重相関係数Ｒ＝0.970）。靱性（2mmUノッチシャルピー衝撃値Cp kgf-m/cm²）＝5.
951−7.726（Ｃ％）＋0.633（Si％）＋0.371（Mn％）＋
0.123（Ni％）＋0.624（Cr％）＋1.581（Mo％）−5.357
（Ｖ％）＋25.386（Nb％）−12.453（Al％）（重相関係
数0.955）からなる関係式により求めた硬さ、靱性の予
測値が特定数値範囲の成分組成を選択し、これを焼入れ
により十分にマルテンサイト組織にしたものを350℃の
温度で焼戻しをして、該硬さの数値がHv600以上と靱性
のシャルピー衝撃値数値が3.6kg・f-m/cm²以上となる優
れた成分組成を選択してなることを特徴とする高強度ば
ね用鋼。