JP2860789B2 - 焼入性、耐久性の優れたばね用鋼 - Google Patents
焼入性、耐久性の優れたばね用鋼Info
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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に用いられる重ね板ばねに適した
焼入性、耐久性に優れた板ばね用鋼及びその製造方法に
関するものである。 （従来技術） 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、端部ほど厚さを薄くしたLTL（ロングターパー
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最近、積極的に進められ
るようになってきた。 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SUP9A、SUP10で焼入性の点で、ばねメーカ
ーの要求を満足することができなくなり、やむを得ず、
Ｂ、Mo等の高価な元素を添加したり、SUP11A、51 Cr
MoV4、SAE4161等の材料を使わざるを得ない状態にあっ
た。 一方、他の軽量化手段として、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
に焼入れを施し、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いう試み
が行われるようになってきたあ。 しかし、従来鋼では焼入性が不足しているため、圧延
後、焼入れまでの時間を多賀くできないこと、結晶粒が
粗大化し易いこと、焼入性を満足してもコスト高となる
などの問題点を解決する鋼種がなく、オースフォーミン
グにより所望の効果が得られる鋼種の開発が強く要望さ
れていた。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記業界の要望に応え、焼入性、耐久性に優
れた板ばね用鋼及びその製造方法の提供を目的とするも
のである。 （問題点を解決するための手段） 本発明はこのような背景の基に、本発明者が研究を重
ねた結果、従来のSUP10のＣ量を増加し、かつMn、Crを
規制することにより、ばね業界から要望される焼入性を
確保し、さらに、オースフォーミングによって耐久性等
の性能を大きく向上させることのできる板ばね用鋼及び
その製造方法を開発することに成功したものである。 すなわち、本発明の板ばね用鋼は、重量比にして、Ｃ
0.56〜0.70％、Si 0.15〜0.48％、Mn 0.90〜1.50
％、Cr 1.00％を超えて1.50％以下と、Ｖ 0.05〜0.50
％及びNb 0.05〜0.50％のうちの少なくとも１方とを含
有し、残部Feならびに不純物元素からなるものである。 また、本発明の板バネ用鋼の製造方法は、重量比にし
て、Ｃ 0.56〜0.70％、Si 0.15〜0.48％、Mn 0.90〜
1.50％、Cr 1.00％を超えて1.50％以下と、Ｖ 0.05〜
050％及びNb 0.05〜0.50％のうちの少なくとも１方と
を含有し、残部Feならびに不純物元素からなる鋼を、圧
延し、その後、フェライトパーライト変態前で且つ加工
の影響が消えないうちに焼入れを施し、次いで、焼もど
しを施すものである。 このように焼入性に優れ、圧延後、焼入れまでの時間
を長くすることができ、結晶粒が粗大化し難く、かつ低
コストの本発明鋼を用いることにより、オースフォーミ
ングによって材料そのものの疲労強度を向上させること
ができる。 以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。 Ｃの下限を0.56％としたのは、SUP10に比べて同一硬
さを得ようとするのにより高い温度での焼もどしを可能
とし、靭性を確保するためであり、上限を0.70％とした
のは、0.70％を超えて含有させると、焼割れが起こり易
くなるためである。Si量を0.15〜0.48％としたのは、0.
15％未満では脱酸を十分に行い、欠陥のない鋼を得るこ
とが困難となるためであり、0.48％以下とすると、第５
表の組成ならびに第６表の結果に示すように、優れた各
性能バランスを示すためである。尚、このSiを1.0％を
超えて含有させると、圧延後の表面にフェライト脱炭が
生じ易くなる。 Mn量を0.90％〜1.50％としたのは、0.90％未満では十
分な焼入性を得ることができないためであり、1.50％を
超えて含有させると、靭性を阻害するためである。 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には1.00％を
超えて含有させる必要がある。しかし、Crを1.50％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1.50％とした。 Ｖ、Nbは鋼中において炭化物を形成し、焼入れ時の加
熱においてオーステナイト中に溶解されなかった炭化物
は、オーステナイト結晶粒を微細化し、耐久性を向上さ
せるとともに、焼割れを防止する働きがある。これらの
効果を得るには、Ｖ、Nbともに0.05％以上含有させる必
要があり、下限を0.05％とした。しかし、Ｖ、Nbともに
0.50％を超えて含有させると、オーステナイト中に溶解
されないＶ、Nbの未溶解物量が増加し、非金属介在物と
同様な影響を及ぼし、逆に耐久性が低下する恐れがある
ため、上限を0.50％とした。 （実施例） 以下に本発明鋼の特徴を従来鋼と比べて実施例でもっ
て明らかにする。 第１表は供試鋼の化学成分を示すものである。 尚、第１表においてA2、A5〜７は本発明鋼、A1、A3〜
４は比較鋼、B1、B2鋼は従来鋼である。 第２表は第１表の供試鋼の引張試験、シャルピー衝撃
試験の結果を示したものである。 引張試験は、供試鋼を10mm直径に鍛伸した後平行部を
5mm直径の試験片に加工し、焼入れ焼もどし処理を施
し、HRC 51となるよう調整した試験片を用い、引張速
度0.5mm/分の速度で引張試験を行った。 シャルピー衝撃試験は供試鋼を20mm直径に鍛伸した
後、JIS3号試験片を作製し、焼入れ焼もどし処理をし、
硬さをHRC 51に調整してから常温で試験を行った。 第２表から明らかなように、引張特性については本発
明鋼は従来鋼とほぼ同等の伸び、絞り値を示した。しか
しながら靭性については、従来鋼に比較してすぐれた衝
撃値を示した。 本発明鋼を実体ばねにした時の有効性を確認するため
に、前記供試鋼から第３表に示す諸元を有するLTL板ば
ねを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75kgf/mm2、振幅55kgf
/mm2で各鋼種３枚づつ試験を行った。なお、試験は焼入
性の差が結果に表れぬようにすため、板厚は最大で25mm
とした。 試験結果を第４表に示す。 第４表は疲労寿命、結晶粒度、ともに平均値で示した
ものである。本発明鋼はいずれも100万回まで未析損で
結晶粒度も9.8以上と優れていたのに対し、従来鋼はい
ずれも20万回台まで破損し、結晶粒度もＶの添加されて
いないB2鋼は大きく劣っていた。 なお、他の項目（脱炭、内部硬さ、非金属介在物）の
材質調査も行ったが、大きな差はなく、疲労寿命の差
は、結晶粒度の差とオースフォーミングの効果の程度の
差によるものと考えられる。 一方、本発明鋼の焼入性が優れていることを確認する
ために、第５表に示す成分の材楼を実験炉にて溶解し、
各種板厚に鍛伸した後、ばねメーカー実ラインにて焼入
性確認実験を行った。結果を第６表に示す。結果は、焼
入れ後中心硬さを測定し、完全に焼きが入った場合の硬
さ（ジョミニー焼入端から1/16インチの位置での硬さで
代用）に対して、HRC ８以上低下した場合に×印と
し、他を○印として表現した。○と×との境界は、80％
マルテンサイト状態に相当する。 尚、第５表で、A9〜12は本発明鋼、A8は比較鋼、B3、
B4は従来鋼SUP9A、SUP10の成分上限鋼である。 第６表より明らかなように、従来鋼SUP9A、SUP10では
成分を上限近くにして焼入性を高めても、板厚焼30mmが
限界であるのに対し、本発明鋼はMn、Cr量を適当量添加
したことにより、50mm程度の板厚でも焼きを入れること
が可能となることが分かった。なお、従来鋼でもMo、Ｂ
等が添加された材料を用いれば、板厚50mmでも焼きを入
れることが可能になると思われるが、コストの上昇は避
けられないと考えられる。 （発明の効果） 以上述べたように、本発明鋼はMn−Cr−Ｖばね鋼（SU
P10）のＣ、Mn、Crを高め、Nb、Ｖを適量添加させてや
ることによって、オースフォーミングの効果が容易に得
られ、しかも大きくコスト上昇せずに優れた焼入性を得
ることができることが確認できた。従って、今後板ばね
を高応力化し、軽量化を進めていく上で非常に有効であ
り、極めて高い実用性を有するものである。
焼入性、耐久性に優れた板ばね用鋼及びその製造方法に
関するものである。 （従来技術） 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、端部ほど厚さを薄くしたLTL（ロングターパー
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最近、積極的に進められ
るようになってきた。 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SUP9A、SUP10で焼入性の点で、ばねメーカ
ーの要求を満足することができなくなり、やむを得ず、
Ｂ、Mo等の高価な元素を添加したり、SUP11A、51 Cr
MoV4、SAE4161等の材料を使わざるを得ない状態にあっ
た。 一方、他の軽量化手段として、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
に焼入れを施し、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いう試み
が行われるようになってきたあ。 しかし、従来鋼では焼入性が不足しているため、圧延
後、焼入れまでの時間を多賀くできないこと、結晶粒が
粗大化し易いこと、焼入性を満足してもコスト高となる
などの問題点を解決する鋼種がなく、オースフォーミン
グにより所望の効果が得られる鋼種の開発が強く要望さ
れていた。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記業界の要望に応え、焼入性、耐久性に優
れた板ばね用鋼及びその製造方法の提供を目的とするも
のである。 （問題点を解決するための手段） 本発明はこのような背景の基に、本発明者が研究を重
ねた結果、従来のSUP10のＣ量を増加し、かつMn、Crを
規制することにより、ばね業界から要望される焼入性を
確保し、さらに、オースフォーミングによって耐久性等
の性能を大きく向上させることのできる板ばね用鋼及び
その製造方法を開発することに成功したものである。 すなわち、本発明の板ばね用鋼は、重量比にして、Ｃ
0.56〜0.70％、Si 0.15〜0.48％、Mn 0.90〜1.50
％、Cr 1.00％を超えて1.50％以下と、Ｖ 0.05〜0.50
％及びNb 0.05〜0.50％のうちの少なくとも１方とを含
有し、残部Feならびに不純物元素からなるものである。 また、本発明の板バネ用鋼の製造方法は、重量比にし
て、Ｃ 0.56〜0.70％、Si 0.15〜0.48％、Mn 0.90〜
1.50％、Cr 1.00％を超えて1.50％以下と、Ｖ 0.05〜
050％及びNb 0.05〜0.50％のうちの少なくとも１方と
を含有し、残部Feならびに不純物元素からなる鋼を、圧
延し、その後、フェライトパーライト変態前で且つ加工
の影響が消えないうちに焼入れを施し、次いで、焼もど
しを施すものである。 このように焼入性に優れ、圧延後、焼入れまでの時間
を長くすることができ、結晶粒が粗大化し難く、かつ低
コストの本発明鋼を用いることにより、オースフォーミ
ングによって材料そのものの疲労強度を向上させること
ができる。 以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。 Ｃの下限を0.56％としたのは、SUP10に比べて同一硬
さを得ようとするのにより高い温度での焼もどしを可能
とし、靭性を確保するためであり、上限を0.70％とした
のは、0.70％を超えて含有させると、焼割れが起こり易
くなるためである。Si量を0.15〜0.48％としたのは、0.
15％未満では脱酸を十分に行い、欠陥のない鋼を得るこ
とが困難となるためであり、0.48％以下とすると、第５
表の組成ならびに第６表の結果に示すように、優れた各
性能バランスを示すためである。尚、このSiを1.0％を
超えて含有させると、圧延後の表面にフェライト脱炭が
生じ易くなる。 Mn量を0.90％〜1.50％としたのは、0.90％未満では十
分な焼入性を得ることができないためであり、1.50％を
超えて含有させると、靭性を阻害するためである。 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には1.00％を
超えて含有させる必要がある。しかし、Crを1.50％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1.50％とした。 Ｖ、Nbは鋼中において炭化物を形成し、焼入れ時の加
熱においてオーステナイト中に溶解されなかった炭化物
は、オーステナイト結晶粒を微細化し、耐久性を向上さ
せるとともに、焼割れを防止する働きがある。これらの
効果を得るには、Ｖ、Nbともに0.05％以上含有させる必
要があり、下限を0.05％とした。しかし、Ｖ、Nbともに
0.50％を超えて含有させると、オーステナイト中に溶解
されないＶ、Nbの未溶解物量が増加し、非金属介在物と
同様な影響を及ぼし、逆に耐久性が低下する恐れがある
ため、上限を0.50％とした。 （実施例） 以下に本発明鋼の特徴を従来鋼と比べて実施例でもっ
て明らかにする。 第１表は供試鋼の化学成分を示すものである。 尚、第１表においてA2、A5〜７は本発明鋼、A1、A3〜
４は比較鋼、B1、B2鋼は従来鋼である。 第２表は第１表の供試鋼の引張試験、シャルピー衝撃
試験の結果を示したものである。 引張試験は、供試鋼を10mm直径に鍛伸した後平行部を
5mm直径の試験片に加工し、焼入れ焼もどし処理を施
し、HRC 51となるよう調整した試験片を用い、引張速
度0.5mm/分の速度で引張試験を行った。 シャルピー衝撃試験は供試鋼を20mm直径に鍛伸した
後、JIS3号試験片を作製し、焼入れ焼もどし処理をし、
硬さをHRC 51に調整してから常温で試験を行った。 第２表から明らかなように、引張特性については本発
明鋼は従来鋼とほぼ同等の伸び、絞り値を示した。しか
しながら靭性については、従来鋼に比較してすぐれた衝
撃値を示した。 本発明鋼を実体ばねにした時の有効性を確認するため
に、前記供試鋼から第３表に示す諸元を有するLTL板ば
ねを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75kgf/mm2、振幅55kgf
/mm2で各鋼種３枚づつ試験を行った。なお、試験は焼入
性の差が結果に表れぬようにすため、板厚は最大で25mm
とした。 試験結果を第４表に示す。 第４表は疲労寿命、結晶粒度、ともに平均値で示した
ものである。本発明鋼はいずれも100万回まで未析損で
結晶粒度も9.8以上と優れていたのに対し、従来鋼はい
ずれも20万回台まで破損し、結晶粒度もＶの添加されて
いないB2鋼は大きく劣っていた。 なお、他の項目（脱炭、内部硬さ、非金属介在物）の
材質調査も行ったが、大きな差はなく、疲労寿命の差
は、結晶粒度の差とオースフォーミングの効果の程度の
差によるものと考えられる。 一方、本発明鋼の焼入性が優れていることを確認する
ために、第５表に示す成分の材楼を実験炉にて溶解し、
各種板厚に鍛伸した後、ばねメーカー実ラインにて焼入
性確認実験を行った。結果を第６表に示す。結果は、焼
入れ後中心硬さを測定し、完全に焼きが入った場合の硬
さ（ジョミニー焼入端から1/16インチの位置での硬さで
代用）に対して、HRC ８以上低下した場合に×印と
し、他を○印として表現した。○と×との境界は、80％
マルテンサイト状態に相当する。 尚、第５表で、A9〜12は本発明鋼、A8は比較鋼、B3、
B4は従来鋼SUP9A、SUP10の成分上限鋼である。 第６表より明らかなように、従来鋼SUP9A、SUP10では
成分を上限近くにして焼入性を高めても、板厚焼30mmが
限界であるのに対し、本発明鋼はMn、Cr量を適当量添加
したことにより、50mm程度の板厚でも焼きを入れること
が可能となることが分かった。なお、従来鋼でもMo、Ｂ
等が添加された材料を用いれば、板厚50mmでも焼きを入
れることが可能になると思われるが、コストの上昇は避
けられないと考えられる。 （発明の効果） 以上述べたように、本発明鋼はMn−Cr−Ｖばね鋼（SU
P10）のＣ、Mn、Crを高め、Nb、Ｖを適量添加させてや
ることによって、オースフォーミングの効果が容易に得
られ、しかも大きくコスト上昇せずに優れた焼入性を得
ることができることが確認できた。従って、今後板ばね
を高応力化し、軽量化を進めていく上で非常に有効であ
り、極めて高い実用性を有するものである。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭60−116720（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−82428（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−170241（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−188651（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．重量比にして、Ｃ 0.56〜0.70％、Si 0.15〜0.48
％、Mn 0.90〜1.50％、Cr 1.00％を超えて1.50％以下
と、Ｖ 0.05〜0.50％及びNb 0.05〜0.50％のうちの少
なくとも１方とを含有し、残部Feならびに不純物元素か
らなることを特徴とする焼入性、耐久性に優れた板ばね
用鋼。 ２．厚さが30mmを超えて50mm以下であることを特徴とす
る請求項１記載の焼入性、耐久性に優れた板ばね用項。 ３．結晶粒度番号が9.8以上であることを特徴とする請
求項１又は２記載の焼入性、耐久性に優れた板ばね用
項。 ４．下記の方法により測定した衝撃値が3.2kgf・m/cm2
以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載の焼入性、耐久性に優れた板ばね用鋼。 測定方法;JIS3号試験片により常温で測定する。 ５．重量比にして、Ｃ 0.56〜0.70％、Si 0.15〜0.48
％、Mn 0.90〜1.50％、Cr 1.00％を超えて1.50％以下
と、Ｖ 0.05〜0.50％及びNb 0.05〜0.50％のうちの少
なくとも１方とを含有し、残部Feならびに不純物元素か
らなる鋼を、圧延し、その後、フェライトパーライト変
態前で且つ加工の影響が消えないうちに焼入れを施し、
次いで、焼もどしを施すことを特徴とする焼入性、耐久
性に優れた板ばね用鋼の製造方法。 ６．厚さが30mmを超えて50mm以下であることを特徴とす
る請求項５記載の焼入性、耐久性に優れた板ばね用鋼の
製造方法。 ７．結晶粒度番号が9.8以上であることを特徴とする請
求項５又は６記載の焼入性、耐久性に優れた板ばね用鋼
の製造方法。 ８．請求項４に記載の方法により測定した衝撃値が3.2k
gf・m/cm2以上であることを特徴とする請求項５乃至７
のいずれか１項に記載の焼入性、耐久性に優れた板ばね
用鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107532A JP2860789B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 焼入性、耐久性の優れたばね用鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62107532A JP2860789B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 焼入性、耐久性の優れたばね用鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63274739A JPS63274739A (ja) | 1988-11-11 |
| JP2860789B2 true JP2860789B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=14461577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62107532A Expired - Fee Related JP2860789B2 (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 焼入性、耐久性の優れたばね用鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860789B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6647088B2 (ja) * | 2016-03-11 | 2020-02-14 | 日鉄日新製鋼株式会社 | ばね用鋼 |
| CN111349852A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 用于生产55CrMnBA大截面弹扁连铸坯的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6041699B2 (ja) * | 1981-05-16 | 1985-09-18 | 愛知製鋼株式会社 | 焼入性、耐へたり性の優れたばね用鋼 |
| JPS5782428A (en) * | 1980-11-11 | 1982-05-22 | Daido Steel Co Ltd | Production of spring steel material |
| JPS59170241A (ja) * | 1983-03-18 | 1984-09-26 | Daido Steel Co Ltd | 高強度・高靭性ばね用鋼 |
| JPS60116720A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-24 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐へたり性の優れたばねの製造方法 |
-
1987
- 1987-04-30 JP JP62107532A patent/JP2860789B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63274739A (ja) | 1988-11-11 |
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