JPH0314898B2

JPH0314898B2 -

Info

Publication number: JPH0314898B2
Application number: JP58044302A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; Atsuyoshi Kimura; Yukio Ito; Kyoaki Nishigori
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1991-02-27
Also published as: JPS59170241A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高強度でかつ高靭性を有し、疲労強
度が高く、特に自動車などの車両用懸架ばね素材
としての使用に適する高強度・高靭性ばね用鋼を
製造するのに利用される高強度・高靭性ばね用鋼
の製造方法に関するものである。近年、自動車の走行性能や燃費を向上させるた
めに、その軽量化が進められており、自動車の構
成部品である懸架ばねにおいても軽量化が要求さ
れるようになつてきている。このような要求に対
し、ばね用鋼としては高応力化で対応することが
通常の考え方であり、その一つとして耐へたり性
を向上させたばね用鋼の開発がなされている。従来、耐へたり性の優れたばね用鋼としては、
鋼中に含まれるSiが耐へたり性に有効な元素であ
ることから、JIS SUP6およびこれよりもSi含有
量が多いSUP7が使用されてきた。そして、最近
ではSUP7よりもさらに耐へたり性の優れたばね
用鋼の開発が進められ、一部ではSUP6、SUP7
にNb、Ｖなどを添加した鋼が使用されている。本発明者らはこのような要求に対応すべく鋭意
研究を進め、耐へたり性だけではなく疲労強度を
著しく高めた高強度・高靭性ばね用鋼を得ること
を目的としてその製造方法について詳細に研究を
行つた結果、Ｃ、Si、Mn、Crを特定量組合わせ
て含有させ、これにAl、Ｖ、Nbの１種以上を添
加し、使用目的に応じてさらにＢを添加し、さら
には疲労強度をより一層改善するために［Ｓ］お
よび［Ｏ］含有量を規制し、さらにはこのような
特定成分の鋼に対して特定の圧延条件を選択して
圧延を行つて鋼の結晶粒度を９番とすることによ
り、上記目的を達成することができることを見い
出した。すなわち、本発明による特許請求の範囲第１項
に記載された高強度・高靭性ばね用鋼の製造方法
は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、および
Al：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：0.01〜
0.3％の１種または２種以上を含有し、残部Feお
よび不純物からなる鋼を930〜980℃に加熱して熱
間圧延を行い、仕上圧延温度を900℃以下にする
と共に仕上圧延での圧下率を５％以上にし、圧延
後Ar₁変態点までの冷却速度を30℃／min以上と
することにより結晶粒度が９番以上である高強
度・高靭性ばね用鋼を得る構成としたことを特徴
としており、また本発明による特許請求の範囲第
２項に記載された高強度・高靭性ばね用鋼の製造
方法は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜
2.5％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、および
Al：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：0.01〜
0.3％の１種または２種以上を含有し、さらに
［Ｓ］≦0.010％、［Ｏ］≦0.0015％に規制し、残部
Feおよび不純物からなる鋼を930〜980℃に加熱
して熱間圧延を行い、仕上圧延温度を900℃以下
にすると共に仕上圧延での圧下率を５％以上に
し、圧延後Ar₁変態点までの冷却速度を30℃／
min以上とすることにより結晶粒度が９番以上で
ある高強度・高靭性ばね用鋼を得る構成としたこ
とを特徴としており、さらに、本発明による特許
請求の範囲第３項に記載された高強度・高靭性ば
ね用鋼の製造方法は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75
％、Si：1.0〜2.5％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜
1.0％、およびAl：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、
Nb：0.01〜0.3％の１種または２種以上を含有し、
さらにＢ：0.0005〜0.01％を含み、残部Feおよび
不純物からなる鋼を930〜980℃に加熱して熱間圧
延を行い、仕上圧延温度を900℃以下にすると共
に仕上圧延での圧下率を５％以上にし、圧延後
Ar₁変態点までの冷却速度を30℃／min以上とす
ることにより結晶粒度が９番以上である高強度・
高靭性ばね用鋼を得る構成としたことを特徴とし
ており、さらにまた、本発明による特許請求の範
囲第４項に記載された高強度・高靭性ばね用鋼の
製造方法は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：
1.0〜2.5％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、
およびAl：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：
0.01〜0.3％の１種または２種以上を含有し、さ
らにＢ：0.0005〜0.01％を含み、［Ｓ］≦0.010％、
［Ｏ］≦0.0015％に規制し、残部Feおよび不純物か
らなる鋼を930〜980℃に加熱して熱間圧延を行
い、仕上圧延温度を900℃以下にすると共に仕上
圧延での圧下率を５％以上にし、圧延後Ar₁変態
点までの冷却速度を30℃／min以上とすることに
より結晶粒度が９番以上である高強度・高靭性ば
ね用鋼を得る構成としたことを特徴としている。次に、本発明による高強度・高靭性ばね用鋼の
製造方法において適用される鋼の成分範囲（重量
％）および当該鋼に対する圧延条件の限定理由を
説明する。Ｃ（炭素）：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、0.75％を超えると鋼状のセメン
タイトが出やすくなり、ばねの疲労強度が損われ
るので、0.40〜0.75％の範囲とした。 Si（けい素）； Siは、鋼の強度を向上し、ばねの耐へたり性を
向上させるのに有効な元素であるが、1.0％未満
ではばねとして必要な耐へたり性を得ることがで
きず、2.5％を超えると靭性が劣化するので、1.0
〜2.5％の範囲とした。 Mn（マンガン）； Mnは、鋼の脱酸に有効であると共にＳによる
害を阻止するのに有効な元素であり、このために
は0.5％以上含有させることが必要であるが、1.0
％を超えると焼入性が過大になつて靭性を劣化す
ると共に焼入れ時の変形の原因となりやすいの
で、0.5〜1.0％の範囲とした。 Cr（クロム）； Crは、高炭素鋼の脱炭および黒鉛化を防止す
るのに有効な元素であるが、0.1％未満ではこれ
らの効果を十分に期待することができず、1.0％
を超えると靭性が劣化するので、0.1〜1.0％の範
囲とした。 Al（アルミニウム）、Ｖ（バナジウム）、Nb（ニオ
ブ）； Al、Ｖ、Nbは、低温圧延時の結晶粒微細化効
果が大きく、ばね特性の向上および信頼性の増大
を得ることができ、また、Ｖ、Nbは焼入れ焼も
どし時の析出硬化にも寄与する。そして、Alに
ついては、0.01％未満では結晶粒微細化の効果が
小さく、0.1％を超えると地疵発生の原因となる
ので、0.01〜0.1％の範囲とした。また、Ｖにつ
いては、0.03％未満では上記した結晶粒微細化お
よび析出硬化の効果があまり期待できず、0.3％
を超えると製鋼上の取扱いが困難となるので、
0.03〜0.3％の範囲とした。さらに、Nb（Nb＋Ta
でも可）については、0.01％未満では結晶粒微細
化および析出硬化の効果があまり期待できず、ま
た焼入加熱時の結晶粒粗大化をおさえる効果が十
分得られず、0.3％を超えると造塊時に炭化物
（NbC）がストリンガー状に生成し、これが通常
の分塊圧延時に溶体化せず、また後の熱処理で溶
解しにくく、製品としてのばね特性を低下させる
ので、0.01〜0.3％の範囲とした。Ｂ（ボロン）；Ｂは、鋼の焼入性を増大させるのに有効な元素
であり、必要なばね特性が得られるように使用目
的等に応じて添加するが、0.0005％未満では上記
した効果が得られず、0.01％を超えても上記した
効果は増大しないので、0.0005〜0.01％の範囲と
した。［Ｓ］（いおう）：Ｓは、ばねの疲労強度を損う元素であり、Ｓ含
有量が低いほどばねとしての信頼性を高めること
ができるので、使用目的等に応じてその上限を規
制するのが良い。そして、0.010％以下であれば
Ｓによる害はほとんどなくなるので、0.010％以
下とした。［Ｏ］（酸素）：Ｏは酸化物系の介在物を生成し、これが疲労破
壊の起点となりやすいので、使用目的等に応じて
その含有量を規制するのが良く、この場合、
0.0015％以下であれば、疲労破壊の起点となりに
くいので、0.0015％以下とした。圧延条件；このような成分含有量の鋼を素材とするばねに
おいて、その耐へたり性および疲労強度をさらに
向上させるように、特定の圧延条件を選定するこ
とによつて結晶粒度を９番以上とする。ここで、
特定の圧延条件を選定することにより結晶粒度を
９番以上となるようにしたのは、結晶粒度が９番
未満では十分な耐へたり性および疲労強度が得ら
れないためであり、結晶粒度が同じ９番以上であ
つても、以下に示す特定の圧延条件によつて９番
以上としたものは耐へたり性および疲労強度がさ
らに向上するためである。本発明において選定した圧延条件は、上記にお
いて示した特定の鋼に対する加熱温度を930〜980
℃、仕上圧延温度を900℃以下、仕上圧延での圧
下率を５％以、圧延後Ar₁変態点までの冷却速度
を30℃／min以上としている。加熱温度；930〜980℃ 従来、Si含有量が1.0％以上である高Si鋼にお
いては、加熱温度を1000℃以上としている。これ
は、高Si鋼は低温加熱領域において元来脱炭を生
じやすい（α領域が広い）うえに、スケール（酸
化物）の生成速度が脱炭速度を上回り、さらには
脱炭の生じやすいα＋γ領域を徐冷する結果とし
て大きな脱炭層が形成され、ばねの耐へたり性を
大きく低下させてしまうのを防止するためであ
る。また、NbやＶを添加した鋼においても従来
の場合には脱炭の懸念があるとして1000℃以の加
熱温度を採用するようにしていた。これはまた、
高温加熱によりいつたん固溶したNbやＶが圧延
過程においてNbCやVCあるいはこれらの複合化
合物として析出し、この析出効果によつてそれな
りに耐へたり性向上の効果が得られることにもよ
つている。このような従来の技術に対して、本発明におい
てはビレツトなどの圧延素材において析出した
NbCやVCが素材加熱時に脱炭の抵抗となること
を見い出した。また、このような炭化物が結晶粒
の粗大化を防止するのに寄与することもわかつ
た。したがつて、本発明においては従来の加熱温度
よりも低い温度にすることを可能にしたものであ
り、加熱温度が930℃よりも低いとばね用鋼が高
炭素鋼であることも影響して圧延時の負荷が増大
して圧延効率が低下したりロールの折損をきたし
たりするおそれがあるためであり、980℃よりも
高いとNbやＶの炭化物が一部基地中に溶け込ん
でビレツト加熱時の初期結晶粒が粗大化するおそ
れがあるためである。仕上圧延温度；900℃以下、仕上圧延での圧下
率；５％以上最終圧延ロールでの圧延温度および圧下率に関
し、熱間圧延後の再結晶および再結晶粒の成長を
効果的におさえるようにするためには、仕上圧延
温度を900℃以下、仕上圧延での圧下率を５％以
上とするのが有効であるので、このような仕上圧
延条件を設定した。圧延後Ar₁変態点までの冷却速度：30℃／min
以上圧延後Ar₁変態点までの冷却速度は、これが遅
すぎると再結晶をおさえることができないととも
に、使用にとつて有害な脱炭層が残存するように
なるので、圧延後の再結晶をおさえるためおよび
脱炭を防止するために、30℃／min以上とするこ
とが必要である。次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。次表に示す化学成分の鋼を溶製したのち鋳造し
分塊圧延してビレツトを作成した。次いで、ビレ
ツト加熱温度を同表に示す値にして圧延を開始
し、最終圧延ロールにより同表に示す仕上圧延温
度および圧下で圧延を行い、仕上圧延後Ar₁変態
点までを同表に示す冷却速度で冷却してばね用鋼
線を製造した。その後、各ばね用鋼線の結晶粒度
をJISの規定に準じて測定したところ、同じく表
に示す結果が得られた。次に、各ばね用鋼線の静的へたりおよび疲労強
度を測定した。このとき、静的へたりは、へたり
時応力が180Kgｆ／mm²であるように調質したばね
常数３のコイルばねを120Kgｆの荷重でセツテイ
ングし、110Kgｆの荷重で150時間加圧した後の静
的へたり（残留剪断歪）で測定した。その結果を
同じく表に示す。一方、疲労強度は、各ばね用鋼
線の硬さがH_RC45〜48となるように調質し、小野
式回転曲げ疲労試験機により測定した。この結果
を同じく表に示す。

【表】

【表】表に示す結果より明らかなように、本発明で特
定した圧延条件を満足せず、結晶粒度が９番以下
である試料No.１〜７のものでは、いずれも残留剪
断歪が大きく、疲労強度が低いことがわかる。こ
れに対して、本発明で特定した圧延条件による圧
延を行い、結晶粒度が９番以上である試料No.８〜
32では、いずれも残留剪断歪が小さく、疲労強度
も高いことがわかる。そして、とくに〔Ｓ〕、
〔Ｏ〕含有量をそれぞれ0.010％以下、0.0015％以
下に規制した本発明の試料No.15〜20および試料No.
27〜32のものでは、疲労強度がさらに高くなつて
いた。また、Ｂを添加した場合にも疲労強度を高
めることができ、とくに線径の太いばねの性能お
よび信頼性を高めることができた。そして、脱炭
層の深さはいずれも0.05mm程度であつた。一方、添付図面は、試料No.１、７について結晶
粒度の変化による疲労強度の変化を示したもので
あつて、熱処理のみによつては結晶粒度の調整は
せいぜい10までが限度であり、疲労強度も低いも
のである。これに対して制御圧延した場合には結
晶粒度の調製は12位までも可能であり、また疲労
強度もかなり高めることができた。そして、同じ
結晶粒度であつても制御圧延をした場合としない
場合とでは疲労強度にかなり差を生ずることが確
認された。以上説明してきたように、本発明による高強
度・高靭性ばね用鋼の製造方法では、Ｃ、Si、
Mn、Crを特定量組合わせて含有させ、これに
Al、Ｖ、Nbの１種以上を添加し、使用目的に応
じてさらにＢを添加し、疲労強度をより一層改善
するために使用目的に応じて［Ｓ］および［Ｏ］
含有量を規制し、さらにはこのような特定成分の
鋼に対して特定の圧延条件を選択して圧延を行う
ことにより鋼の結晶粒度を９番以上としたから、
耐へたり性だけでなく疲労強度を著しく高めた高
強度・高靭性ばね用鋼が得られ、車両用懸架ばね
素材として使用した場合の軽量化を実現すること
ができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、結晶粒度の変化による疲労強度の
変化を制御圧延の有無とともに調べた結果の一例
を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、および
Al：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：0.01〜
0.3％の１種または２種以上を含有し、残部Feお
よび不純物からなる鋼を930〜980℃に加熱して熱
間圧延を行い、仕上圧延温度を900℃以下にする
と共に仕上圧延での圧下率を５％以上にし、圧延
後Ar₁変態点までの冷却速度を30℃／min以上と
することにより結晶粒度が９番以上である高強
度・高靭性ばね用鋼を得ることを特徴とする高強
度・高靭性ばね用鋼の製造方法。２重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、および
Al：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：0.01〜
0.3％の１種または２種以上を含有し、さらに
［Ｓ］≦0.010％、［Ｏ］≦0.0015％に規制し、残部
Feおよび不純物からなる鋼を930〜980℃に加熱
して熱間圧延を行い、仕上圧延温度を900℃以下
にすると共に仕上圧延での圧下率を５％以上に
し、圧延後Ar₁変態点までの冷却速度を30℃／
min以上とすることにより結晶粒度が９番以上で
ある高強度・高靭性ばね用鋼を得ることを特徴と
する高強度・高靭性ばね用鋼の製造方法。３重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、および
Al：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：0.01〜
0.3％の１種または２種以上を含有し、さらに
Ｂ：0.0005〜0.01％を含み、残部Feおよび不純物
からなる鋼を930〜980℃に加熱して熱間圧延を行
い、仕上圧延温度を900℃以下にすると共に仕上
圧延での圧下率を５％以上にし、圧延後Ar₁変態
点までの冷却速度を30℃／min以上とすることに
より結晶粒度が９番以上である高強度・高靭性ば
ね用鋼を得ることを特徴とする高強度・高靭性ば
ね用鋼の製造方法。４重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.5〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％、および
Al：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：0.01〜
0.3％の１種または２種以上を含有し、さらに
Ｂ：0.0005〜0.01％を含み、［Ｓ］≦0.010％、［Ｏ］
≦0.0015％に規制し、残部Feおよび不純物からな
る鋼を930〜980℃に加熱して熱間圧延を行い、仕
上圧延温度を900℃以下にすると共に仕上圧延で
の圧下率を５％以上にし、圧延後Ar₁変態点まで
の冷却速度を30℃／min以上とすることにより結
晶粒度が９番以上である高強度・高靭性ばね用鋼
を得ることを特徴とする高強度・高靭性ばね用鋼
の製造方法。