JPH032354A - 耐久性,耐へたり性に優れたばね鋼 - Google Patents

耐久性,耐へたり性に優れたばね鋼

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JPH032354A
JPH032354A JP1135631A JP13563189A JPH032354A JP H032354 A JPH032354 A JP H032354A JP 1135631 A JP1135631 A JP 1135631A JP 13563189 A JP13563189 A JP 13563189A JP H032354 A JPH032354 A JP H032354A
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淳 杉本
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茂 安田
Toshio Kosone
小曽根 敏夫
Makoto Kawagoe
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐久性、耐へたり性に優れたばね鋼に関する。
〔従来技術] 最近、自動車等の輸送機械においては2省エネルギー化
、高性能化を実現するため、各部品の軽量化が進められ
つつあり、懸架用コイルばねも例外ではない。
この懸架ばねにとって軽量化するための最も効率的な方
法は、設計応力をより高くすることである。しかしなが
ら、従来のばね鋼を使用して設計応力を高めてばねを製
造し使用した場合には、ばね高さが減少する「へたり」
と呼ばれる現象が。
時間の経過とともに顕著に現れる。このへたりの増加は
バンパー高さの低下につながり、安全上問題となるため
、設計応力を上げることができないでいた。
一方、ばねの使用時には繰返し変動荷重がかかり、設計
応力を高めた場合には、早期折損の危険性が増すと考え
られる。
上述の観点から、耐へたり性、耐久性がともに優れたば
ね用銅の開発が強く望まれていた。
従来コイルばねには5UP6が使用されていたが、St
が耐へたり性に効果のあることがわかるにつれて、5U
P7が広く使用されるようになった。現在では、さらに
耐へたり性が優れ、軽量化可能なばね鋼として、5UP
7に■・Nbを1種以上含有させたばね用銅が開発され
使用されている。
しかし、自動車等の軽量化に対する要請はますます高ま
り、5UP7にV−Nbを含有させたばね鋼よりも高性
能で、より高い応力での使用に耐えられる耐へたり性、
耐久性のさらに優れたばね用銅の開発が強く望まれてい
る。
〔解決しようとする課題〕
従来のばね鋼においては、高応力下で使用するために、
ばね硬さを上げる方法が用いられてきた。
この手法では耐へたり性は改善されるものの、靭性の低
下により耐久性の低下は避けられなかった。
靭性の低下は切欠感受性の増加をまねき、これにより許
容応力以下の低い繰り返し応力においても。
素材内部に存在する介在物、疵などの欠陥を起点とした
脆性破壊が起こりやすくなり、ばねの耐久性は著しく低
下する。しかしながら、近年、高応力設計が可能なばね
鋼の要求はますます強くなってきている。
本発明は、かかる従来の問題点を克服し、高硬度でも高
靭性を確保できる。耐久性及び耐へたり性に優れたばね
鋼を提供しようとするものである。
〔課題の解決手段〕
本発明は1重量比にしてC:0.35〜0.55%、S
t : 1,80〜3.00%、Mn−0.50〜1.
50%、Ni:Q、50〜3.00%。
Cr:0.10〜1.50%、A10.01〜0.05
%、N:0.010〜0.025%を含有し、残り実質
的にFeよりなることを特徴とする。耐久性、耐へたり
性に優れたばね鋼にある(第1発明)。
本発明において特に注目すべきことは、低C化を図り、
Ni、Crを添加し、またNを従来よりも多量添加する
ことにある。
先ずCは、ばね用銅として必要な強度を得るのに不可欠
な元素であり、従来鋼では0.6%程度添加されている
。しかし、近年、懸架ばねのより一層の高応力化という
ことで、ばね硬さとしてH8055以上が必要となり、
従来より高硬度での使用となるため、切欠感受性の増大
等の問題から従来鋼と比較して高靭性であることが要求
される。
しかるに、Cは強度は上昇させるが、靭性を低下させて
しまうため1本発明ではCutを必要な強度が得られる
。なるぺ(低い範囲に設定することにより、高強度、高
靭性を確保しようとするものである。
本発明は、H,055以上の高硬度において高靭性であ
り、耐へたり性に優れたばね鋼を得ようとして、特に前
記C量と共に、Ni、Cr及びN量について検討して、
完成されたものである。
しかして、前記Niは、前記のごとく低C化のみでは靭
性向上が不充分なため添加するものである、また本発明
は、高Si系ばね鋼であるため。
SI量が多く脱炭が生じやすい、そのため、Cr添加に
よって、脱炭を抑えようとするものである。
また、Nは、鋼中のA1と反応させてAINを作らせ、
これを微細な窒化物粒子として析出させることにより、
耐へたり性を向上させるものである。
次に第2発明は、上記第1発明鋼にV:0.05〜0.
50%、Nb:0.05〜0.50%。
Mo : 0.05〜0.50%の1種又は2種以上を
含有させたもので、これにより一層優れた耐久性、耐へ
たり性を得ることができる。
また、第3発明は第1発明鋼において、0含を量を0.
0015%以下としたもので、特に第1発明鋼に比して
耐久性を向上させることができる。
更に、第4発明は、第1発明鋼において、v:0.05
〜0.50%、Nb:0.05〜0.50%、Mo:0
.05〜0.50%の1種または2種以上と、o:o、
oots%以下とを含有させたもので、特に優れた耐久
性及び耐へたり性を有する。
以下に、前記発明鋼の成分限定理由について説明する。
Cjo、35〜0.55% clが0.35%未満では、焼入れ、焼もどしにより高
応力ばね用銅として十分な強度が得られない、一方、0
.55%を越えて含有させると靭性が低下し、また水焼
入れ時に焼割れが生ずる危険性が有る。
Si:1.80〜3.00% Siは、耐へたり性、焼戻し特性を改善する効果を有す
るが、1.80%未満では十分な効果が得られない、し
かし、3.00%を越えると耐へたり性向上の効果は飽
和し、ばね鋼の圧延、熱処理時の脱炭が著しくなる。
Mn=0.50〜1.50% ばね鋼において、焼入れにより中心部まで十分にマルテ
ンサイト変態を起こさせるためには、0.50%以上必
要である。しかし、1.50%を越えると靭性の劣化が
著しくなる。
Ni:0.50〜3.00% Niは、靭性改善のために添加するが、0.50%未満
ではその効果が不充分である。一方3゜0%以上では靭
性改善効果が飽和し、焼入時にマルテンサイト変態が十
分に行われないために、大量の残留オーステナイトを形
成するおそれがある。
Cr:0.10〜1,50% Crは、焼入性向上効果がある。また9本発明鋼は、高
Siのために脱炭を生じ易いが、Crはこれを抑制させ
る効果を有する。しかし、0.10%未満ではその効果
が不充分である。一方、1゜50%を越えると焼戻し組
織が不均一になってしまい、耐へたり性を阻害するおそ
れがある。
AI:0.01〜0.05% AIは、鋼中でNと結びついてAINとなって結晶粒を
微細化し、耐へたり性、耐久性を向上させる。しかし、
0.01%未満では上記結晶粒の微細化が不充分となる
。一方、O,OS%を越えると巨大AIN粒子が生成し
易(なり、これが内部欠損として作用するため1gi労
強度が低下する。
N:0.010〜0. 025% NはAIと反応してAINを形成して結晶粒を微細化し
、耐へたり性、耐久性を向上させる効果を有するが、0
.010%未満では該効果が不充分である。一方、0.
025%を越えると、鋳造時に鋼塊中に、冷却過程でN
、ガスが発生し、材料に内部欠陥を誘発する。
V、Nb、Mo:0.05〜0.50%V、Nb、Mo
は、結晶粒の微細化効果を発揮し、耐へたり性、耐久性
効果を向上させる。しかし、上記の元素1種又は2種以
上が0.05%未満では、かかる効果が不充分である。
一方、0.50%を越えると、巨大炭化物が生成し、疲
労強度が低下する。
0:0.0015%以下 0は、Altosなどの酸化物介在物を生成し。
疲労破壊の起点となるおそれがある。そこで、上限を0
.0015%以下とした。
〔作 用〕
本発明においては、前記のごとく、特に低C化を図ると
共に、Ni、Crを添加、またNを従来よりも多量に添
加している。また、必要に応じて。
V、Nb、Moの1種または2種以上を、更には0量を
制限する。
しかして1本発明によれば、従来の高Si系ばね鋼に比
して、優れた耐久性及び耐へたり性を有するばね鋼を提
供することができる。
〔実施例] 本発明鋼の特長を、従来鋼、比較鋼と比べ、実施例によ
り説明する。名調を第1表に示す。
第1表において、A−D鋼は第1発明鋼、E〜に鋼は第
2発明鋼、L鋼は第3発明鋼、MEは第4発明鋼、N−
R鋼は比較鋼、S、T鋼は従来鋼で、S@はSUP、7
.T鋼は5UP7にNb、Vを含有させたものである。
第2表に第1表に示した供試鋼のシャルピー衝撃試験結
果を示した。試験は前記供試鋼を20wφに鍛伸した後
、JISa号■ノツチ型シャルピー衝撃試験片を作製し
、ついで焼入れ性もどし処理を施し、H,C55となる
よう調整して、常温にて試験を行った。
第2表より明らかなように本発明鋼であるA〜Mw4は
、従来鋼であるS、T鋼に比べ、硬さH。
C55において高い衝撃値を示している。また比較鋼で
ある本発明鋼よりCff1を高くした0鋼、N量を高く
したR鋼は衝撃値は低くなっている。
第3表に前記供試鋼A−T鋼について、耐へたり性を評
価するために、捩りクリープ試験結果を示した。捩りク
リープ試験は前記供試鋼を20閣Φに圧延した後、平行
部直径8.5−の試験片を作製し、焼入れ焼もどし処理
を施し、H,C55となるよう調整した。
そしてセッチングを行った後、平行部表面が剪断応力1
30kgf/mrrfとなるように捩りトルクを加えて
24h「後のクリープ歪を測定して評価した。
なお、実験は25°C一定の空調室にて行い、温度変化
によるへたりの増減がないように配慮した。
コイルばねは、使用時に捩りトルクが加わることへたり
は一種のクリープ現象と考えられていることから、コイ
ルばね用材料の耐へたり性は、この結果で評価できる。
第3表から明らかなように本発明鋼であるA〜M鋼は、
従来鋼のS、T鋼に対し、優れた耐へたり性を示してお
り、特にV、Nb、Moを添加したI−に鋼1量綱は特
に優れた耐へたり性を有していることが認められる。
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
、前記供試鋼から従来鋼2本発明鋼の中の代表71i1
種について第4表に示す諸元を有するコイルばねを成形
し、焼入れ焼もどし処理によりH*C55に調整した。
その後、ショットピーニング、ホットセッチング等を施
した後、素線の剪断応力が130kgf/mrrfとな
る荷重を加えて。
96時間経過した後のコイルばねのへたり量を測定した
なお、試験は80℃の温度一定下で行った。へたり量は
、へたり試験の前にコイルばねを一定の高さまで圧縮す
るに要した荷重P、とへたり試験の後に同一の高さまで
圧縮するに要した荷重P2とを測定した。そして、この
差ΔP (P、 −pg)より次式を用いて算出したも
ので、剪断歪の単位を有し、残留剪断歪と称する値をも
って評価した。
G   πd3 rR:残留剪断歪 G:横弾性係数Ckg f /mポ) D:コイル平均径(閣) d:素線径(閣) K:ワールの修正係数(コイルばねの形状により定まる
定数) その結果を第5表に示す、同表より明らかなように本発
明鋼であるA、G、J、L、M鋼は、従来鋼であるS、
T鋼に比べ優れた耐へたり性を示している。
また前記供試鋼から従来鋼、比較鋼9本発明鋼の中の代
表12tIi4種について第4表に示す諸元を有するコ
イルばねを成形し、ショットピーニングを施した後、平
均応力85kgf/mrrf、応力振中45kgf/m
rdで繰り返し応力を与え、疲労試験を行った。その結
果を第6表に示す。
第6表から明らかなように2本発明鋼であるA。
G、J、L、M鋼は、従来鋼であるS、Ti1iに比べ
、HIIC55という高硬度においても優れた耐久性を
示し、20万回繰り返しをしてもいずれも折損しなかっ
た。
第2表 第3表 第4表 第5表 第6表 〔発明の効果〕 上述のように1本発明は、高Siばね用銅において低C
化を図り、Ni、Cr、Nを適量添加し。
さらに必要に応じてV、Nb、Moを1m以上含有させ
、Of#を低減させることにより、耐久性。
耐へたり性に優れた鋼を得ることに成功したものである
本発明は、今後自動車懸架用コイルばねの高応力化を進
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。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量比にしてC:0.35〜0.55%。 Si:1.80〜3.00%、Mn:0.50〜1.5
    0%、Ni:0.50〜3.00%、Cr:0.10〜
    1.50%、Al:0.01〜0. 05%、N:0.010〜0.025%を含有し、残り
    実質的にFeよりなることを特徴とする耐久性,耐へた
    り性に優れたばね鋼。
  2. (2)重量比にしてC:0.35〜0.55%。 Si:1.80〜3.00%、Mn:0.50〜1.5
    0%、Ni:0.50〜3.00%、Cr:0.10〜
    1.50%、Al:0.01〜0. 05%、N:0.010〜0.025%を含有し、また
    V:0.05〜0.50%、Nb0.05〜0.50%
    、Mo:0.05〜0.50%の1種または2種以上を
    含有し、残り実質的にFeよりなることを特徴とする耐
    久性,耐へたり性に優れたばね鋼。
  3. (3)重量比にしてC:0.35〜0.55%。 Si:1.80〜3.00%、Mn:0.50〜1.5
    0%、Ni:0.50〜3.00%、Cr:0.10〜
    1.50%、Al:0.01〜0. 05%、N:0.010〜0.025%を含有し、また
    O:0.0015%以下を含有し、残り実質的にFeよ
    りなることを特徴とする耐久性,耐へたり性に優れたば
    ね鋼。
  4. (4)重量比にしてC:0.35〜0.55%、Si:
    1.80〜3.00%、Mn:0.50〜1.50%、
    Ni:0.50〜3.00%、Cr:0.10〜1.5
    0%、Al:0.01〜0. 05%、N:0.010〜0.025%を含有し、また
    V:0.05〜0.50%、Nb0.05〜0.50%
    、Mo:0.05〜0.50%の1種または2種以上を
    含有し、更に0:0.0015%以下を含有し、残り実
    質的にFeよりなることを特徴とする耐久性,耐へたり
    性に優れたばね鋼。
JP1135631A 1989-05-29 1989-05-29 耐久性,耐へたり性に優れたばね鋼 Expired - Fee Related JP2839900B2 (ja)

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