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Info
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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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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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%。
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)。
%、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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%。
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。
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。
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。
〜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
.0015%以下とした。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
、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。
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。
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。
、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。
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。
、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。
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)
- (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)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)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)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。
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-
1990
- 1990-05-22 US US07/526,893 patent/US5009843A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-05-29 DE DE69008039T patent/DE69008039T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-29 EP EP90110136A patent/EP0400564B1/en not_active Expired - Lifetime
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