JPH06240408A - ばね用鋼線及びその製造方法 - Google Patents

ばね用鋼線及びその製造方法

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JPH06240408A
JPH06240408A JP5053036A JP5303693A JPH06240408A JP H06240408 A JPH06240408 A JP H06240408A JP 5053036 A JP5053036 A JP 5053036A JP 5303693 A JP5303693 A JP 5303693A JP H06240408 A JPH06240408 A JP H06240408A
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wire
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Norito Yamao
憲人 山尾
Teruyuki Murai
照幸 村井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車エンジン用弁ばねなどに用いられるば
ね用鋼線において、その耐疲労性を改善する。 【構成】 引張強さが２０００Ｎ／ｍｍ2 以上の線材
を、電解研磨又は化学研磨により線材表面粗さをＲｚで
５μｍ以下とした。材料強度の向上と、表面の微小疵を
除去することで耐疲労性を改善できる

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車エンジンの弁ば
ねなど、耐疲労性の要求されるばね用鋼線に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、高疲労特性を有するばねに関する
技術としては、本発明者などの提案による特願平4-1621
36号や特願平3-140167号記載のものがある。前者は、合
金元素の添加により材料強度を高め、耐疲労性を向上さ
せたものであり、後者は鋼線表面を電解研磨或は化学研
磨して表面の微小疵を除去することで耐疲労性を向上さ
せたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、材料強度を高
めることによって耐疲労性を得ようとする場合、材料強
度の増加と共に疵感受性が増大し、表面の微小疵を起点
として疲労折損に至るため疲労限の向上に限界があっ
た。一方、ばね用鋼線の表面を電解研磨又は化学研磨し
た場合、表面平滑化のため疲労限向上に一定の効果は認
められるものの、材料強度が高くないため疲労限の向上
には限界があった。
【０００４】本発明は、このような技術的背景のもとに
なされたもので、その目的は、自動車エンジンの高出力
化に対応できるよう、耐疲労性に優れたばね用鋼線を提
供することにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この目的を達成するた
めに、本発明コイルばねは、引張強さが２０００Ｎ／ｍ
ｍ2 以上で、かつ線材表面粗さがＲｚ（ＪＩＳ Ｂ−０
６０１の十点平均粗さ）で５μｍ以下であることを特徴
とする。又、線材の組成を限定したものとしては、重量
比で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５
％、Ｍｎ：０．４〜０．８％、Ｃｒ：０．７〜１．０
％、Ｎ：０．００５〜０．０３０％を含有し、かつＶ：
０．１〜０．６％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｗ：
０．０５〜０．５０％の２種又は３種以上を含有して、
残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、不可避的不純
物のＡｌ含有量を０．００５％以下、同Ｔｉ含有量を
０．００５％以下とする線材であって、表面粗さがＲｚ
で５μｍ以下であることを特徴とする。さらに、５００
℃で２時間保持後でも、引張強さが１８００Ｎ／ｍｍ2
以上で、かつ線材表面粗さがＲｚで５μｍ以下であるこ
とを特徴とする。又、これら線材の製造方法は、上記所
定の組成，強度の鋼線表面を電解研磨又は化学研磨して
表面平滑性を向上させる。
【０００６】
【作用】本発明では、材料の化学成分を調整することで
材料強度を２０００Ｎ／ｍｍ2以上とした後、研磨して
表面欠陥を除去することにより耐疲労性を向上した。引
張強度を２０００Ｎ／ｍｍ2 以上としたのは、これ未満
では十分な疲労強度が得られないからであり、又表面粗
さをＲｚで５μｍ以下としたのは、これを越えると表面
欠陥が十分除去されず、微小疵が起点となって耐疲労性
を阻害するからである。
【０００７】以下に本発明ばね用鋼線の組成限定理由を
詳細に説明する。 Ｃ：０．５〜０．８ｗｔ％ Ｃは鋼線の強度を高めるために必須の元素であるが、
０．５％未満では十分な強度が得られず、逆に０．８％
を越えると靱性が低下し、さらに鋼線の疵感受性が増長
するために信頼性が低下するからである。
【０００８】Ｓｉ：１．２〜２．５ｗｔ％ Ｓｉはフェライトの強度を向上させ、耐へたり性を向上
させるのに有効な元素である。１．２％未満ではその十
分な効果がなく、逆に２．５％を越える場合は、冷間加
工性を低下させると共に、熱間加工や熱処理による脱炭
を助長するからである。
【０００９】Ｍｎ：０．４〜０．８ｗｔ％ Ｍｎは、鋼の焼入れ性を向上させ、鋼中のＳを固定して
その害を阻止するが、０．４％未満ではその効果がな
い。逆に０．８％を越えると靱性が低下するためであ
る。
【００１０】Ｃｒ：０．７〜１．０ｗｔ％ ＣｒはＭｎ同様、鋼の焼入れ性を向上させ、かつ熱間圧
延後のパテンティング処理により靱性を付与し、焼入れ
した後、焼戻し処理時の軟化抵抗性を高め、高強度化す
るのに有効な元素である。０．７％未満ではその効果が
少なく、逆に１．０％を越えると炭化物の固溶を抑制
し、強度の低下を招くと共に、焼入れ性の過度の増大と
なって靱性の低下をもたらすからである。
【００１１】Ｎ：０．００５〜０．０３０ｗｔ％ ＮはＡｌと結合して結晶粒の微細化に寄与すると共にフ
ェライトの固溶強化元素として働くが、０．００５％未
満ではその効果が不十分であり、０．０３０％を越える
と靱性の低下を招くからである。
【００１２】Ｖ：０．１〜０．６ｗｔ％ Ｖは鋼中において、炭化物を形成し、オーステナイト結
晶粒を微細化し、耐久性を向上させるが、０．１％未満
ではこの効果が得られない。又、０．６％を越えると炭
化物の固溶を抑制する傾向にあり、熱処理悪影響を及ぼ
すからである。
【００１３】Ｍｏ：０．０５〜０．５０ｗｔ％ Ｍｏはばねの耐へたり性を向上するのに有効な元素であ
ると共に、焼戻し軟化抵抗を高め、耐久性を付与するも
のである。しかし０．０５％未満ではその効果が少な
く、逆に０．５０％を越えると伸線加工性の低下を招く
からである。
【００１４】Ｗ：０．０５〜０．５０ｗｔ％ ＷはＣと結合して炭化物を形成し、結晶粒の微細化を図
ると共に、焼戻し軟化抵抗を高め、耐久性を与えるもの
である。しかし、０．０５％未満ではその効果が少な
く、逆に、０．５０％を越えても前記効果の向上が望め
ないからである。
【００１５】Ａｌ，Ｔｉ：０．００５ｗｔ％以下 これらはいずれも高融点介在物であるＡｌ2 Ｏ3 ，Ｔｉ
Ｏを生成する。これらの介在物は硬質で、鋼線直下に存
在した場合疲労強度を著しく低下させる。このため、不
可避的な不純物とはいえ、いずれも０．００５％以下と
した。原料において、これら不純物濃度が低いものを用
いれば良い。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
１に示す各サンプルを用意し、これを誘導溶解炉にて溶
解，鍛造後、熱間圧延にて直径６．５ｍｍの線材に加工
した。ここで、サンプルＣは比較例でJIS SWOSC-V であ
る。これらの線材を熱処理した後、皮はぎ処理を行い、
冷間伸線により直径３．８ｍｍに加工した。さらに、焼
入れ，焼戻し処理を施して表２に示す機械的特性の鋼線
を得た。尚、これらの線材に窒化処理と同等の５００℃
×２時間のテンパー処理を行い、処理後の線材について
も機械的特性を調べた。その結果も併せて表２に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】次に、前記焼入れ，焼戻し処理迄行った鋼
線（テンパー処理を行っていないもの）について電解研
磨を実施し、電解研磨前後でのＲｚ（ＪＩＳ Ｂ−０６
０１の十点平均粗さ）を測定した。その結果を表３に示
す。
【００２０】
【表３】
【００２１】このような鋼線を表４に示す諸元のばねに
成形し、これに４２０℃×３０分の歪み取り焼鈍を行
い、５００℃×２時間の窒化処理を行った。続いて、直
径０．７ｍｍのカットワイヤ、さらに同０．３ｍｍのス
チールボールを用い、各々３０分間のショットピーニン
グ処理を行い、加えて２００℃×２０分間の低温焼鈍を
行った。そして、得られたコイルばねについて星型疲労
試験機を用いて疲労試験を行った。試験条件は、平均応
力を６８６ＭＰａにし、応力振幅を変化させて５×１０
7回まで繰り返し応力を付加し、折損しない応力振幅を
疲労限とした。試験結果を表５に示す。
【００２２】
【表４】
【００２３】
【表５】
【００２４】表５に示すように、本発明の実施例（電解
研磨を行ったＡ−１，Ａ−２，Ｂ）は比較例（Ｃ及び電
解研磨を行っていないＡ−１，Ａ−２，Ｂ）と比べいず
れも優れた耐疲労性を有していることが確認された。特
に、組成限定を行い、５００℃×２時間のテンパー後の
引張強さが１８００Ｎ／ｍｍ2 以上である電解研磨を行
ったＡ−１，Ａ−２は、極めて優れた耐疲労性を有して
いることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、引張強さと表面粗
さを限定した本発明鋼線を用いることで、疲労特性に優
れたばねを製造することができる。特に、鋼線の成分範
囲又は５００℃×長時間テンパー処理後の引張強さと表
面粗さとを限定した鋼線により得られたばねは、極めて
優れた疲労特性を示す。従って、近年高性能化の進む自
動車エンジンの弁ばねなどに有効利用することが期待で
きる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 引張強さが２０００Ｎ／ｍｍ2 以上で、
    かつ線材表面粗さがＲｚで５μｍ以下であることを特徴
    とするばね用鋼線。
  2. 【請求項２】 重量比で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓ
    ｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．４〜０．８％、Ｃ
    ｒ：０．７〜１．０％、Ｎ：０．００５〜０．０３０％
    を含有し、かつＶ：０．１〜０．６％、Ｍｏ：０．０５
    〜０．５０％、Ｗ：０．０５〜０．５０％の２種又は３
    種以上を含有して、残部がＦｅ及び不可避的不純物から
    なり、不可避的不純物のＡｌ含有量を０．００５％以
    下、同Ｔｉ含有量を０．００５％以下とする線材であっ
    て、表面粗さがＲｚで５μｍ以下であることを特徴とす
    るばね用鋼線。
  3. 【請求項３】 ５００℃で２時間保持後でも、引張強さ
    が１８００Ｎ／ｍｍ2 以上で、かつ線材表面粗さがＲｚ
    で５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記
    載のばね用鋼線。
  4. 【請求項４】 引張強さが２０００Ｎ／ｍｍ2 以上の鋼
    線表面を電解研磨又は化学研磨し、線材表面粗さをＲｚ
    で５μｍ以下とすることを特徴とするばね用鋼線の製造
    方法。
  5. 【請求項５】 重量比で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓ
    ｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．４〜０．８％、Ｃ
    ｒ：０．７〜１．０％、Ｎ：０．００５〜０．０３０％
    を含有し、かつＶ：０．１〜０．６％、Ｍｏ：０．０５
    〜０．５０％、Ｗ：０．０５〜０．５０％の２種又は３
    種以上を含有して、残部がＦｅ及び不可避的不純物から
    なり、不可避的不純物のＡｌ含有量を０．００５％以
    下、同Ｔｉ含有量を０．００５％以下での線材表面を電
    解研磨又は化学研磨し、線材表面粗さをＲｚで５μｍ以
    下とすることを特徴とするばね用鋼線の製造方法。
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