JPH076037B2 - 疲労強度の優れたばね鋼 - Google Patents
疲労強度の優れたばね鋼Info
- Publication number
- JPH076037B2 JPH076037B2 JP61284206A JP28420686A JPH076037B2 JP H076037 B2 JPH076037 B2 JP H076037B2 JP 61284206 A JP61284206 A JP 61284206A JP 28420686 A JP28420686 A JP 28420686A JP H076037 B2 JPH076037 B2 JP H076037B2
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- JP
- Japan
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- spring
- fatigue
- less
- fatigue strength
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
- Springs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、特に疲労強度の優れたばね鋼に関するもので
ある。
ある。
［従来の技術］ 従来、自動車用等の懸架装置に用いられるばね用鋼とし
てはSUP6,SUP7,SUP9,SAE9254,が主なものであった。近
年自動車の軽量化が要請され、懸架装置自体の軽量化も
強く求められるようになってきた。これに対して懸架装
置全般にわたって各種の手段が試みられているが、その
中でもばねの設計応力を高くすることが効果的とされて
いる。
てはSUP6,SUP7,SUP9,SAE9254,が主なものであった。近
年自動車の軽量化が要請され、懸架装置自体の軽量化も
強く求められるようになってきた。これに対して懸架装
置全般にわたって各種の手段が試みられているが、その
中でもばねの設計応力を高くすることが効果的とされて
いる。
このような高応力設計にともない、従来の上記ばね用鋼
を素材としてばねを製作した場合、へたりが増大すると
いう問題が発生した。これに対処する技術として、特開
昭57−13148,特開昭58−27956,特開昭58−27957,特開昭
58−27959,特開昭58−27960,特開昭58−42754,および特
願昭61−38225に、耐へたり性の優れたばね鋼が提案さ
れている。しかしながら、これらの技術は耐へたり性に
優れたばね鋼を提供しているものの、ばね用鋼として必
要な疲労強度は必ずしも十分ではない。
を素材としてばねを製作した場合、へたりが増大すると
いう問題が発生した。これに対処する技術として、特開
昭57−13148,特開昭58−27956,特開昭58−27957,特開昭
58−27959,特開昭58−27960,特開昭58−42754,および特
願昭61−38225に、耐へたり性の優れたばね鋼が提案さ
れている。しかしながら、これらの技術は耐へたり性に
優れたばね鋼を提供しているものの、ばね用鋼として必
要な疲労強度は必ずしも十分ではない。
即ち、ばね用鋼としては耐へたり性と共に疲労強度が要
求されている。疲労強度は材料の引張強さと共に増加す
るが、高強度材となると引張強さの増加に対する疲労強
度の増加割合は減少してくる。これは材料の高強度化に
伴って非金属介在物を主とする材料欠陥に対する疲労感
受性が高くなるためである。材料欠陥の大きさが同程度
であっても、引張強さ180kgf/mm2程度を越えるばね鋼で
あっては疲労強度の向上は困難となる。即ち、従来許容
されていた程度の大きさの非金属介在物であっても、材
料が高強度化されたために非金属介在物の大きさを更に
小さくする必要がある。
求されている。疲労強度は材料の引張強さと共に増加す
るが、高強度材となると引張強さの増加に対する疲労強
度の増加割合は減少してくる。これは材料の高強度化に
伴って非金属介在物を主とする材料欠陥に対する疲労感
受性が高くなるためである。材料欠陥の大きさが同程度
であっても、引張強さ180kgf/mm2程度を越えるばね鋼で
あっては疲労強度の向上は困難となる。即ち、従来許容
されていた程度の大きさの非金属介在物であっても、材
料が高強度化されたために非金属介在物の大きさを更に
小さくする必要がある。
従って、高い疲労強度を必要とするばね鋼において、従
来の非金属介在物は圧延工程及び伸線工程でほとんど変
化しない硬質介在物であり疲労破断の起点となっている
ことは良く知られている。この対策として介在物を減少
させ、さらに微細化させるとともに軟質化することによ
り熱間圧延または伸線工程でこの介在物を更に延伸さ
せ、小型化させることが可能である。例えば、特公昭54
−7252号公報では、介在物をスペサライトを主成分と
し、Al2O3/SiO2＋Al2O3＋MnO＝0.15〜0.40とすることが
示されている。
来の非金属介在物は圧延工程及び伸線工程でほとんど変
化しない硬質介在物であり疲労破断の起点となっている
ことは良く知られている。この対策として介在物を減少
させ、さらに微細化させるとともに軟質化することによ
り熱間圧延または伸線工程でこの介在物を更に延伸さ
せ、小型化させることが可能である。例えば、特公昭54
−7252号公報では、介在物をスペサライトを主成分と
し、Al2O3/SiO2＋Al2O3＋MnO＝0.15〜0.40とすることが
示されている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前記公報に示された介在物はコランダム
を初晶とする領域にまたがっているため、実際の製造に
おいては極めて硬質で有害なコランダムの発生を防止す
ることが困難であり、十分な効果が得られていない。
を初晶とする領域にまたがっているため、実際の製造に
おいては極めて硬質で有害なコランダムの発生を防止す
ることが困難であり、十分な効果が得られていない。
本発明の目的は、介在物を少なくすると共に、該介在物
の低融点化を図って、熱間圧延による介在物の断面縮小
を行うことにより、疲労特性の優れた高清浄度鋼を提供
することにある。
の低融点化を図って、熱間圧延による介在物の断面縮小
を行うことにより、疲労特性の優れた高清浄度鋼を提供
することにある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明の要旨は、 重量％でC:0.50〜0.80％,Si:1.00〜4.00％,Mn:0.50〜1.
50％,Cr:0.05〜1.50％であり、かつNb:0.01〜0.50％,V:
0.01〜0.50％,Ti:0.005〜0.10％,Al:0.0001〜0.05％，
の１種又は２種以上を含有し、かつCa:0.1〜20ppm,Mg:
0.1〜20ppm,La＋Ce:0.01〜20ppmの１種又は２種以上を
含有し、かつ非金属介在物の平均的組成の構成比が、 SiO2 25〜75％， MnO 60％以下， Al2O3 35％以下，で MgO 40％以下 CaO 50％以下、 の一方又は両方を含有することを特徴とする疲労強度の
優れたばね鋼である。
50％,Cr:0.05〜1.50％であり、かつNb:0.01〜0.50％,V:
0.01〜0.50％,Ti:0.005〜0.10％,Al:0.0001〜0.05％，
の１種又は２種以上を含有し、かつCa:0.1〜20ppm,Mg:
0.1〜20ppm,La＋Ce:0.01〜20ppmの１種又は２種以上を
含有し、かつ非金属介在物の平均的組成の構成比が、 SiO2 25〜75％， MnO 60％以下， Al2O3 35％以下，で MgO 40％以下 CaO 50％以下、 の一方又は両方を含有することを特徴とする疲労強度の
優れたばね鋼である。
以下に、本発明を詳細について説明する。
［作用］ 本発明の最大の特徴は、Ca,Mg,La＋Ce,の１種又は２種
以上を20ppm以下の範囲で添加して疲労性を向上させた
点にある。
以上を20ppm以下の範囲で添加して疲労性を向上させた
点にある。
これら、Ca,Mg,La＋Ce,は最終の脱酸剤として、ばね鋼
の清浄性を得るための元素である。即ち、Ca,Mg,La,Ce
は溶鋼中の介在物を浮上させると共に、鋼中介在物の形
状の微細化を図る元素であり、Ca,Mgは鋼中で各々0.1pp
m以上で効果を示すが、20ppmを越えると、その効果が飽
和し、かつ介在物の硬質化を来し、疲労強度が低下する
ので、Ca,Mg,の範囲を0.1〜20ppmとした。La＋Ceは0.01
ppm以上で効果を示すが、20ppmを越えるとその効果が飽
和し、かつLa及びCeの酸化物、硫化物系の大型介在物が
現れ、疲労強度を著しく低下させるので、La＋Ceの範囲
を0.01〜20ppmとした。この結果非金属介在物の総含有
量はJIS法で0.20％以下となる。該介在物の総量が0.20
％を越えると非金属介在物が巨大化し、低融点化しても
熱間圧延で該介在物の断面積を十分縮小できない。なお
この場合のJIS法とは、JIS G 0555−1977「鋼の非金属
介在物の顕微鏡試験方法」に準拠する測定法を指すもの
である。
の清浄性を得るための元素である。即ち、Ca,Mg,La,Ce
は溶鋼中の介在物を浮上させると共に、鋼中介在物の形
状の微細化を図る元素であり、Ca,Mgは鋼中で各々0.1pp
m以上で効果を示すが、20ppmを越えると、その効果が飽
和し、かつ介在物の硬質化を来し、疲労強度が低下する
ので、Ca,Mg,の範囲を0.1〜20ppmとした。La＋Ceは0.01
ppm以上で効果を示すが、20ppmを越えるとその効果が飽
和し、かつLa及びCeの酸化物、硫化物系の大型介在物が
現れ、疲労強度を著しく低下させるので、La＋Ceの範囲
を0.01〜20ppmとした。この結果非金属介在物の総含有
量はJIS法で0.20％以下となる。該介在物の総量が0.20
％を越えると非金属介在物が巨大化し、低融点化しても
熱間圧延で該介在物の断面積を十分縮小できない。なお
この場合のJIS法とは、JIS G 0555−1977「鋼の非金属
介在物の顕微鏡試験方法」に準拠する測定法を指すもの
である。
つぎに、本発明の特徴とするところは非金属介在物の量
及び種類を特定したところにあるが、これは熱間圧延中
に変形し断面積が縮小するような低融点の非金属介在物
を含有するように規定したものであり、このためには、
その組成としてAl2O3−SiO2−MnO系にMgO又はCaOの一方
又は両方を含ませることが必要である。
及び種類を特定したところにあるが、これは熱間圧延中
に変形し断面積が縮小するような低融点の非金属介在物
を含有するように規定したものであり、このためには、
その組成としてAl2O3−SiO2−MnO系にMgO又はCaOの一方
又は両方を含ませることが必要である。
まず、Al2O3については介在物総量中に35％以下含まれ
ることが必要である。35％超ではアルミナ系の介在物が
多発し、疲労強度が低下する。
ることが必要である。35％超ではアルミナ系の介在物が
多発し、疲労強度が低下する。
次にMnOについては介在物総量中に60％以下含まれるこ
とが必要である。又60％超ではMnOのみを組成とする介
在物が発生する。この介在物は単体で高融点であるた
め、疲労強度を低下させる。
とが必要である。又60％超ではMnOのみを組成とする介
在物が発生する。この介在物は単体で高融点であるた
め、疲労強度を低下させる。
次にSiO2については介在物総量中に25〜75％含まれるこ
とが必要である。25％未満では鋼中の酸化物が増加し、
又75％超ではSiO2系の介在物が多発し疲労強度が低下す
る。
とが必要である。25％未満では鋼中の酸化物が増加し、
又75％超ではSiO2系の介在物が多発し疲労強度が低下す
る。
さらに、MgO又はCaOの１方又は両方を含有せしめること
によって、アルミナ系非金属介在物及びシリケイト系非
金属介在物に対してMnO系介在物と共に塩基性成分とし
て作用し、これらを低融点化する効果があり、熱間圧延
中の介在物断面積の縮小効果を有する。
によって、アルミナ系非金属介在物及びシリケイト系非
金属介在物に対してMnO系介在物と共に塩基性成分とし
て作用し、これらを低融点化する効果があり、熱間圧延
中の介在物断面積の縮小効果を有する。
まず、MgOを40％以下としたのは、４％以下であればア
ルミナ系、シリケイト系の介在物に対しMnOと共に低融
点化をもたらし、疲労向上に効果があるが、40％超では
MgOを主とする非金属介在物が発生し微細ではあるが、
融点が高く、その結果ばね鋼の疲労低下をもたらすため
である。
ルミナ系、シリケイト系の介在物に対しMnOと共に低融
点化をもたらし、疲労向上に効果があるが、40％超では
MgOを主とする非金属介在物が発生し微細ではあるが、
融点が高く、その結果ばね鋼の疲労低下をもたらすため
である。
次にCaOを50％以下としたのは、50％以下であればアル
ミナ系、シリケイト系の介在物に対しMnOと共に低融点
化をもたらし、疲労向上に効果があるが、50％超ではCa
Oが主となる非金属介在物が発生し微細ではあるが、融
点が高く、その結果ばね鋼の疲労低下をもたらすためで
ある。
ミナ系、シリケイト系の介在物に対しMnOと共に低融点
化をもたらし、疲労向上に効果があるが、50％超ではCa
Oが主となる非金属介在物が発生し微細ではあるが、融
点が高く、その結果ばね鋼の疲労低下をもたらすためで
ある。
次に本発明の鋼材の成分限定理由を述べる。Ｃは熱処理
による高応力ばね鋼として十分な強度を得るための元素
であり、耐へたり性を確保するために0.50％以上必要で
あるが、0.80％を超えると過共析となり、靭性の低下が
著しくなるため、その範囲を0.50〜0.80％とした。
による高応力ばね鋼として十分な強度を得るための元素
であり、耐へたり性を確保するために0.50％以上必要で
あるが、0.80％を超えると過共析となり、靭性の低下が
著しくなるため、その範囲を0.50〜0.80％とした。
つぎにSiはフェライト中に固溶することにより素地の強
度を上げると共に析出炭化物の微細化を促進し、更に結
晶粒の微細化を計るための元素であり、耐へたり性を確
保するために1.00％以上必要であるが、4.00％を超える
と延性及び靭性の低下が著しくなるため、その範囲を1.
00〜4.00％と定めた。特にSiの範囲が2.5％超〜4.0％以
下の範囲では高強度領域のばねの耐へたり性及び延性、
靭性の確保の効果を有する。
度を上げると共に析出炭化物の微細化を促進し、更に結
晶粒の微細化を計るための元素であり、耐へたり性を確
保するために1.00％以上必要であるが、4.00％を超える
と延性及び靭性の低下が著しくなるため、その範囲を1.
00〜4.00％と定めた。特にSiの範囲が2.5％超〜4.0％以
下の範囲では高強度領域のばねの耐へたり性及び延性、
靭性の確保の効果を有する。
つぎにMnは焼入れ性を高め、ばね用鋼としての強度を得
るための元素であり0.5％以上必要であるが1.50％を超
えて含有させると靭性を阻害するため、その範囲を0.5
から1.50％とした。
るための元素であり0.5％以上必要であるが1.50％を超
えて含有させると靭性を阻害するため、その範囲を0.5
から1.50％とした。
更にCrは0.05％未満ではＣの黒鉛化が進み、疲労強度を
低下させるため、また1.50％超ではCrの大きな炭化物が
発生し、ばねへたり性に悪影響を与えるので、Crの範囲
を0.05〜1.50％とした。
低下させるため、また1.50％超ではCrの大きな炭化物が
発生し、ばねへたり性に悪影響を与えるので、Crの範囲
を0.05〜1.50％とした。
以上が本発明の対象とする鋼の基本成分であるが、本発
明においては前述のCa,Mg,La＋Ceの外にばねの耐へたり
性改善の目的でNb,V,Ti,Alの１種または２種以上を含有
する。これらNb,V,Ti,Alは結晶粒微細化及び微細炭化物
の析出によりばねへたり性を向上させるための元素であ
り、Nb,Vは各々0.01％以上で効果を示すが0.50％を越え
るとその効果が飽和し、Tiは0.005％以上で効果を示す
が0.10％を越えるとその効果が飽和し、Alは0.0001％以
上で効果を示すが0.05％を越えるとその効果が飽和し、
かつオーステナイト中に溶解されない合金炭化物が増加
し、これがばね鋼の疲労を低下させるため、Nb,Vの範囲
を各々0.01〜0.50％とし、Tiの範囲を0.005〜0.10％,Al
の範囲を0.0001〜0.05％とした。なおこれら４成分の合
計としてはほぼ0.70％以下が望ましい。
明においては前述のCa,Mg,La＋Ceの外にばねの耐へたり
性改善の目的でNb,V,Ti,Alの１種または２種以上を含有
する。これらNb,V,Ti,Alは結晶粒微細化及び微細炭化物
の析出によりばねへたり性を向上させるための元素であ
り、Nb,Vは各々0.01％以上で効果を示すが0.50％を越え
るとその効果が飽和し、Tiは0.005％以上で効果を示す
が0.10％を越えるとその効果が飽和し、Alは0.0001％以
上で効果を示すが0.05％を越えるとその効果が飽和し、
かつオーステナイト中に溶解されない合金炭化物が増加
し、これがばね鋼の疲労を低下させるため、Nb,Vの範囲
を各々0.01〜0.50％とし、Tiの範囲を0.005〜0.10％,Al
の範囲を0.0001〜0.05％とした。なおこれら４成分の合
計としてはほぼ0.70％以下が望ましい。
本発明は上述の如く、鋼材の高清浄化を実現し、残存介
在物の微細化を実現し、更に該介在物の軟質化を実現し
た。このことにより熱間圧延工程において、更に残存す
る微細介在物の断面積を縮小することができ、良好なへ
たり性を得ると共に、疲労強度を大幅に向上することが
できた。
在物の微細化を実現し、更に該介在物の軟質化を実現し
た。このことにより熱間圧延工程において、更に残存す
る微細介在物の断面積を縮小することができ、良好なへ
たり性を得ると共に、疲労強度を大幅に向上することが
できた。
［実施例］ 第１表は供試鋼の化学成分を示したものである。第１表
においてA1〜A8鋼は本発明例であり、B1〜B6は比較材で
ある。供試ばねは、鋼塊の鋳造後圧延比50以上で熱間圧
延、ピーリング、ばね成形し、最終硬さHRC51となるよ
うに焼入れ焼戻しをおこなった。
においてA1〜A8鋼は本発明例であり、B1〜B6は比較材で
ある。供試ばねは、鋼塊の鋳造後圧延比50以上で熱間圧
延、ピーリング、ばね成形し、最終硬さHRC51となるよ
うに焼入れ焼戻しをおこなった。
第２表は供試ばねの諸元である。
供試ばねはアークハイト0.5mmのショットピーニングを
実施したのち、素線のねじり応力τmax＝126.5kgf/mm2
の条件のセッチングを行った後、ばね疲労試験を行っ
た。
実施したのち、素線のねじり応力τmax＝126.5kgf/mm2
の条件のセッチングを行った後、ばね疲労試験を行っ
た。
第３表はばね疲労試験の結果である。
第３表の結果から明らかな如く、本発明例はばね疲労試
験において全て35万回以上を達成したのに対し、比較鋼
は全て25万回未満で破断した。また疲労破面にはフイッ
シュアイを伴う介在物が 観察された。
験において全て35万回以上を達成したのに対し、比較鋼
は全て25万回未満で破断した。また疲労破面にはフイッ
シュアイを伴う介在物が 観察された。
［発明の効果］ 本発明は鋼材の高清浄化を実現し、残存する介在物の微
細化および軟質化を実現した。このことにより熱間圧延
で更に介在物断面の縮小化が実現した。この結果本発明
によるばねの疲労強度が著しく向上した。
細化および軟質化を実現した。このことにより熱間圧延
で更に介在物断面の縮小化が実現した。この結果本発明
によるばねの疲労強度が著しく向上した。
Claims (1)
- 【請求項１】重量％で C:0.50〜0.80％,Si:1.00〜4.00％， Mn:0.50〜1.50％,Cr:0.05〜1.50％， であり、かつ V:0.01〜0.50％,Ti:0.005〜0.10％， Nb:0.01〜0.50％,Al:0.0001〜0.05％， の１種又は２種以上を含有し、かつCa:0.1〜20ppm,Mg:
0.1〜20ppm,La＋Ce:0.01〜20ppmの１種又は２種以上を
含有し、かつ非金属介在物の平均的組成の構成比が、 SiO2 25〜75％， MnO 60％以下， Al2O3 35％以下，で MgO 40％以下 CaO 50％以下 の一方又は両方を含み、残部はFe及び不可避的不純物か
らなることを特徴とする疲労強度の優れたばね鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284206A JPH076037B2 (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 疲労強度の優れたばね鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61284206A JPH076037B2 (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 疲労強度の優れたばね鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63140068A JPS63140068A (ja) | 1988-06-11 |
| JPH076037B2 true JPH076037B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=17675534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61284206A Expired - Lifetime JPH076037B2 (ja) | 1986-12-01 | 1986-12-01 | 疲労強度の優れたばね鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076037B2 (ja) |
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| KR101106871B1 (ko) | 2006-06-09 | 2012-01-19 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 피로 특성이 우수한 고청정도 스프링용 강 및 고청정도 스프링 |
| WO2008081674A1 (ja) | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Ｓｉキルド鋼線材およびばね |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63140068A (ja) | 1988-06-11 |
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