JPH08302428A - ばね用高強度鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リトラクターぜんまい，オルゴールぜんまい
等の各種ぜんまいや板ばね等に好適な鋼帯を得る。 【構成】 Ｃ：０．６〜１．０％を含む炭素鋼又は合金
鋼の鋼帯をパテンティング処理する際、５００〜５５０
℃に保持した冷媒槽で恒温変態させてパーライト単相の
組織とした後、総圧延率が７０〜９５％の冷間圧延を施
す。恒温変態後のパーライト単相組織は、平均ラメラー
間隔が０．２μｍ以下に調整されていることが好まし
い。また、冷間圧延中の鋼帯を１１０℃以下の温度に保
持するとき、曲げ加工性及びばね限界値が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リトラクターぜんまい
やオルゴールぜんまい等，各種ぜんまいや板ばね等の素
材として好適な高強度鋼帯を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ぜんまいや板ばねの製造においては、鋼
帯を素材とし打ち抜き加工や曲げ加工によって所定の形
状に成形し、その後、弾性限やばね限界値を向上させ材
料にばね性を付与するための時効処理が２００〜４００
℃で行われる。本用途に用いる鋼帯には、曲げ加工性が
ぜんまい等の製造工程に必須であるので、優れた曲げ加
工性が要求される。また、疲労強度と共にばねとして最
も重要な特性である耐へたり性を高めるために、時効後
のばね限界値は時効後は高いことが望まれるが、時効前
は所望の形状を得るために加工後のスプリングバックを
抑制する点から低いことが望まれる。ぜんまい用の鋼帯
としては、ＳＵＳ３０１等のオーステナイト系ステンレ
ス鋼を冷間圧延したものが主として使用されている。し
かし、オーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｉ，Ｃｒ等
の高価な合金元素を多量に含んでいることから高価な材
料であり、製品コストを上昇させる。そこで、オーステ
ナイト系ステンレス鋼に替えて、安価な高炭素鋼を使用
することが種々検討されている。

【０００３】ばね材として要求される高いばね限界値を
高炭素鋼で得る方法として、パテンティング後に冷間圧
延を施すことが知られている。パテンティング処理は、
オーステナイト化後に急冷し、冷却中又は冷媒による恒
温保持中にパーライト変態させる熱処理である。冷媒に
は、鉛浴，塩浴，衝風，沸騰水等が使用されている。た
とえば、特公平１−４２３３２号公報は、一次冷却帯と
過時効処理炉を備えた連続焼鈍ラインで鋼帯をパテンテ
ィングする際、衝風冷却を前提としてオーステナイト化
後の冷却速度及び冷却停止温度を制御した衝風冷却を紹
介している。特公平１−１６８８７号公報は、熱延工程
のランナウトテーブル上で相変態を完了させた後、特定
の温度で巻き取り、冷間圧延及び歪み時効を施すダイレ
クトパテンティングを紹介している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】衝風冷却によるパテン
ティング法（特公平１−４２３３２号公報）は、鉛浴や
塩浴に浸漬して恒温変態させる方法に比較して変態温度
が高い。そのため、冷延後の強度及びばね限界値が低く
なり、過酷な条件下で使用されるぜんまい又はばね用材
料として使用できない。ダイレクトパテンティング法
（特公平１−１６８８７号公報）においても、パーライ
ト変態が比較的高温で進行するため、冷延後の強度及び
ばね限界値が低くなる。また、組織も特にコイル幅方向
に関して不均一になり易く、均一な高いばね限界値及び
曲げ加工性を示す鋼帯を得ることが困難である。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、極力低温でパーライト変態させてベイナイトを含ま
ない微細なパーライト単相組織とした後で高冷延を施す
ことにより、高強度で高いばね限界値を示すばね用鋼帯
を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のばね用高強度鋼
帯製造方法は、その目的を達成するため、Ｃ：０．６〜
１．０重量％を含む炭素鋼又は合金鋼の鋼帯をパテンテ
ィング処理する際、５００〜５５０℃に保持した冷媒槽
で前記鋼帯を恒温変態させてパーライト単相の組織とし
た後、総圧延率が７０〜９５％の冷間圧延を施すことを
特徴とする。恒温変態後のパーライト単相組織は、平均
ラメラー間隔が０．２μｍ以下に調整されていることが
好ましい。また、冷間圧延中の鋼帯を１１０℃以下の温
度に保持するとき、曲げ加工性及びばね限界値が向上す
る。

【０００６】

【作用】本発明者等は、ばねとしての弾性限を示す指標
であるばね限界値及び曲げ加工性に及ぼすパテンティン
グ条件，冷間圧延条件等の影響を広範に調査した。その
結果、パテンティング処理−冷延後に高い曲げ加工性を
示し、且つその後の時効処理によって高いばね限界値を
示す鋼帯を得るためには、次のような製造条件が有効で
あることを見い出した。パテンティング処理では、パー
ライト単相が得られる温度域で極力低温に変態温度を設
定することによりベイナイトを含まない微細なパーライ
ト単相の組織とする。パーライト単相の組織では、パー
ライト＋上部ベイナイト混合組織に比較してばね限界値
が高くなる。ここで、パーライト面積率が９５％以上で
あれば、実質的にパーライト単相組織と見做すことがで
きる。

【０００７】パーライト単相組織の場合においても変態
温度の影響は大きく、パーライト単相組織が得られる範
囲で変態温度を極力低く設定し、ラメラー間隔を微細に
することによりばね限界値が向上する。また、高いばね
限界値を示すパテンティング組織を安定してコイルの全
長及び全幅で得るためには、パテンティング処理におけ
るオーステナイト化後の冷却に、衝風や沸騰水よりも冷
却能が高い鉛浴や塩浴を使用することが望ましい。これ
らの冷媒槽では、変態潜熱による鋼帯の温度上昇も抑え
ることができるので、均一なラメラー間隔をもつパーラ
イト組織が得られる。冷延及び時効後のばね限界値は、
冷延率に伴って向上するものの、その増加の度合いはパ
テンティング組織の影響を大きく受ける。パテンティン
グ組織がパーライト単相組織の場合、パーライト＋上部
ベイナイト混合組織に比較して、同一冷延率でのばね限
界値が高いことに加え、ばね限界値が一定の値に飽和す
る冷延率が高くなる。したがって、パーライト単相組織
では、冷延率を高くすることによりばね限界値を極めて
高くすることができる。このようにして、微細パーライ
ト単相組織を得るパテンティング条件に制御した上で、
高圧下の冷延を施すとき、相乗的に高いばね限界値をも
つ鋼帯が得られる。

【０００８】他方、冷延後の曲げ加工性を向上させるた
めには、同一硬さで比較するとパテンティング後の硬さ
を上昇させ、冷延率を抑えることが有効であることを見
い出した。具体的には、パーライトラメラー間隔の異な
る鋼帯を冷延によって所定の硬さまで加工硬化させると
き、ラメラー間隔が細かいほど所定の硬さに到達するま
での総圧延率が低くなり、冷延後の曲げ加工性が向上す
る。このようなことから、パテンティング処理後のパー
ライト単相組織において、ばね限界値及び曲げ加工性を
向上させるため、パーライトの平均ラメラー間隔を０．
２μｍ以下にすることが好ましい。また、冷延中の鋼帯
には、加工発熱によって歪み時効が起きる場合がある。
冷延中の歪み時効は、鋼帯の硬さやばね限界値を著しく
上昇させ、加工が施される前にすでに時効しているた
め、曲げ加工性が劣化したものとなる。このような歪み
時効は、圧延中の鋼帯温度を一定値以下に制御すること
により防止できる。

【０００９】以下、本発明で規定した製造条件を具体的
に説明する。 Ｃ含有量：０．６〜１．０重量％ Ｃは、パテンティング後の硬さを得るために必要な元素
であり、パテンティング処理後にフェライトが生成する
ことを抑制し、組織をパーライト単相にする作用を呈す
る。このような作用は、０．６重量％以上のＣ含有量で
得られる。しかし、１．０重量％を超えるＣ含有量で
は、パテンティング処理においてオーステナイト化後の
急冷時に初析セメンタイトが生成し、冷間加工性を著し
く劣化させる。その他の合金元素としては、パテンティ
ング後の強度向上に有効なＳｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｖ
等がある。これら合金元素は、連続熱処理設備において
オーステナイト化後の急冷時にフェライトを生成せず、
且つ通板速度と恒温変態槽の長さによって定まる保持時
間が鋼成分と変態温度で定まる変態終了時間より長くな
る範囲で添加することができる。

【００１０】恒温変態温度：５００〜５５０℃ 恒温変態温度は、上部ベイナイトの生成を抑制し、パー
ライト単相組織を得るため５００℃以上に設定する必要
がある。しかし、５５０℃を超える変態温度では、生成
するパーライトの平均ラメラー間隔が粗くなり、必要な
ばね限界値が得られないばかりでなく、オーステナイト
化温度からの冷却速度が遅くなる。その結果、亜共析鋼
ではフェライトが、過共析鋼ではセメンタイトが生成し
易くなる。 冷延率：７０〜９５％ 冷延率が７０％に達しないと、薄板ばね用鋼帯としては
加工硬化が小さく、必要なばね限界値が得られない。こ
の点、冷延率を好ましくは８０％以上に設定することが
有効である。しかし、９５％を超える冷延率では、冷延
率の上昇に伴うばね限界値増加作用が飽和し、同時に著
しい加工硬化やエッジ部での耳割れ発生等により冷間圧
延が困難になる。

【００１１】更に、曲げ加工性及びばね限界値を向上さ
せるためには、冷延中の鋼帯を１１０℃以下の温度に保
持することが有効である。 冷延中の鋼帯温度：１１０℃以下 冷間圧延中の鋼帯温度が１１０℃を超えると、歪み時効
によって鋼帯が著しく硬化し、圧下率が高くなるとエッ
ジ部に耳割れが発生し易くなると共に冷延後の鋼帯の曲
げ加工性が著しく劣化する。このような現象は、冷延中
の鋼帯を１１０℃以下の温度に保持することにより抑制
される。鋼帯温度は、具体的には１パス当りの低圧下率
変化，圧延速度の低下，圧延油散布量の増加等によって
制御できる。

【００１２】

【実施例】表１に示す組成をもつ高炭素鋼に、加熱温度
１２５０℃，仕上げ温度８５０℃及び巻取り温度６００
℃の熱間圧延を施した後、７１０℃×均熱１６時間の焼
鈍を施した。

【００１３】

【表１】

【００１４】得られた焼鈍材に、連続熱処理設備におい
て９００℃の雰囲気中で５分間加熱するオーステナイト
化処理を施した後、鉛浴に浸漬し種々の温度で恒温変態
を完了させた。そして、圧延率６５〜８５％で冷間圧延
し、板厚０．２ｍｍの冷延板を得た。冷延中の鋼帯温度
は、４０〜１５０℃の範囲に設定した。鋼帯を５１０℃
及び５４０℃でパテンティング処理した後、直径１２０
ｍｍのワークロールで１．３３ｍｍから０．２０ｍｍま
で冷間圧延した。得られた冷延鋼板の限界曲げ半径を測
定し、曲げ加工性を調査した。表２は。このときの限界
曲げ半径と冷延中の鋼帯温度及び必要パス回数との関係
を示す。表２から明らかなように、冷延中の鋼帯温度が
１１０℃を超えると歪み時効により硬さが著しく上昇
し、目標板厚まで冷延するためにパス回数が多くなると
共に冷延後の限界曲げ半径が大きくなっている。その結
果、ばね等に加工する際、鋼帯の曲げ加工性が劣ること
が判る。他方、冷延中の鋼帯温度を１１０℃以下に保持
したものでは、少ないパス回数で目標板厚まで冷延で
き、しかも歪み時効による影響が抑制されるため、冷延
後に曲げ加工性の優れた鋼帯が得られている。

【００１５】

【表２】

【００１６】冷延後の鋼帯に、２５０℃に１５分間加熱
する時効処理を施した。そして、ばね限界値に及ぼす恒
温変態温度及び冷延率の影響を調査した。

【００１７】

【表３】

【００１８】調査結果を示す表３にみられるように、パ
テンティング組織がパーライト単相で且つ冷延率７０％
以上の冷延を施した試験番号１０〜１７の本発明例で
は、時効処理後に高いばね限界値が得られている。これ
に対し、変態温度が５００℃に達しない試験番号１８，
１９の比較例では、上部ベイナイトが混在した組織にな
り、冷延による加工硬化が小さく、時効処理後のばね限
界値が低下していた。他方、変態温度が５５０℃を超え
る比較例２０，２１では、パーライトのラメラー間隔が
粗くなるため、強度が低下し、また冷延−時効処理後の
ばね限界値も低くなっていた。変態温度が本発明で規定
した５００〜５５０℃の範囲にあるものでも、冷延率が
６５％と低い比較例２２では、十分なばね限界値が得ら
れていない。更に、Ｃ含有量が１．０重量％を超える比
較例２４では、初析セメンタイトが生成し、冷延中に耳
割れが発生した。この対比から明らかなように、Ｃ含有
量を０．６〜１．０重量％に規定した炭素鋼又は合金鋼
の鋼帯に本発明で規定した条件下で恒温変態及び冷間圧
延を施すとき、初めて曲げ加工性及びばね限界値に優れ
た鋼帯が得られることが確認された。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、５００〜５５０℃の恒温変態によりベイナイトを含
まないパーライト単相組織とし、これを冷延率７０〜９
５％で冷間圧延することにより、曲げ加工性及びばね限
界値に優れたばね用高強度鋼帯を製造している。このよ
うにして得られた鋼帯は、リトラクターぜんまい，オル
ゴールぜんまい等の各種ぜんまいや板ばね等に好適な素
材として使用される。

フロントページの続き (72)発明者 山田 利郎 広島県呉市昭和町11番１号 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．６〜１．０重量％を含む炭素鋼
   又は合金鋼の鋼帯をパテンティング処理する際、５００
   〜５５０℃に保持した冷媒槽で前記鋼帯を恒温変態させ
   てパーライト単相の組織とした後、総圧延率が７０〜９
   ５％の冷間圧延を施すことを特徴とするばね用高強度鋼
   帯の製造方法。
2. 【請求項２】 恒温変態後のパーライト単相組織の平均
   ラメラー間隔が０．２μｍ以下である請求項１記載のば
   ね用高強度鋼帯の製造方法。
3. 【請求項３】 冷間圧延中の鋼帯を１１０℃以下の温度
   に保持する請求項１又は２記載のばね用高強度鋼帯の製
   造方法。