JP2002235151A - 高強度ばね用熱処理鋼線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度においてもコイリング性に優れたばね
用鋼線を提供する。 【解決手段】 質量％において、Ｃ：０．７５〜０．８
５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．０
％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、Ｎ：０．００１〜０．００７
％、Ｗ：０．０５〜０．３％残部が鉄および不可避的不
純物を含み、引張強度２０００ＭＰａ以上、かつ検鏡面
に占めるセメンタト系球状炭化物に関して、円相当径
０．２μｍ以上の占有面積率が７％以下、円相当径０．
２〜３μｍの存在密度が１個／μｍ²以下、円相当径３
μｍ超の存在密度が０．００１個／μｍ²以下を満た
し、旧オーステナイト粒径番号が１０番以上、残留オー
ステナイトが１２質量％以下、最大炭化物径が１５μｍ
かつ最大酸化物径が１５μｍ以下であることを特徴とす
る高強度ばね用熱処理鋼線。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷間でコイリングさ
れ、高強度かつ高靭性を有するばね用鋼線に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車の軽量化、高性能化に伴い、ばね
も高強度化され、熱処理後に引張強度１５００ＭＰａを
超えるような高強度鋼がばねに供されている。近年では
引張強度１９００ＭＰａを超える鋼線も要求されてい
る。それはばね製造時の歪取り焼鈍や窒化処理など、加
熱によって少々軟化してもばねとして支障のない材料硬
度を確保するためである。

【０００３】その手法としては特開昭５７−３２３５３
号公報ではＶ、Ｎｂ、Ｍｏ等の元素を添加することで焼
入れで固溶し、焼戻しで析出する微細炭化物を生成さ
せ、それによって転位の動きを制限し、耐へたり特性を
向上させるとしている。

【０００４】一方、鋼のコイルばねの製造方法では鋼の
オーステナイト域まで加熱してコイリングし、その後、
焼入れ焼戻しを行う熱間コイリングとあらかじめ鋼に焼
入れ焼戻しを施した高強度鋼線を冷間にてコイリングす
る冷間コイリングがある。冷間コイリングでは鋼線の製
造時に急速加熱急速冷却が可能なオイルテンパー処理や
高周波処理などを用いることができるため、ばね材の旧
オーステナイト粒径を小さくすることが可能で、結果と
して破壊特性に優れたばねを製造できる。またばね製造
ラインにおける加熱炉などの設備を簡略化できるため、
ばねメーカーに取っても設備コストの低減につながるな
どの利点があり、最近ではばねの冷間化が進められてい
る。

【０００５】しかし冷間コイリングばね用鋼線の強度が
大きくなると、冷間コイリング時に折損し、ばね形状に
成形できない場合も多い。強度と加工性が両立しないた
めに工業的には不利ともいえる方法でコイリングせざる
を得なかった。通常、弁ばねの場合、オンラインでの焼
入れ焼戻し処理、いわゆるオイルテンパー処理した鋼線
を冷間でコイリングするが、例えば特開平０５−１７９
３４８号公報では９００〜１０５０℃に加熱してコイリ
ングし、その後４２５〜５５０℃で焼戻し処理するな
ど、コイリング時の折損を防止するためにコイリング時
に線材を加熱して変形を容易な温度でコイリングし、そ
の後、高強度を得るためにコイリング後の調質処理を行
っている。このようなコイリング時の加熱とコイリング
後の調質処理は、ばね寸法の熱処理ばらつきの原因にな
ったり、処理能率が極端に低下したりするため、コス
ト、精度の点で冷間コイリングされたばねに比べ劣る。

【０００６】また炭化物の粒径に関しては例えば特開平
１０−２５１８０４号公報のようにＮｂ、Ｖ系の炭化物
の平均粒径に注目した発明がなされているが、Ｖ、Ｎｂ
系炭化物の平均粒径の制御だけでは不十分であることを
示している。この先行技術では圧延中の冷却水によって
異常組織が生じることを懸念する記述があり、実質的に
は乾式圧延を推奨している。このことは工業的には非定
常作業であり、通常の圧延と明らかに異なることが推定
され、たとえ平均粒径を制御しても周辺マトリックス組
織に不均一を生じると圧延トラブルを生じることを示唆
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は冷間でコイリ
ングされ、十分な大気強度とコイリング加工性を両立で
きる引張強度２０００ＭＰａ以上のばね用鋼線を提供す
ることを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者らは従来のばね鋼
線では注目されていなかった鋼中炭化物、特にセメンタ
イトの大きさを制限することで高強度とコイリング性を
両立させたばね用鋼線を開発するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は次に示す鋼線を要旨と
する。

【００１０】（１） 質量％で、Ｃ：０．７５〜０．８
５％、Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．０
％、Ｃｒ：０．３〜１．０％、Ｐ：０．０１５％以下、
Ｓ：０．０１５％以下、Ｎ：０．００１〜０．００７
％、Ｗ：０．０５〜０．３％残部が鉄および不可避的不
純物を含み、引張強度２０００ＭＰａ以上、かつ検鏡面
に占めるセメンタイト系球状炭化物に関して、円相当径
０．２μｍ以上の占有面積率が７％以下、円相当径０．
２〜３μｍの存在密度が１個／μｍ²以下、円相当径３
μｍ超の存在密度が０．００１個／μｍ²以下を満た
し、かつ旧オーステナイト粒径番号が１０番以上、残留
オーステナイトが１２質量％以下、最大炭化物径が１５
μｍ以下かつ最大酸化物径が１５μｍ以下であることを
特徴とする高強度ばね用熱処理鋼線。

【００１１】（２） さらに、Ｍｏ：０．０５〜０．２
％、Ｖ：０．０５〜０．２％の内の１種または２種を含
むことを特徴とする上記（１）記載の高強度ばね用熱処
理鋼線。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明者は高強度を得るために化学
成分を規定しつつ、熱処理によって鋼中炭化物形状を制
御することで、ばねを製造するに十分なコイリング特性
を確保した鋼線を発明するに至った。

【００１３】その詳細を以下に示す。

【００１４】まず、鋼成分を限定した理由を説明する。

【００１５】Ｃは鋼材の基本強度に大きな影響を及ぼす
元素であり、従来より十分な強度を得られるように０．
７５〜０．８５％とした。０．７５％未満では十分な強
度を得られない。特にばね性能向上のための窒化を省略
した場合でも十分なばね強度を確保するには０．７５％
以上のＣが必要である。０．８５％超では過共析とな
り、粗大セメンタイトを多量に析出するため、靭性を著
しく低下させる。このことは同時にコイリング特性を低
下させる。

【００１６】Ｓｉはばねの強度、硬度と耐へたり性を確
保するために必要な元素であり、少ない場合、必要な強
度、耐へたり性が不足するため、１．５％を下限とし
た。またＳｉは粒界の炭化物系析出物を球状化、微細化
する効果があり、積極的に添加することで粒界析出物の
粒界占有面積率を小さくする効果がある。しかし多量に
添加しすぎると、材料を硬化させるだけでなく、脆化す
る。そこで焼入れ焼戻し後の脆化を防ぐために２．５％
を上限とした。

【００１７】Ｍｎは硬度を十分に得るため、また鋼中に
存在するＳをＭｎＳとして固定し、強度低下を抑制する
ために０．５％を下限とする。またＭｎによる脆化を防
止するために上限を１．０％とした。

【００１８】Ｎは鋼中マトリックスを硬化させるが、Ｔ
ｉ、Ｖなどの合金元素が添加されている場合には窒化物
として存在し、鋼線の性質に影響を与える。Ｔｉ、Ｎ
ｂ、Ｖを添加した鋼では炭窒化物の生成が容易になり、
オーステナイト粒微細化のピン止め粒子となる炭化物、
窒化物および炭窒化物の析出サイトになりやすい。その
ため、ばね製造までに施される様々な熱処理条件で安定
的にピン止め粒子を生成することができ、鋼線のオース
テナイト粒径を微細に制御することができる。このよう
な目的から０．００１％以上のＮを添加させる。一方、
過剰なＮは窒化物および窒化物を核として生成した炭窒
化物および炭化物の粗大化を招く。例えばＴｉを添加す
る場合には粗大なＴｉＮを析出したり、Ｂを添加すると
ＢＮを析出し、破壊特性を損なう。そこでそのような弊
害の伴わない０．００７％を上限とする。

【００１９】Ｐは鋼を硬化させるが、さらに偏析を生
じ、材料を脆化させる。特にオーステナイト粒界に偏析
したＰは衝撃値の低下や水素の侵入により遅れ破壊など
を引き起こす。そのため少ない方がよい。そこで脆化傾
向が顕著となる０．０１５％以下に制限した。

【００２０】ＳもＰと同様に鋼中に存在すると鋼を脆化
させる。Ｍｎによって極力その影響を小さくするが、Ｍ
ｎＳも介在物の形態をとるため、破壊特性は低下する。
特に高強度鋼では微量のＭｎＳから破壊を生じることも
あり、Ｓも極力少なくすることが望ましい。その悪影響
が顕著となる０．０１５％を上限とした。

【００２１】Ｃｒは焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を向
上させるために有効な元素であるが、添加量が多いとコ
スト増を招くだけでなく、焼入れ焼戻し後に見られるセ
メンタイトを粗大化させる。結果として線材は脆化する
ためにコイリング時に折損を生じやすくする。そこで焼
入れ性および焼戻し軟化抵抗の確保のために０．３％を
下限とし、脆化が顕著となる１．０％を上限とした。

【００２２】特にＣ量０．７５％以上と共析成分に近い
場合にはＣｒ量を抑制した方が粗大炭化物生成を抑制で
き、強度とコイリング性を両立しやすい。一方、窒化処
理を行う場合にはＣｒが添加されている方が窒化による
硬化層を深くできる。従って０．３〜１．０％と規定し
た。

【００２３】Ｗは焼入れ性を向上させるとともに、鋼中
で炭化物を生成し、強度を高める働きがある。従って極
力添加する方が好ましい。Ｗの特徴は他の元素とは異な
り、セメンタイトを含む炭化物の形状を微細にすること
である。その添加量が０．０５％未満では効果は見られ
ず、０．３％超では粗大な炭化物を生じ、かえって延性
などの機械的性質を損なう恐れがあるのでＷの添加量を
０．０５〜０．３％とした。

【００２４】ＭｏおよびＶは鋼中で窒化物、炭化物、炭
窒化物として析出する。従ってこれらの元素を１種また
は２種を添加すれば、これら析出物を生成し、焼戻し軟
化抵抗を得ることができ、高温での焼戻しや工程で入れ
られる歪取り焼鈍や窒化などの熱処理を経ても軟化せず
高強度を発揮させることができる。このことは窒化後の
ばね内部硬度の低下を抑制したり、ホットセッチングや
歪取り焼鈍を容易にするため、最終的なばねの疲労特性
を向上させることとなる。しかしＭｏおよびＶは添加量
が多すぎると、それらの析出物が大きくなりすぎ、鋼中
炭素と結びついて粗大炭化物を生成する。このことは鋼
線の高強度化に寄与すべきＣ量を減少させ、添加したＣ
量相当の強度が得られなくなる。さらに粗大炭化物が応
力集中源となるためコイリング中の変形で折損しやすく
なる。

【００２５】Ｍｏは０．０５〜０．２％を添加すること
で焼入れ性を向上させるとともに、焼戻し軟化抵抗を与
えることができる。すなわち強度を制御する際の焼戻し
温度を高温化させることができる。この点は粒界炭化物
の粒界占有面積率を低下させるのに有利である。すなわ
ちフィルム状に析出する粒界炭化物を高温で焼戻すこと
で球状化させ、粒界面積率を低減することに効果があ
る。またＭｏは鋼中ではセメンタイトとは別にＭｏ系炭
化物を生成する。特にＶ等に比べその析出温度が低いの
で炭化物の粗大化を抑制する効果がある。その添加量は
０．０５％未満では効果が認められない。ただしその添
加量が多いと、圧延や伸線前の軟化熱処理などで過冷組
織を生じやすく、割れや伸線時の断線の原因となりやす
い。すなわち、伸線時にはあらかじめ鋼材をパテンチン
グ処理によってフェライト−パーライト組織としてから
伸線することが好ましい。しかし、Ｍｏが０．２％を超
えると、パーライト変態終了までの時間が長くなり、通
常のパテンチング設備ではパーライト変態を終了させる
ことがで疵、鋼材中の不可避的なミクロ偏析部にマルテ
ンサイトの生成を招く。このマルテンサイトは、伸線時
に断線の原因になったり、断線せず、内部クラックとし
て存在した場合には、最終製品の特性を大きく劣化させ
る。そのためこのマルテンサイト組織の生成を抑制し、
工業的に安定して圧延、伸線が容易な０．２％を上限と
した。

【００２６】また、Ｖについては窒化物、炭化物、炭窒
化物の生成によるオーステナイト粒径の粗大化抑制のほ
かに焼戻し温度での鋼線の硬化や窒化時の表層の硬化に
利用することもできる。その添加量は０．０５％未満で
は添加した効果がほとんど認められない。また多量添加
は粗大な未固溶介在物を生成し、靭性を低下させるとと
もに、Ｍｏと同様、過冷組織を生じやすく、割れや伸線
時の断線の原因となりやすい。そのため工業的に安定し
た取り扱いが容易な０．２％を上限とした。

【００２７】炭化物規定に関して説明する。強度と加工
性の両立には鋼中の炭化物の形態が重要になってくる。
ここでいう鋼中炭化物とは鋼中に熱処理後に鋼中に認め
られるセメンタイトおよびそれに合金元素の固溶した炭
化物、（以後、両者を総じてセメンタイトと記す）およ
びＮｂ、Ｖ、Ｔｉ等の合金元素の炭化物および炭窒化物
のことである。これら炭化物は鋼線を鏡面研磨し、エッ
チングすることで観察することができる。

【００２８】図１に典型的な観察例を示す。これによる
と鋼中には針状と球状の２種の炭化物が認められる。一
般に鋼は焼入れによって、マルテンサイトの針状組織を
形成し、焼戻しによって炭化物を生成させることで強度
と靭性を両立させることが知られている。しかし本発明
では図１にあるように必ずしも針状組織だけではなく、
球状炭化物１も多く残留していることに注目し、この球
状の炭化物の分布がばね用鋼線の性能に大きく影響する
ことを見出した。この球状の炭化物はオイルテンパー処
理や高周波処理による焼入れ焼戻しにおいて、十分に固
溶されず、焼入れ焼戻し工程で球状化かつ成長または縮
小した炭化物と考えられる。この寸法の炭化物は焼入れ
焼戻しによる強度と靭性には全く寄与しない。そのた
め、鋼中Ｃを固定して単に添加Ｃを浪費しているだけで
なく、応力集中源にもなるため、鋼線の機械的性質を低
下させる要因となることを見出した。

【００２９】本材料のように鋼を焼入れ焼戻ししてから
冷間コイリングする場合、炭化物がそのコイリング特
性、すなわち破断までの曲げ特性に影響する。これまで
高強度を得るためにＣだけでなく、Ｃｒ、Ｖ等の合金元
素を多量に添加することが一般的であったが、強度が高
すぎて、変形能が不足し、コイリング特性を劣化させる
弊害があった。その原因は鋼中に析出している粗大な炭
化物が考えられる。

【００３０】図２（ａ）および（ｂ）にＳＥＭに取り付
けたＥＤＸによる解析例を示す。この結果は透過電子顕
微鏡でのレプリカ法でも同様の解析結果が得られる。従
来の発明はＶ、Ｎｂ等の合金元素系の炭化物だけに注目
しており、その一例が図２（ａ）であり、炭化物中にＦ
ｅピークが非常に小さいことが特徴である。しかし本発
明では従来の合金元素系炭化物だけでなく、図２（ｂ）
に示すように、円相当径３μｍ以下のＦｅ₃Ｃとそれに
合金元素がわずかに固溶した、いわゆるセメンタイト系
炭化物の析出形態が重要であることを見出した。本発明
のように従来鋼線以上の高強度と加工性の両立を達成す
る場合には３μｍ以下のセメンタイト系球状炭化物が多
いと、加工性が大きく損なわれる。以後、このように球
状かつ図２（ｂ）に示したようなＦｅとＣを主成分とす
る炭化物をセメンタイト系炭化物と記す。

【００３１】これらの鋼中炭化物は鏡面研磨したサンプ
ルにピクラールなどのエッチングを施すことで観察可能
であるが、その寸法などの詳細な観察評価には走査型電
子顕微鏡により３０００倍以上の高倍率で観察する必要
があり、ここで対象とするセメンタイト系球状炭化物は
円相当径０．２〜３μｍである。通常、鋼中炭化物は鋼
の強度、焼戻し軟化抵抗を確保する上で不可欠ではある
が、その有効な粒径は０．１μｍ以下で、逆に１μｍを
超えるとむしろ強度やオーステナイト粒径微細化への貢
献はなく、単に変形特性を劣化させるだけである。しか
し、従来技術ではこの重要性がそれほど認識されず、
Ｖ、Ｎｂなどの合金系炭化物にのみ注目し、円相当径３
μｍ以下の炭化物、特にセメンタイト系球状炭化物は無
害と考えられ、本発明で主に対象としている０．１〜５
μｍ程度の炭化物に関しては検討された例は見当たらな
い。

【００３２】また本発明で対象としている３μｍ以下の
セメンタイト系球状炭化物の場合には寸法だけでなく、
数も大きな要因となる。従ってその両者を考慮して本発
明範囲を規定した。すなわち円相当径の平均粒径で０．
２〜３μｍと小さくとも、その数が非常に多く、検鏡面
における存在密度が１個／μｍ²を超えるとコイリング
特性の劣化が顕著になるのでこれを上限とする。

【００３３】さらに炭化物の寸法が３μｍを超えると寸
法の影響がより大きくなるため、検鏡面における存在密
度が０．００１個／μｍ²を超えるとコイリング特性の
劣化が顕著になる。従って炭化物円相当径３μｍ超の炭
化物の検鏡面における存在密度０．００１個／μｍ²を
上限とし、本発明の範囲をそれ以下とした。

【００３４】またセメンタイト系球状炭化物の寸法に関
わらず、その検鏡面における占有面積が７％を超えると
コイリング特性の劣化が顕著になり、コイリングできな
くなる。そこで本発明では検鏡面における占有面積を７
％以下と規定した。

【００３５】一方、旧オーステナイト粒径は炭化物と並
んで鋼線の基本的性質に大きな影響をもつ。すなわち、
旧オーステナイト粒径が小さい方が疲労特性やコイリン
グ性に優れる。しかし、いくらオーステナイト粒径が小
さくとも上記炭化物が規定以上に多く含まれていると、
その効果は少ない。一般にオーステナイト粒径を小さく
するには加熱温度を低くすることが有効であるが、その
ことは逆に上記炭化物を増加させることになる。従って
炭化物量と旧オーステナイト粒径のバランスのとれた鋼
線に仕上げることが重要である。ここで炭化物が上記規
定を満たしている場合について旧オーステナイト粒径番
号が１０番未満であると十分な疲労特性を得られれない
ので旧オーステナイト粒径番号１０番以上と規定した。

【００３６】残留オーステナイトは偏析部や旧オーステ
ナイト粒界付近に残留することが多い。残留オーステナ
イトは加工誘起変態によってマルテンサイトとなるが、
ばね成形時に誘起変態すると材料に局部的な高硬度部が
生成され、むしろばねとしてのコイリング特性を低下さ
せることを見出した。また、最近のばねはショットピー
ニングやセッチングなど塑性変形による表面強化をおこ
うが、このように塑性変形を加える工程を複数含む製造
工程を有する場合、早い段階で生じた加工誘起マルテン
サイトが破壊歪を低下させ、加工性や使用中のばねの破
壊特性を低下させる。また、打ち疵等の工業的に不可避
の変形が導入された場合にもコイリング中に容易に折損
する。従って、残留オーステナイトを極力低減し、加工
誘起マルテンサイトの生成を抑制することで、加工性を
向上させる。具体的には残留オーステナイト量が１２％
（質量％）を超えると、打ち疵などの感受性が高くな
り、コイリングやその他取り扱いにおいて容易に折損す
るため、１２％以下に制限した。

【００３７】特に本発明のようにＣ量０．７５％以上の
ような場合、マルテンサイト生成温度（開始温度Ｍｓ
点、終了温度Ｍｆ点）が低温になると、焼入れ時にかな
りの低温にしなければマルテンサイトを生成せず、残留
オーステナイトが残留しやすい。工業的な焼入れでは水
またはオイルが用いられるが、残留オーステナイトの抑
制は高度な熱処理制御が必要となる。具体的には冷却冷
媒を低温に維持したり、冷却後も極力低温を維持し、マ
ルテンサイトへの変態時間を長く確保するなどの制御が
必要となる。工業的には連続ラインで処理されるため、
冷却冷媒の温度は容易に１００℃近くまで上昇するが、
６０℃以下に維持することが好ましい。

【００３８】また合金元素系炭化物等を含む全炭化物の
最大炭化物および最大酸化物の粒径はともに１５μｍを
超えると疲労特性を低下させるため、これを１５μｍを
上限として制限した。

【００３９】一般にばね鋼は連続鋳造後にビレット圧
延、線材圧延を経て伸線され、冷間コイリングばねでは
オイルテンパー処理や高周波処理によって強度を付与す
る。セメンタイト系球状炭化物を抑制するにはオイルテ
ンパー処理や高周波処理などの鋼線の強度を決定する最
終熱処理だけでなく、伸線に先立つ圧延時にも注意を払
う必要がある。すなわちセメンタイト系球状炭化物は圧
延などでの未溶解のセメンタイトや合金炭化物が核とな
って成長したと考えられることから、圧延などの各加熱
工程において十分成分を固溶させることが重要である。
本発明では圧延においても十分に高揚できる高温に加熱
して圧延し、伸線に供することが重要である。

【００４０】

【実施例】表１にφ４ｍｍで処理した場合の本発明と比
較鋼の化学成分、円相当径０．２μｍ以上のセメンタイ
ト系球状炭化物占有面積率、円相当径０．２〜３μｍの
セメンタイト系球状炭化物存在密度、円相当径３μｍ超
のセメンタイト系球状炭化物存在密度、最大炭化物径お
よび最大酸化物径、旧オーステナイト粒度番号、残留オ
ーステナイト量（質量％）、引張強度、コイリング特性
（ノッチ曲げ角度）および平均疲労強度を示す。

【００４１】本発明の発明例１は２５０ｔ転炉によって
精錬したものを連続鋳造によってビレットを作成した。
またその他の実施例は２ｔ−真空溶解炉で溶製後、圧延
によってビレットを作成した。その際、発明例では１２
００℃以上の高温に一定時間保定した。その後いずれの
場合もビレットからφ８ｍｍに圧延し、伸線によってφ
４ｍｍとした。一方、比較例は通常の圧延条件で圧延さ
れ伸線に供した。

【００４２】化学成分によって炭化物量、強度は異なっ
てくるが、本発明については引張強度２１００ＭＰａ程
度かつ請求項に示す規定を満たすように化学成分にあわ
せて熱処理した。一方、比較例に関しては単に引張強度
をあわせるように熱処理した。

【００４３】焼入れ焼戻し処理（オイルテンパー処理）
では伸線材を連続的に加熱炉を通過させ、鋼内部温度が
十分に加熱されるよう、加熱炉通過時間を設定した。本
実施例ではでは加熱温度９５０℃、加熱時間１５０ｓｅ
ｃ、焼入れ温度５０℃（オイル槽）とした。さらに焼戻
し温度４００〜５００℃、焼戻し時間１ｍｉｎで焼戻
し、強度を調整した。その結果得られた大気雰囲気での
引張強度は表１中に明記したとおりである。

【００４４】

【表１】

【００４５】得られた鋼線はそのまま炭化物の評価、引
張特性、ノッチ曲げ試験に供した。一方、疲労特性評価
に関しては表面にばね製作時の歪取り焼鈍を模した熱処
理４００℃×２０ｍｉｎを施したのち、ショットピーニ
ング処理（カットワイヤーφ０．６ｍｍ×２０ｍｉｎ）
を行い、さらに低温歪取り１８０℃×２０ｍｉｎを施し
て疲労試験片とした。

【００４６】炭化物の寸法および数の評価は熱処理まま
の鋼線の長手方向断面に鏡面まで研磨し、さらにピクリ
ン酸によってわずかにエッチングして炭化物を浮き出さ
せた。光学顕微鏡レベルでは炭化物の寸法測定は困難な
ため、鋼線の１／２Ｒ部を走査型電子顕微鏡で倍率×５
０００倍にて無作為に１０視野の写真を撮影した。走査
型電子顕微鏡に取り付けたＸ線マイクロアナライザーに
てその球状炭化物がセメンタイト系球状炭化物であるこ
とを確認しつつ、その写真から球状炭化物を画像処理装
置を用いて２値化することで、その寸法、数、占有面積
を測定した。全測定面積は３０８８．８μｍ²ある。

【００４７】残留オーステナイトの測定は、直流磁化装
置によって発生させたサンプルの磁束密度を測定し、磁
束密度を残留オーステナイト量に換算して求めた。換算
にはあらかじめ磁束密度と残留オーステナイト量の関係
を求めておいた校正曲線を用いた。

【００４８】引張特性はＪＩＳ Ｚ ２２０１ ９号試
験片によりＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して行い、その
破断荷重から引張強度を算出した。

【００４９】ノッチ曲げ試験の概要を図３（ａ）および
（ｂ）に示す。ノッチ曲げ試験は以下のような手順で行
った。先端半径５０μｍのポンチによって鋼線の長手方
向に直角に最大深さ３０μｍの溝（ノッチ）を付け、図
３（ａ）に示すように、その溝部に最大引張応力が負荷
させるように荷重２により３点曲げ変形を加えた。ノッ
チ部から破断するまで曲げ変形を加え続け、図３（ｂ）
に示すように、破断時の曲げ角度を測定した。測定角度
３は、図３（ｂ）に示すとおりで、角度が大きいほどコ
イリング特性が良好である。経験的にはφ４ｍｍの鋼線
においてノッチ曲げ角度２５°以下ではコイリングは困
難である。

【００５０】疲労試験は中村式回転曲げ疲労試験であ
り、１０本のサンプルが５０％以上の確率で１０⁷サイ
クル以上の寿命を示す最大負荷応力を平均疲労強度とし
た。

【００５１】表１に示すとおり、φ４ｍｍの鋼線に関し
ては化学成分が規定範囲外であると炭化物の制御が困難
になり、コイリング性の指標となるノッチ曲げ試験にお
ける曲げ角度が小さくコイリング特性が劣ったり、中村
式回転曲げ疲労強度が劣る。また化学成分が規定範囲内
であっても事前の焼鈍による炭化物の安定化や焼入れ時
の加熱不足による未固溶炭化物の残留、焼入れの冷却不
足など、熱処理条件の不備により最大酸化物径や旧オー
ステナイト粒径が本規定範囲外にある比較材もコイリン
グ特性あるいは疲労特性が劣る。一方、炭化物に関する
規定を満たしても強度が不足していると疲労強度が不足
し、高強度ばねには使用できない。

【００５２】

【発明の効果】本発明鋼線は、冷間コイリングばね用鋼
線中のセメンタイトを含む球状炭化物の占有面積率、存
在密度、オーステナイト粒径、残留オーステナイト量を
小さくすることで、強度を２０００ＭＰａ以上に高強度
化するとともに、コイリング性を確保し高強度かつ破壊
特性に優れたばねを製造可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼の焼入れ焼戻し組織を示す顕微鏡写真であ
る。

【図２】球状炭化物分析例を示す図で、（ａ）は合金系
球状炭化物、（ｂ）はセメンタイト系球状炭化物の分析
例を示す図である。

【図３】ノッチ曲げ試験方法の概要を示す図で、（ａ）
は荷重前、（ｂ）荷重後を示す図である。

【符号の説明】

１ 球状炭化物 ２ 荷重 ３ 測定角度

フロントページの続き (72)発明者 橋村 雅之 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社室 蘭製鐵所内 (72)発明者 萩原 博 東京都千代田区大手町２丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内 (72)発明者 宮木 隆成 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社室 蘭製鐵所内 (72)発明者 林 博昭 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 鈴 木金属工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 章一 東京都千代田区丸の内１丁目８番２号 鈴 木金属工業株式会社内 (72)発明者 椎木 克昭 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 山田 範之 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 小池 精一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3J059 AB11 AD05 BA01 BC02 EA20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％で、Ｃ：０．７５〜０．８５％、
   Ｓｉ：１．５〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｃ
   ｒ：０．３〜１．０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：
   ０．０１５％以下、Ｎ：０．００１〜０．００７％、
   Ｗ：０．０５〜０．３％残部が鉄および不可避的不純物
   を含み、引張強度２０００ＭＰａ以上、かつ検鏡面に占
   めるセメンタイト系球状炭化物に関して、円相当径０．
   ２μｍ以上の占有面積率が７％以下、円相当径０．２〜
   ３μｍの存在密度が１個／μｍ²以下、円相当径３μｍ
   超の存在密度が０．００１個／μｍ²以下を満たし、か
   つ旧オーステナイト粒径番号が１０番以上、残留オース
   テナイトが１２質量％以下、最大炭化物径が１５μｍ以
   下かつ最大酸化物径が１５μｍ以下であることを特徴と
   する高強度ばね用熱処理鋼線。
2. 【請求項２】 さらに、Ｍｏ：０．０５〜０．２％、
   Ｖ：０．０５〜０．２％の内の１種または２種を含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の高強度ばね用熱処理鋼
   線。