JPS5827960A - 耐へたり性の優れたばね用鋼 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酎へｔコり性のすぐれたばね用銅に関するも
のである。

従来、自動車等の懸架装置に用いられるばね用これに対
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３１応力を上昇させる手段
が効果的とされている。このように高応力設計にともな
い、従来の」１記ばね用銅を素材としばねを製作した場
合、へたりが増大するという問題が発生した。特に乗用
車に用いた場合へｔこりの増大はバンバ高さの低下につ
ながり安全」二大きな問題となつｔコ。そこで、各種の
研究がなされた結果、ばね用鋼中のＳｔ　含有量を増加
させると耐へたり性が向上するということを見い出し近
時、Ｓ　Ｕ　、１’　６よりもさらにＳ１含有量が多く
１．Ｔ　Ｉ　Ｓ　Ｇ　４．８０１に規定されるばね用鋼
中では最も高８１のＳ　ｒＪ　Ｐ　７が乗用車懸架ばね
用銅として広く使用されるに至っている。

しかるに、懸架ばねの軽量化に対する要求は厳しいもの
があり、Ｓ　Ｕ　Ｐ　７よりもさらに耐へたり性のすぐ
れたばね用銅の開発が強く望まれていた。

本発明はこのような背景の下に、本発明者等が研究を重
ねた結果、高８１ばね用銅に適量の■。

Ｎｂ　、　Ａ４．’ｏを１種ないし２種以」−添加し、
さらにＣｏ　、Ｏｎ　、ＢＯを１種ないし２種以」−添
加したうえに、さらに使用日的に応じて、Ａ、ｇ　、　
Ｔｉ　　。

Ｚｒのうち１種ないし２種以上、Ｂ、　Ｃｒ　、Ｎｉ。

希土類元素のうち１種ないし２種以上、Ｗ、Ｔａのうち
１種ないし２種を添加することにより、ＳＴＪ　Ｐ　７
よりも耐へたり性及び焼入性がすぐれ、かつ、ばね用銅
として必要な耐疲労性、靭性についてもＳ　ＴＪ　Ｐ７
と同等の性能を有するばね用銅を開発したものである。

Ｖ、Ｎ’ｂ　、Ｍｏ及びＷ、’Ｔａは鋼中におイテそれ
ぞれ炭化物を形成し、これら合金炭化物は焼入れ時の加
熱に際して、オーステナイト中に溶解する。これを急冷
して焼入れするとこれら元素を過飽和に固溶したマルテ
ンサイトが得られる。これを焼もどしするとその過程で
微細な合金炭化物が再析出を始め、これが鋼中において
転位の動きを阻止し、二次硬化を生じ、Ｖ、Ｎｂ　、Ｍ
ｏを添加已また、焼入れ時の加熱においてオーステナイ
Ｉ・中に溶解されない合金炭化物は、オーステナイト結
晶粒を薇細化するとともにその粗大化を防止し得る。ま
た、このような微細な結晶粒は転位の移動量を少なくす
ることにより耐へたり性を向上させる。

また、Ｃｏ　、Ｃｏ　、Ｂｃは鋼中においてＳｔ　と同
様に置換型に固溶して、鋼に固溶強化を付与し、鋼の耐
へたり性を向上させる。

一方、ＡＩ　、Ｔｉ　、Ｚｒは、多くの場合、鋼中にお
いてＮと結合して窒化物を形成し、オーステナイト結晶
粒を微細化するとともにその粗大化を防止する効果を有
し、転位の移動量を少なくすることにより鋼の耐へたり
性向上に寄与する。

また、１１．　Ｏｒ　、　Ｎｉ　、及び希土類元素はそ
れぞれ鋼の焼入性を高める元素で、特に高い焼入性を必
要とする大物、厚物のばねに対しても前記添加元素によ
る耐へたり性向上を可能にするもので硬さ範囲を狙う場
合、従来鋼に比較して焼もどし温度範囲をより広い範囲
とすることが可能であり、狙いの硬さが安定して得られ
ることになる。このことをさらに明らかにするため、後
述の０．２２％の■、０．１８％のＴａ、１．３８％の
Ｃ１１を含有しりＡ　１５ｆｉ、　　０．２１　＊（７
）Ｖ、　　０．１．２＊（７）Ｎ’）　、　　０゜２０
％のＴａ　、さらに１．３０％のｅｌｌを含有したＡ　
１６鋼とＳ　ＴＪ　Ｐ　’７であるＢＩ鋼とを３００〜
６５０℃の間で焼もどしを行ない、その硬さを測定した
結果を第１図に示した。第１図から明らかなように、析
出強化元素であるＶ、ＮｂとＴａ、　ＣＩＩを適宜に含
有させたＡ１５＋　Ａ１６鋼の本発明鋼では、硬さに対
応する焼もどし温度範囲は従来鋼に比べ広いことが認め
られると同時に、二次硬化の生起を示す硬さの上昇が焼
もどし温度５５０℃のところに見ることができる。

つぎに結晶粒の微細化効果については、０２１％ノｖ、
　　１．．３１％ノｃＩｌ　、　　Ｏ，０ｙ−８％（Ｄ
Ａｌ　全含有するＡ７鋼、０．１９％のＶ、０．１２％
のＮｂ、］。

＼ のＴｉ　　を含有するＡ９鋼、０２０％のＶ、０．１４
％のＮｂ、０．６８％の００，０．０５％のＴｉ　を含
有するＡ１０＠と従来鋼の８ＵＰ７であるＢ１鋼の各オ
ーステナイト化温度におけるオーステナイト結晶粒の大
きさを酸化法によって測定した結果を第２図に示した。

第２図をみると、ＡＩあるいはＴｉの添加によ（７） す、オーステティｌ−結晶粒度は従来鋼に比べ、粒度番
号にして約３程度細かくなっていることが認められる。

また、第３図は、０２５％のＶ、１．３０％のＣｕ。

ｏ、ｏｏａｏ％のＢを含有したＡｌｌ鋼、０．２３％の
ｖ、ｏ、ｉｏ％のＮｂ　、　　１．２７％のＣｕ、　、
　Ｑ、　Ｑ　Ｑ２１％のＢを含有したＡ、１２鋼、０２
７％の■。

１．３４％ノＣ１１、０，６２％（７）　Ｏｒ　を含有
したＡ１Ｂ鋼、　　０．２１．％（７）Ｖ、　　０．１
５％（７）ＮＩＪ　、　　１．２９％本発明鋼の化学組
成はｃｏ、５ｏ〜０．８０％、　Ｓｔｌ、５０〜２．５
０％、　Ｍｎ　０．５０〜１．５０％を含有し、これに
■００５〜０．５０％、　ＮｌＩ　　Ｑ、Ｑ　５〜０５
０％、ＭＯｏ、０５〜０．５０％のうち１種ないし２種
以上を含有し、さらにＣ１１０，２０〜３．００％。

ＣＯＯ，０５〜１．００％、　Ｂｅ−Ｑ、９１〜２．０
０％のうち１種ないし２種以上を含有し、さらに使用口
（８） 的に応じてＡ４０．Ｏ会〜０．１０％、Ｔｉ　０００２
〜０１０％、　Ｚｒ　　０８０２〜０．１０％のうち１
種ないし２種以上を、あるいはＢＯ，０Ｏ０５〜０．０
１００％、　Ｏｒ　０．２０〜１．００％、　Ｎｉ　　
Ｏ，２０〜２．００％、希土類元素０３０％以下のうち
１種ないし２種以上を、あるいはＷＯ１０５〜１．００
％、　Ｔａ０．０５〜０．５０％のうち１種ないし２種
を含有し、残り実質的にｐｅよりなるものである。

−とじて十分な強度が得られないためであり、０，８０
％を越えて含有させると過共析鋼となり靭性の低下が著
しくなるためである。

Ｓｉ量を１．５０〜２５０％としたのは、１．５０％以
下ではＳｉ　の有するフェライト中に固溶することによ
り素地の強度を上げ、耐へたり性を改善するという効果
が十分に得られないためであり、２．５０％を越えて含
有させても耐へたり性向上の効果が飽和し、かつ、熱処
理により遊離炭素を生、しる恐れがあるためである。

Ｍ　ｎ量を０５０〜１５０％としたのは、０．５０％以
下ではばね用銅としての強度が不足し、さらに焼入性の
点でも不十分であるためであり、１．５０％を越えて含
有させると靭性を阻害するためである。

Ｖ、　Ｎｌｌ　、　Ｍｏはいずれも本発明鋼においては
耐へたり性を改善する元素である。

あり、０．５０％を越えて含有させてもその効果が飽和
し、か゛つ、オーステナイト中に溶解されない合金炭化
物量が増加し、大きな塊となることにより非金属介在物
的な作用により鋼の疲労強度を低下させる恐れがあるた
めである。

これらのＶ、Ｎｌ）、Ｍｏはそれぞれを単独で添加する
ほかに、２種ないし３種を複合添加することにより、Ｖ
　、　Ｎｌ）、　Ｍ、ｏを単独で添加した場合ニ比へ、
より低い温度でオーステナイト中への溶解を開始させ、
また焼もどし過程において微細な合金炭化物の析出は、
二次硬化をより促進させることにより耐へｔ：り性をさ
らに向−Ｉニさせるもの−Ｃある。

また、Ｃｕ、Ｇｏ、Ｂｅはそれぞれ鋼中において置換型
に固溶して鋼を強化し、耐へたり性を改善する元素であ
る。ｅｌ＋の含有量を０．２０〜３００％としたのは、
０．２０％以下では固溶強化とし０．０５％以下では効
果が不十分であり、１．００％を越えると靭性を劣化す
る恐れがあるためである。

同様にＢｅの含有量を０．０１〜２００％としたのは、
Ｂｅは固溶強化能が大きい元素だが、０．０１％以下で
は上記の効果が得られないためてあり、２．００％を越
えて含有させてもＳｌの場合と同様効果が飽和するため
である。

また、結晶粒を薇細化して耐へたり性を向−１−させる
ｋｌ、’Ｉ″ｌ、Ｚｒの含有量を、Ａβについて（１１
） は０．０３−０．１．０％、Ｔｉ　とＺｒについては０
０２〜０．１０％としたのは、それぞれそれ以Ｆではそ
れら窒化物の分布状態が疎らとなり結晶粒の微細化に寄
りしないからであり、０．１０％を越えて含有しても−
１−記の効果が飽和し、かつ、熱間圧延性を阻害し、非
金属介在物として鋼の靭性を劣化させる恐れがあるため
である。

また、Ｂ、Ｏｒ　、Ｎｉ　、及び希土類元素は焼入、性
を高め、焼入れに際して、大物、厚物のばねを有量を０
．０００５〜０．０１．００％としたのは、０゜０００
５％以下では焼入性の向」二が期待できないためであり
、０．０１．００％を越えて含有させても効果が飽和す
るためである。Ｃｒの含有量を０．２０〜１．００％と
したのは、０．２０％以下では焼入性向上の効果が十分
でないためであり、１．００％を越えｔコ場合には、焼
入性向−にの効果がほぼ飽和し、かつ、本発明鋼のよう
にＳｔ　を多く含有する（　１２　） ・鋼では、焼もどし組織を不均一にする恐れがあるため
である。

また、Ｎｉの含有量を０．２０〜２．００％としたのは
、０．２０％以下では十分な焼入性向１−効果が得られ
ないためであり、２００％を越えて含有させても効果が
飽和し、かつ、大量の残留オースナイ！・を形成する恐
れがあるためである。同様に希土類元素量を０３０％以
下としたのは、それ以上含有させると、結晶粒が粗大化
する恐れがあるためである。

ことにより鋼に析出強化を付与する元素で、Ｗの含有量
を００５〜１．００％としたのは、０．０５％以下では
析出量が不足するためであり、１．．００％を越えて含
有させても効果が飽和するためである。

またＴａの含有量を０゜０５〜０．５０％としたのは、
００５％以下では、Ｗの場合と同様に析出量が不足する
ためであり、０５０％を越えて含有させても効果が飽和
し、かつ、未溶解炭化物が非金属介在物として作用して
鋼の靭性を劣化させる恐れがあるためである。

そしてこの場合もＷとＴａを単独で添加するほかに、２
種を複合添加することにより、既に添加されているＶ、
Ｎｈ　、Ｍｏと相乗効果を発揮して、より低いオーステ
ナイト化温度で合金炭化物の溶解を開始させ２次硬化を
さらに促進させるものである。

つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼と比べ実施例で吹峯４Ｉ 第１表においてＡ１−Ａ１６鋼は本発明鋼で、Ｂｌ鋼は
従来鋼でＳ　Ｉ丁Ｐ７である。これらはすべて鋳造後、
圧延比５０以上で熱間圧延を施して供試材とした。

そして前記供試鋼を素材として第２表に示す諸元を有す
るコイルばねを成形し、最終硬さがＩ：Ｉ　ｎ、ｃ４５
〜５５となるように焼入・焼もどし処理を行った後、素
線の剪断応力τ−１１−５ｋ’ｊ／ｙｎｌｒ　となるよ
うにセッチングを加えてへたり試験片を作製し）９６時
間経過（以下、これを長期荷重という）した後のコイル
ばねのへたり爪を測定した。

第　　　　　２　　　　　表 しかし焼入性を考慮したＡ１１〜Ａ　１．４鋼について
は、表３に示した径φ３　Ｑ　ｍｍの１・−ンヨン・バ
ーに成形して試験片とし、τ−１１０１ＫＩＩ’／−で
セッチンクした後、τ−１００ｋｑｒ／ｍｒＪ　　の応
力を何加し、９６時間放置した後のへたり量を求めた。

第　　　　　３　　　　　表 そして、」−記試験片の硬さに対するへたり爪を第４〜
７図に示した。

第４〜７図から明らかなように本発明鋼であるＡ１−Ａ
１６鋼はいずれも従来鋼であるＢ１鋼に比べ優れ牟だ耐
へたり性を有していることが認められる。

なお、へたり量は前記長期荷重を加える前にコイルばね
を一定の高さまで圧縮するに要した荷重Ｐ１　　と、前
記長期荷重を加えた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、その差△Ｊ）　（−ｐ　、　　
ｌ）　２）　　より次式を用いて算出したもので、剪断
ひずみの単位を有し、残留剪断ひずみと称する値をもっ
て評価した。

１８Ｉ） γ１（・−互・Ｋ］△Ｉ゛ Ｇ；横断性率（ｋ釘／ｍＡ）　　Ｄ　；　ｍｌ　イル中
心径（ｙｎｍ）（ｌ；素線径（ｚｙｙ） 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） ｔた、ＡＩｌ〜Ａ　１．４鋼について実施した１・−ジ
ョンバーからのへたり量はねじり角度の減少量△θ（ｒ
ａ、ｒｌ）からＹｒ−△θ・（Ｊ／２１に従って残留断
歪量に変えて求めた。

（ｌ；線径（悶） ｌ；有効長さくｍｍ） また、本発明鋼と従来鋼について、Ａ１−Ａ１０鋼、Ａ
１５〜Ａ　ｉ　６鋼、Ｂｌ鋼では前記のコイルばねを用
いて、またｆｚ〜Ａ　１−４鋼については前記の１・−
ジョン・バーを用いて、１ｏ−１１０に’：ｊｆ／ｍＡ
の条件で疲労試験を実施したところ、いずれも２０万回
繰り返しても析損することはなかった。

上述の如く、本発明鋼は従来の高８１ばね用銅に適量の
Ｖ、Ｎｂ　、Ｍｏを［１１独あるいは複合して添加し、
さらに適量のＣｕ　、　Ｃ（＋　、　Ｂｃを単独あるい
は複合して添加したうえに、使用目的に応じて適量のＡ
　Ｉ　＋　Ｔ　ｉｒ　Ｚ　ｒを単独あるいは複合して添
加し、あるいは適量のＢ、　Ｏｒ　、Ｎｉ、希土類〕べ
元素を単独あるいは複合して添加し、あるいは適ご−１
１ ツ′量のＷ　ｒ　Ｔａを単独、あるいは複合添加するこ
とばね用銅として必要な耐疲労性、靭性についても従来
鋼と比べそん色のないもので、特に乗用車懸架ばね用銅
として極めて高い実用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明鋼と従来鋼について焼入れ後、３００
〜６５０℃の間で焼もどしを行ない、その硬さを示した
線図で、第２図は、本発明鋼と従来鋼について各オース
テ温度１−化温度におけるオーステナイＩ・結晶粒度を
酸化法によって求めた結果を示す線図、第３図は、本発
明鋼と従来鋼について焼入れ性を比較した線図、第４〜
７図は本発明鋼と従来鋼について、焼入れ、焼もどし後
の硬さをＴ’ＩＲ，０４５〜５５にした時のコイルばね
試験片のへたり量を示した線図である。 ３６ 第３ 焼入ｒ 　８１ 端からの距離（１Ｘ６イ／今）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量比にして００．５０〜０８０％、　８＋　　１
   ．。 ５０〜２５０％、　Ｍ、ｎ　　Ｏ，５０〜１．５０％と
   、■００５〜０５０％、　Ｎｌｌ　Ｑ、Ｑ　５〜０５０
   ％１Ｍ０００５〜０５０％のうち１種ないし２種以」二
   を含有し、さらにＣｏＱ、２０〜３．００％、ＣｏＱ。 ０５〜１．００％、ＢｅＯ，０１〜２．００％のうち１
   種ないし２種以」−を含有し、残り実質的にｐ　（！よ
   りなる耐へたり性に優れたばね用銅。 ２　重量比にして（３０，５０〜０．８０％、Ｓｔｌ。 ５０〜２．５０％、　Ｍｎ　　０．５０〜１．５０％と
   、■０．０５〜０５０％、　Ｎｉｌ　Ｑ、Ｑ　５〜０．
   ５０％、　Ｍ（１０，０５〜０５０％のうち１種ないし
   ２種以」−を含有し、さらにＣｕＯ，２０〜３．００％
   、００００５〜１．００％、　　Ｂｅ　　ｏ、ｏ　１〜
   ２．００％のうち１　種ｊ、！　イシ２＄ｌ以Ｊ：　ト
   、Ａ、（１０，０３〜０．１　ｏ％。 Ｔｉ　　０．０２〜０．１０％、　Ｚｒ　Ｏ，０２〜ｏ
   、ｔ　ｏ％のうち１種ないし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へたり性の優れ
   たばね用銅。 ３　重量比にしてＣ０，５０〜０８０％、Ｓｔｌ。 ５０〜２．５０％、　Ｍｎ　　Ｑ、　５　Ｑ〜１．５０
   ％と、■０．０５〜０．５０％、　Ｎｌｌ　Ｑ、Ｑ　５
   〜０．５０％、Ｍ。 ０．０５〜０．５０％のうち１種ないし２種以上を含有
   し、さらにＣｌ１０．２０〜３．００％、ＣｏＱ。 ０５〜１．００％、　Ｂｅ　　Ｏ，０１〜２．００％の
   うち１種ないし２種以」−と、Ｂｏ、０００５〜０．０
   １００％、　Ｏｒ　０．２０〜１．００％、Ｎｉ０．２
   ０〜２．００％、希土類元素０．３０％以下のうち１種
   ないし２種以」二を含有し、残り実質的にＦｅよりなる
   ことを特徴とする耐へたり性の優れたばね用銅。 ４　重量比にしてＧ　Ｏ，５０〜０．８０％、Ｓ＋’ｌ
   。 ５０〜２．５０％、　　Ｍｎ　　Ｏ，５０〜１．５０％
   と、■００５〜０．５０％、　Ｎｉｌ　Ｑ、Ｑ　５〜０
   ，５０％、Ｍ。 ００５〜０．５０％のうち１種ないし２種以上を含有し
   、さらにＣｉｕ□、２０〜３．００％、ＣｏＱ。 ０５〜１．００％、　Ｂｅ　Ｏ，０１〜２．００％のう
   ち１種ないし２種以」−と、Ｗｏ、０５〜１．００％。 Ｔａ０．０５〜０５０％のうち１種ないし２種を含有し
   、残り実質的にＦＯよりなることを特徴とする耐へたり
   性の優れたばね用銅。