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JP2001049337A - Production of high strength spring excellent in fatigue strength - Google Patents

Production of high strength spring excellent in fatigue strength

Info

Publication number
JP2001049337A
JP2001049337A JP22251799A JP22251799A JP2001049337A JP 2001049337 A JP2001049337 A JP 2001049337A JP 22251799 A JP22251799 A JP 22251799A JP 22251799 A JP22251799 A JP 22251799A JP 2001049337 A JP2001049337 A JP 2001049337A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tempering
hardness
shot peening
spring
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP22251799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Inada
淳 稲田
Nobuhiko Ibaraki
信彦 茨木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP22251799A priority Critical patent/JP2001049337A/en
Publication of JP2001049337A publication Critical patent/JP2001049337A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize the increase of the stress of a spring by executing tempering at a specified temp. after quenching and executing shot peening in the subsequent stage in such a manner that the maximum value of compressive residual stress in the surface layer part is controlled to the specified valve or above. SOLUTION: Relating to the steel to be used, the average of cross-sectional hardness (core part hardness) other than that of a hardened region by shot peening is >=53.5 HRC. As to this steel, the temp. in tempering executed successively to quenching is controlled to <=340 deg.C. By controlling the temp. in the tempering to the relatively low one in this way, movable dislocations caused at the time of the quenching are largely left even after the tempering, which relax the concentration of strains on the circumferences of nonmetallic inclusions to suppress the generation of fatigue cracking. The tempering temp. at this time is preferably controlled to <=260 deg.C, by which the effect is moreover improved. Then, the subsequent shot peening is executed in such a manner that the maximum value of the compressive residual stress in the surface layer part is controlled to >=80 kgf/mm2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の弁ばね
や懸架ばね等の様な高強度ばねを製造する為の方法に関
するものであり、殊にショットピーニングによる硬化領
域を除く断面硬さの平均がHRC53.5以上で使用さ
れ、しかも介在物による疲労折損がばね寿命を律速して
いる様なばねの高応力化を実現して疲労強度に優れた高
強度ばねを得る為の有用な方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a high-strength spring such as a valve spring or a suspension spring of an internal combustion engine. A useful method for obtaining a high-strength spring excellent in fatigue strength by achieving high stress in a spring whose average is used with HRC of 53.5 or more and whose fatigue breakage due to inclusions determines the spring life. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関の弁ばねや懸架ばね等に代表さ
れる多くの高強度ばねにおいては、軽量化の観点からよ
り一層の高応力化が望まれている。ばねの高応力化にお
ける重要な要因としては、疲労寿命や耐へたり性がある
が、これらはいずれも素材硬さを高めることによって向
上できることが一般に知られている。また、疲労寿命に
関しては、ショットピーニングを施して表層に圧縮残留
応力を付与することによって向上できることが知られて
おり、工業的に汎用されている。
2. Description of the Related Art In many high-strength springs typified by valve springs and suspension springs of internal combustion engines, further higher stress is desired from the viewpoint of weight reduction. Important factors in increasing the stress of a spring include fatigue life and sag resistance, and it is generally known that any of these can be improved by increasing the material hardness. Further, it is known that the fatigue life can be improved by applying a compressive residual stress to the surface layer by performing shot peening, and is widely used industrially.

【0003】ところが、素材強度と表面残留圧縮応力の
両方を高めたばねにおいては、内部(表層部の硬化領域
を除いた部分)における非金属介在物を起点とした疲労
破壊が顕著になり、それ以上硬さを高めたり圧縮残留応
力を増加させても疲労強度は向上しないか、或は却って
低下してしまうことになる。
However, in a spring in which both the material strength and the surface residual compressive stress are increased, fatigue fracture starting from non-metallic inclusions inside (excluding the hardened region of the surface layer) becomes remarkable, and further. Even if the hardness is increased or the compressive residual stress is increased, the fatigue strength is not improved or is rather lowered.

【0004】こうした現象について、図面を用いて説明
する。本発明者らは、種々の硬さに調質した鋼材によっ
て回転曲げ疲労試験を行ない、疲労限応力について調査
した。その結果を、図1に示す。即ち、図1はショット
ピーニングの有無が疲労強度に及ぼす影響を示したグラ
フである。尚、この図において、ショットピーニングを
実施していない鋼材の硬さは、全体の断面硬さの平均を
意味し、ショットピーニングを実施した鋼材の硬さはシ
ョットピーニングによる硬化領域を除いた断面硬さ(以
下、「芯部硬さ」と呼ぶことがある)の平均を意味す
る。
[0004] Such a phenomenon will be described with reference to the drawings. The present inventors conducted a rotational bending fatigue test using steel materials tempered to various hardnesses and investigated fatigue limit stress. The result is shown in FIG. That is, FIG. 1 is a graph showing the effect of the presence or absence of shot peening on the fatigue strength. In this figure, the hardness of the steel material not subjected to shot peening means the average of the entire cross-sectional hardness, and the hardness of the steel material subjected to shot peening means the cross-sectional hardness excluding the hardened region by shot peening. (Hereinafter sometimes referred to as “core hardness”).

【0005】この結果から明らかな様に、ショットピー
ニングを実施していない試料では、HRC50〜60の
全領域において表面起点の破壊となっており、且つ硬さ
の上昇に応じて疲労限応力(106時間強度)が直線的
に上昇しているが、ショットピーニングを実施した試料
では、HRC53.5付近以上で介在物による折損が顕
著になり、硬さの上昇に応じた疲労限応力の上昇が見ら
れなくなっていることが分かる。
[0005] As is apparent from the results, in the sample not subjected to shot peening, the surface starting point was destroyed in all regions of HRC 50 to 60, and the fatigue limit stress (10 (6 hour strength) increases linearly, but in the sample subjected to shot peening, breakage due to inclusions becomes remarkable near HRC 53.5 or more, and the fatigue limit stress increases in accordance with the increase in hardness. You can see that it is no longer visible.

【0006】こうしたことから、鋼中の非金属介在物を
低減する為に製鋼段階で様々な方策が検討されてきた
が、通常の製鋼法による限りこれを完全に無くすことは
困難であり、これらが高強度ばねにおける更なる高応力
化を阻害しているのが実状である。
[0006] For these reasons, various measures have been studied in the steelmaking stage to reduce nonmetallic inclusions in steel, but it is difficult to completely eliminate them by the usual steelmaking method. Actually hinders further increase in stress in the high-strength spring.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした状況
の下でなされたものであって、その目的は、殊に加工硬
化領域を除く断面硬さの平均がHRC53.5以上で使
用され、しかも介在物による疲労折損がばね寿命を律速
している様なばねの高応力化を実現して疲労強度に優れ
た高強度ばねを得る為の有用な方法を提供することにあ
る。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made under such a circumstance, and it is an object of the present invention to use an HRC having an average cross-sectional hardness of 53.5 or more, especially excluding a work hardened area. It is an object of the present invention to provide a useful method for realizing a high-stress spring having excellent fatigue strength by realizing a high stress of the spring such that fatigue breakage due to inclusions determines the spring life.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明方法とは、C:0.36〜0.48%,Si:3%
以下(0%を含む),Mn:2%以下(0%を含む)、
Cr:3.0以下(0%を含む)、Ni:2%以下(0
%を含む)を夫々含む鋼材を用い、ショットピーニング
による硬化領域を除く断面硬さの平均がHRC53.5
以上である調質ばねを製造するに際して、焼入れ処理に
引き続き実施される焼戻しの温度を340℃以下とする
と共に、焼戻し処理以後の工程において、表層部での圧
縮残留応力が最大値で80kgf/mm2以上となる様
にショットピーニング処理を行なう点に要旨を有するも
のである。
According to the method of the present invention which can achieve the above object, C: 0.36 to 0.48%, Si: 3%
Or less (including 0%), Mn: 2% or less (including 0%),
Cr: 3.0 or less (including 0%), Ni: 2% or less (0
%, And the average of the cross-sectional hardness excluding the hardened region by shot peening is HRC 53.5.
In manufacturing the tempered spring described above, the tempering temperature performed after the quenching treatment is set to 340 ° C. or lower, and the compressive residual stress in the surface layer in the process after the tempering treatment is 80 kgf / mm at maximum. The point is that the shot peening process is performed so as to be 2 or more.

【0009】本発明方法においては、上記焼戻し温度は
260℃以下であることが好ましく、また用いる鋼材の
Si含有量は1.4〜2.4%であることが好ましい。
In the method of the present invention, the tempering temperature is preferably 260 ° C. or lower, and the Si content of the steel used is preferably 1.4 to 2.4%.

【0010】また本発明方法においては、更に他の成分
として、(a)Ti:0.03〜0.15%、(b)C
u:0.18〜0.5%、(c)V:0.05〜0.2
5%および/またはNb:0.01〜0.1%、(d)
B:0.0005〜0.01%、等を含有する鋼材を用
いることも有用である。
In the method of the present invention, (a) Ti: 0.03 to 0.15%, (b) C
u: 0.18 to 0.5%, (c) V: 0.05 to 0.2
5% and / or Nb: 0.01 to 0.1%, (d)
It is also useful to use a steel material containing B: 0.0005 to 0.01%.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は、高強度ばねにおいて非
金属介在物起点の疲労寿命を改善する方法を提供するも
のであり、上記した方法によって製造されたばねでは、
非金属介在物からの亀裂発生を抑制する働きを有し、結
果的に同程度の硬さを有する従来のばねに比べて高い繰
り返し応力に耐えることができるものとなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a method for improving the fatigue life of non-metallic inclusion starting points in a high-strength spring.
It has the function of suppressing the occurrence of cracks from non-metallic inclusions, and as a result can withstand higher repetitive stresses than conventional springs having the same hardness.

【0012】上記の様な特性を発揮するばねを製造する
為には、焼入れに引き続いて実施される焼戻し温度を3
40℃以下にする必要がある。この様に、焼戻し温度を
比較的低温にすることによって、非金属介在物からの疲
労亀裂発生を抑制することができたのである。焼度し温
度を上記の様に比較的低温にすることによって、こうし
た効果が発揮される理由については、次の様に考えるこ
とができた。
In order to manufacture a spring exhibiting the above-described characteristics, the tempering temperature performed after quenching is set to 3
It needs to be 40 ° C. or lower. Thus, by setting the tempering temperature relatively low, it was possible to suppress the occurrence of fatigue cracks from non-metallic inclusions. The reason why such an effect is exhibited by setting the firing temperature to a relatively low temperature as described above could be considered as follows.

【0013】即ち、焼戻し温度を比較的低温にして処理
することによって、焼入れ時に生じた可動転位が焼戻し
後も多量に残存し、これが非金属介在物周辺の歪集中を
和らげることで疲労亀裂発生が抑制されるものと推察さ
れる。尚、このときの焼戻し温度は、260℃以下とす
るのが好ましく、こうした低温条件とすることによって
上記の作用・効果がより一層達成されることになる。但
し、この焼戻し温度があまり低くなると、焼入れ時に生
じた歪の除去が不十分で靭性が低くなり過ぎるため、1
20℃以上とすることが好ましい。
That is, by performing the treatment at a relatively low tempering temperature, a large amount of mobile dislocations generated during the quenching remain even after the tempering, which alleviates the concentration of strain around the nonmetallic inclusions, thereby causing fatigue cracking. It is presumed to be suppressed. The tempering temperature at this time is preferably set to 260 ° C. or lower, and by setting such low temperature conditions, the above-described functions and effects are further achieved. However, if the tempering temperature is too low, the strain generated during quenching is insufficiently removed and the toughness becomes too low.
The temperature is preferably set to 20 ° C. or higher.

【0014】ところで、本発明ではショットピーニング
による硬化領域を除く断面硬さ(芯部硬さ)の平均がH
RC53.5以上である鋼材を対象とするものである
が、これは前記図1から明らかな様に、上記芯部硬さの
平均がHRC53.5未満であると介在物起点の場合と
表面起点の場合とで寿命に大きな差がないので、本発明
方法による効果が小さくなるからである。
In the present invention, the average of the cross-sectional hardness (core hardness) excluding the hardened region by shot peening is H
As shown in FIG. 1, it is intended to target steel materials having an RC hardness of 53.5 or more. This is because there is no significant difference in the service life between the two cases, and the effect of the method of the present invention is reduced.

【0015】本発明では上記の様に焼戻し温度を適切に
規定することによって、鋼材の疲労亀裂発生を抑制する
ことを最大の特徴とするものであるが、こうした効果を
発揮させる為には、鋼材(ばね用鋼)におけるC等の化
学成分も適切に調整する必要がある。また芯部硬さの平
均がHRC53.5以上である鋼材を得る上でも化学成
分組成を適切に調整する必要がある。こうした観点から
規定される化学成分組成の範囲限定理由は下記の通りで
ある。
The most characteristic of the present invention is to suppress the occurrence of fatigue cracks in steel by appropriately defining the tempering temperature as described above. It is necessary to appropriately adjust the chemical components such as C in (spring steel). In order to obtain a steel material having an average core hardness of 53.5 or more, it is necessary to appropriately adjust the chemical composition. The reasons for limiting the range of the chemical component composition defined from such a viewpoint are as follows.

【0016】C:0.36〜0.48% Cは鋼材の強度を上げる為に有効且つ経済的な元素であ
るが、C含有量が0.48%を超えて過剰になると焼入
れ時に生じる歪みが大きくなり、また低温焼戻しを実施
するので焼戻し時にこうした歪みを十分除去でいなくな
って、疲労寿命に悪影響を与えることになる。また、C
含有量が0.36%未満であると、高硬度(芯部硬さの
平均がHRC53.5以上)を得ること自体が困難とな
り、本発明で意図する高応力のばねが得られない。尚、
C含有量の好ましい下限は0.38%であり、好ましい
上限は0.45%である。
C: 0.36 to 0.48% C is an effective and economical element for increasing the strength of the steel material. However, if the C content exceeds 0.48% and becomes excessive, distortion generated during quenching is made. In addition, since low-temperature tempering is performed, such distortion cannot be sufficiently removed during tempering, which adversely affects fatigue life. Also, C
When the content is less than 0.36%, it is difficult to obtain high hardness (an average of core hardness is HRC 53.5 or more), and a high-stress spring intended in the present invention cannot be obtained. still,
A preferred lower limit of the C content is 0.38%, and a preferred upper limit is 0.45%.

【0017】Si:3%以下(0%を含む) 本発明においては、C含有量が比較的低い鋼材を使用す
るものであるので、高い硬さが得られにくい面がある
が、この観点から固溶強化作用を有し、且つ焼戻し軟化
抵抗の高いSiを添加することは有効である。こうした
効果はその含有量が増加するにつれて大きくなるが、
1.4%以上含有させることが好ましく、より好ましく
は1.7%以上含有させるのが良い。しかしながら、S
i含有量が過剰になると、粒界酸化や脱炭などの異常組
織の発生を招き、表面起点の疲労を誘発するので3%以
下にする必要がある。尚、Si含有量の好ましい上限
は、2.4%程度である。
Si: 3% or less (including 0%) In the present invention, since a steel material having a relatively low C content is used, there is a surface on which high hardness is difficult to be obtained. It is effective to add Si which has a solid solution strengthening action and high tempering softening resistance. These effects increase as their content increases,
The content is preferably 1.4% or more, more preferably 1.7% or more. However, S
If the i content is excessive, an abnormal structure such as grain boundary oxidation or decarburization is generated, and fatigue at the surface origin is induced. Note that a preferable upper limit of the Si content is about 2.4%.

【0018】Mn:2%以下(0%を含む)、Cr:3
%以下(0%を含む) MnおよびCrは、鋼の焼入れ性を高めると共に固溶強
化によって高硬さ化を助ける元素であるが、過剰になる
とMs点の低下によって十分な焼入れ組織を得るのに弊
害となるので、Mnについては2%以下、Crについて
は3%以下にする必要がある。また、上記効果を発揮さ
せるためには、Mnは0.1%以上、Crは0.5%以
上含有させることが好ましい。
Mn: 2% or less (including 0%), Cr: 3
% Or less (including 0%) Mn and Cr are elements that increase the hardenability of the steel and help increase the hardness by solid solution strengthening. However, when it is excessive, the Ms point is lowered to obtain a sufficient hardened structure. Therefore, it is necessary to reduce Mn to 2% or less and Cr to 3% or less. In order to exhibit the above effects, it is preferable that Mn is contained at 0.1% or more and Cr is contained at 0.5% or more.

【0019】Ni:2%以下(0%を含む) Niは、特に低温域での靭性を高める元素であり、欠陥
感受性の改善にも有効な元素であるが、過剰になるとM
nやCrと同様にMs点の低下によって十分な焼入れ組
織を得るのに弊害となる。こうした観点から、Ni含有
量は2%以下とする必要がある。また、上記効果を発揮
させるためには、Niは0.3%以上含有させることが
好ましい。
Ni: 2% or less (including 0%) Ni is an element that enhances the toughness particularly in a low temperature range and is also an element effective in improving defect sensitivity.
As with n and Cr, a decrease in the Ms point is detrimental to obtaining a sufficient quenched structure. From such a viewpoint, the Ni content needs to be 2% or less. Further, in order to exhibit the above effects, it is preferable that Ni is contained at 0.3% or more.

【0020】本発明で用いる鋼材における基本的な化学
成分組成は上記の通りであり、残部はFeおよび不可避
不純物からなるものであるが、この鋼材には必要によっ
て、更に他の成分として、(a)Ti:0.03〜0.
15%、(b)Cu:0.18〜0.5%、(c)V:
0.05〜0.25%および/またはNb:0.01〜
0.1%、(d)B:0.0005〜0.01%、等を
含有する鋼材を用いることも有用であり、これによって
高強度ばねとしての特性を更に向上させることができ
る。これらの元素の範囲限定理由は、下記の通りであ
る。尚、本発明で用いる鋼材としては、ばね製品として
の特性に影響を与えない程度の微量成分も含み得るもの
であり、こうしたばね製品も本発明の技術的範囲に含ま
れるものである。
The basic chemical composition of the steel material used in the present invention is as described above, and the balance is composed of Fe and unavoidable impurities. If necessary, the steel material may further comprise (a ) Ti: 0.03-0.
15%, (b) Cu: 0.18 to 0.5%, (c) V:
0.05 to 0.25% and / or Nb: 0.01 to
It is also useful to use a steel material containing 0.1%, (d) B: 0.0005 to 0.01%, etc., whereby the characteristics as a high-strength spring can be further improved. The reasons for limiting the range of these elements are as follows. It should be noted that the steel material used in the present invention may include a trace component that does not affect the properties as a spring product, and such a spring product is also included in the technical scope of the present invention.

【0021】Ti:0.03〜0.15% 特に鋼中に水素が侵入する様な環境中でばねが使用され
ると、介在物周辺の応力集中部に水素が集積し、介在物
からの亀裂発生を促進する恐れがある。Tiはその析出
物の形態で水素トラップ作用が認められており、Tiの
添加は特に水素環境下での疲労寿命改善に効果がある。
こうした効果を発揮させる為には、Tiの含有量を0.
03%以上とするのが好ましいが、Ti含有量が過剰に
なると粗大な介在物を生じ疲労寿命を却って低下させる
ので、0.15%以下とすべきである。
Ti: 0.03 to 0.15% When a spring is used in an environment in which hydrogen particularly penetrates into steel, hydrogen accumulates at stress concentration portions around inclusions, and There is a risk of promoting cracking. Ti has been found to have a hydrogen trapping action in the form of precipitates, and the addition of Ti is particularly effective in improving the fatigue life in a hydrogen environment.
In order to exhibit such an effect, the content of Ti is set to 0.1.
The content is preferably not less than 03%. However, if the Ti content is excessive, coarse inclusions are formed and the fatigue life is rather reduced, so that the content should be set to 0.15% or less.

【0022】Cu:0.18〜0.5% 腐食環境下では腐食反応によって水素が発生するので、
錆を緻密化して腐食反応を抑制するCuを含有させるこ
とは有効である。こうした効果を発揮させる為には、C
uは0.18%以上含有させることが好ましく、より好
ましくは0.22%以上含有させるのが良い。しかしな
がら、Cu含有量が過剰になるとその効果が飽和するの
で、0.5%以下とすることが好ましい。
Cu: 0.18 to 0.5% In a corrosive environment, hydrogen is generated by a corrosion reaction.
It is effective to include Cu that suppresses the corrosion reaction by densifying rust. To achieve these effects, C
Preferably, u is contained at 0.18% or more, more preferably 0.22% or more. However, the effect is saturated when the Cu content is excessive, so that the content is preferably 0.5% or less.

【0023】V:0.05〜0.25%および/または
Nb:0.01〜0.1% VとNbは、結晶粒度を微細化して耐力比を高め、耐へ
たり特性を改善するのに有効である。こうした効果を有
効に発揮させる為には、Vで0.05%以上、Nbで
0.01%以上含有させることが好ましい。しかしなが
ら、これらの元素の含有量が過剰になると、焼入れ加熱
時に粗大な炭窒化物が生成して耐疲労寿命を劣化させる
ので、Vで0.25%以下、Nbで0.1%以下にすべ
きである。
V: 0.05-0.25% and / or
Nb: 0.01 to 0.1% V and Nb are effective in reducing the crystal grain size, increasing the proof stress ratio, and improving the sag resistance characteristics. In order to effectively exhibit such effects, it is preferable to contain V in an amount of 0.05% or more and Nb in an amount of 0.01% or more. However, when the content of these elements is excessive, coarse carbonitrides are formed during quenching and heating, and the fatigue life is deteriorated. Therefore, the content of V is set to 0.25% or less and the content of Nb is set to 0.1% or less. Should.

【0024】B:0.0005〜0.01% Bは焼入れ性の改善に有効な元素であり、こうした効果
を発揮させる為には、0.0005%以上含有させるこ
とが好ましいが、過剰になると添加しても効果が飽和す
るので、0.01%以下にすべきである。
B: 0.0005 to 0.01% B is an element effective for improving hardenability. To exert such an effect, it is preferable to contain 0.0005% or more. The effect is saturated even if added, so the content should be 0.01% or less.

【0025】上述した様に、高強度ばねに要求される特
性としては疲労寿命の他に、耐へたり性も重要である。
本発明方法では、焼戻し温度を比較的低温にして製造す
るものであるので、硬さが同レベルの従来ばねに比べて
へたりが生じやすい場合がある。こうした傾向に対する
対策としては、上記の様にVやNbの添加する他、従来
から行われているセッチングの実施が有効であるが、よ
り好ましくは高温で行なうホットセッチングを行なうの
が良い。但し、ホットセッチングを過度の高温で実施す
ると、焼戻し温度を低くした効果が消失してしまうの
で、ホットセッチングの際の加熱温度は340℃以下と
することが好ましく、より好ましくは260℃以下に留
めるべきである。
As described above, the characteristics required for a high-strength spring include not only fatigue life but also sag resistance.
In the method of the present invention, since the tempering temperature is relatively low, the sag may occur more easily than a conventional spring having the same hardness. As a countermeasure against such a tendency, in addition to the addition of V and Nb as described above, conventional setting is effective, but more preferably hot setting is performed at a high temperature. However, if hot setting is performed at an excessively high temperature, the effect of lowering the tempering temperature disappears. Therefore, the heating temperature at the time of hot setting is preferably 340 ° C. or lower, more preferably 260 ° C. or lower. Should.

【0026】本発明方法では、表層部での圧縮残留応力
の最大値が80kgf/mm2以上となる様なショット
ピーニングを行なうものであるが、これは表面からの疲
労破壊に対する抵抗力を十分に付与する観点から規定し
たものである。即ち、この圧縮残留応力の最大値が80
kgf/mm2未満となると、表面起点の疲労切損を起
こし、内部介在物に対する抵抗力を高めるという本発明
の意図する効果が得られない。また、上記「表層部」と
は、ショットピーニングが施された硬化領域を意味し、
最表面からほぼ100μmまでの深さの部分である。
In the method of the present invention, shot peening is performed so that the maximum value of the compressive residual stress in the surface layer portion is 80 kgf / mm 2 or more. It is defined from the viewpoint of giving. That is, the maximum value of the compressive residual stress is 80
If it is less than kgf / mm 2 , fatigue cut off from the surface origin is caused, and the effect intended by the present invention of increasing the resistance to internal inclusions cannot be obtained. Further, the “surface portion” means a hardened region subjected to shot peening,
This is a portion having a depth of approximately 100 μm from the outermost surface.

【0027】本発明方法を実施するに当たり、ばね成形
方法(ばね成形の時期)については特に限定するもので
はなく、(1)磨棒を加熱して熱間で巻き込み焼入れる
熱間捲き法、(2)オイルテンパー線を冷間曲げ加工し
て作製する冷間巻き法、(3)調質前のワイヤーを冷間
でばね巻き加工してから丸ごと調質するピースハードニ
ング法等、様々な方法が適用できるものである。但し、
冷間巻き法を適用する場合には、上記した観点からして
冷間巻き後の歪取り焼鈍も340℃以下とすることが好
ましく、より好ましくは260℃以下に留めるべきであ
る。
In carrying out the method of the present invention, the spring forming method (spring forming time) is not particularly limited, and (1) a hot winding method in which a polishing rod is heated and hot-rolled and quenched; 2) Various methods such as cold winding method of cold bending an oil-tempered wire, and (3) piece hardening method of cold winding a wire before tempering and then tempering the whole. Is applicable. However,
When the cold winding method is applied, the strain relief annealing after the cold winding is preferably performed at 340 ° C. or less, more preferably at 260 ° C. or less, from the above viewpoint.

【0028】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に特徴して設計変更すること
はいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples do not limit the present invention, and any design change characterized by the above and following points is not limited to this example. It is within the technical scope of the invention.

【0029】[0029]

【実施例】下記表1に示す化学成分組成の各種鋼材A〜
Hを真空溶解炉にて溶製した。このとき得られる溶製材
には、通常の商用ばね鋼程度の非金属介在物が含まれる
ものである。これらを断面が155×155(mm)の
ビレットに熱間鍛造した後、熱間圧延によって直径が1
3.0mmの線材を作製した。これらの線材を、回転曲
げ試験片の粗形状に加工し、更に920℃×10分間保
持した後に油中に焼き入れ、下記表1に示した各温度に
て60分焼戻した。
EXAMPLES Various steel materials A to A having the chemical composition shown in Table 1 below.
H was melted in a vacuum melting furnace. The ingot obtained at this time contains nonmetallic inclusions such as ordinary commercial spring steel. These were hot forged into billets having a cross section of 155 × 155 (mm) and then hot rolled to have a diameter of 1 mm.
A 3.0 mm wire was produced. These wire rods were processed into a rough shape of a rotary bending test piece, further quenched in oil after holding at 920 ° C. for 10 minutes, and tempered at each temperature shown in Table 1 below for 60 minutes.

【0030】これらを仕上げ加工して平行部の直径が8
mmの平滑小野式回転曲げ疲労試験片とした。その後、
全てのサンプルについて圧縮残留応力を付与する為に、
2段のショットピーニングを行なった。このとき用いた
ショット粒は、HRC60相当の鋼球で1段目は直径:
0.6mm、2段目は直径:0.3mmのものを用い
た。
After finishing these, the diameter of the parallel portion is 8
mm smooth Ono-type rotating bending fatigue test piece. afterwards,
In order to apply compressive residual stress to all samples,
Two-stage shot peening was performed. The shot grains used at this time are steel balls equivalent to HRC60, and the first stage has a diameter of:
The second stage used had a diameter of 0.3 mm.

【0031】各々のサンプルについて、X線回折法によ
って軸方向残留応力の深さ方向の分布を測定した。その
結果、ショットピーニングされたサンプルの0〜100
μm深さでの圧縮残留応力の最大値は、90〜100k
gf/mm2であり、この最大値が80kgf/mm2
下回るものはなかった。また、各々のサンプルについ
て、破断寿命が106回(サイクル数)となる際の振幅
応力(106回時間強度)で疲労強度を評価した。
The distribution of the residual stress in the axial direction in the depth direction was measured for each sample by the X-ray diffraction method. As a result, 0-100 of the shot-peened sample
The maximum value of the compressive residual stress at a depth of μm is 90 to 100 k.
gf / mm 2 , and the maximum value was not lower than 80 kgf / mm 2 . Also, for each sample, it was evaluated fatigue strength at rupture life 10 6 times the amplitude stress when the (number of cycles) (10 6 times time-intensity).

【0032】得られた疲労強度の結果を、表層部より内
側の硬さ(芯部硬さ)と共に、下記表1に併記する。ま
た、この疲労強度を芯部硬さで整理した結果を図2(疲
労強度と芯部硬さの関係)に示す。尚、サイクル数が1
6回近辺或はそれ以上のサイクル数で破断したサンプ
ルは全て内部からの介在物を起点とした折損であった。
The results of the obtained fatigue strength are shown in Table 1 below together with the hardness (core hardness) inside the surface layer. FIG. 2 (relationship between fatigue strength and core hardness) shows the result of organizing the fatigue strength by core hardness. The cycle number is 1
0 6 times around or more samples broken at the number of cycles was inclusions broken STARTING FROM from inside all.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】これらの結果から、次の様に考察できる。
芯部の硬さがHRC53.5を境として、本発明で規定
する要件を満足するものと、そうでないものの寿命に大
きな差が認められ、実施例(No.1〜9)のもので
は、いずれも高い硬さ域で比較例に比べて高い疲労強度
を示し、その差異は硬さが高いほど顕著となっているこ
とが分かる。
From these results, the following can be considered.
The hardness of the core part satisfies the requirements stipulated in the present invention with respect to the HRC 53.5, and there is a large difference in the service life between those not satisfying the requirements. It shows that the fatigue strength is higher in the high hardness region than in the comparative example, and the difference is more remarkable as the hardness is higher.

【0035】これに対して、No.10〜22のもの
は、本発明で規定する要件(芯部の硬さ、焼戻し温度、
C含有量等)のいずれかを欠く比較例であり、優れた疲
労強度が得られていない。まず、線材No.10のもの
では、芯部硬さが低い以外は本発明で規定する要件を満
足するものであるが、同じく芯部硬さが低く且つ成分的
(C含有量)にも本発明で規定する範囲を外れるNo.
18,21,22のものと同程度となっており、低硬さ
域では低温焼戻しや成分調整の効果が小さいことが分か
る。また、No.11〜13のものでは、焼戻し温度が
本発明で規定する範囲よりも高いので、それ以外の要件
が本発明で規定する範囲を満足していながら、疲労強度
が低くなっていることが分かる。このことは、同じ鋼材
を用い本発明で規定する温度範囲で焼戻しを行なったN
o.2〜9の結果と比較すれば明らかである。No.1
4〜21のものでは、C含有量が本発明で規定する量よ
りも多いので、疲労寿命が劣化している。尚、No.2
2のものは、C含有量が低いので200℃で焼戻しを行
なっても芯部硬さがHRC53.5以上にならなかった
ものである。
On the other hand, no. 10 to 22 are defined in the present invention (hardness of core, tempering temperature,
C content etc.), and excellent fatigue strength is not obtained. First, the wire rod No. 10 satisfies the requirements specified in the present invention except that the core hardness is low, but the core hardness is also low and the component (C content) is also in the range specified in the present invention. No.
18, 21 and 22, it is understood that the effect of low-temperature tempering and component adjustment is small in the low hardness range. In addition, No. In the case of samples 11 to 13, since the tempering temperature is higher than the range specified in the present invention, it can be seen that the fatigue strength is low while the other requirements satisfy the range specified in the present invention. This is because the same steel material was tempered in the temperature range specified in the present invention.
o. It is clear when compared with the results of 2-9. No. 1
In the samples of Nos. 4 to 21, since the C content is larger than the amount specified in the present invention, the fatigue life is deteriorated. In addition, No. 2
Sample No. 2 had a core hardness not exceeding HRC 53.5 or more even after tempering at 200 ° C. due to low C content.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、殊
に硬化領域を除く断面硬さの平均がHRC53.5以上
で使用され、しかも介在物による疲労折損がばね寿命を
律速している様なばねの高応力化を実現して疲労強度に
優れた高強度ばねを得る為の有用な方法が実現できた。
The present invention is constructed as described above. In particular, the average of the cross-sectional hardness excluding the hardened region is HRC 53.5 or more, and the fatigue breakage due to inclusions determines the spring life. Thus, a useful method for obtaining a high-strength spring having excellent fatigue strength by realizing a high stress of the spring was realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ショットピーニングの有無が疲労強度に及ぼす
影響を示したグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the effect of the presence or absence of shot peening on fatigue strength.

【図2】疲労強度と芯部硬さの関係を示したグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between fatigue strength and core hardness.

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Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 C:0.36〜0.48%(質量%の意
味、以下同じ),Si:3%以下(0%を含む),M
n:2%以下(0%を含む)、Cr:3.0以下(0%
を含む)、Ni:2%以下(0%を含む)を夫々含む鋼
材を用い、ショットピーニングによる硬化領域を除く断
面硬さの平均がHRC53.5以上である調質ばねを製
造するに際して、焼入れ処理に引き続き実施される焼戻
しの温度を340℃以下とすると共に、焼戻し処理以後
の工程において、表層部での圧縮残留応力が最大値で8
0kgf/mm2以上となる様にショットピーニング処
理を行なうことを特徴とする疲労強度に優れた高強度ば
ねの製造方法。
1. C: 0.36 to 0.48% (meaning by mass%, the same applies hereinafter), Si: 3% or less (including 0%), M
n: 2% or less (including 0%), Cr: 3.0 or less (0%
Quenching when producing a tempered spring having an average cross-sectional hardness excluding a hardened region by shot peening of HRC 53.5 or more using steel materials each containing Ni: 2% or less (including 0%). The temperature of the tempering performed subsequent to the treatment is set to 340 ° C. or lower, and the compressive residual stress in the surface layer in the process after the tempering treatment is 8
A method for producing a high-strength spring excellent in fatigue strength, wherein a shot peening treatment is performed so as to be 0 kgf / mm 2 or more.
【請求項2】 焼戻し温度が260℃以下である請求項
1に記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the tempering temperature is 260 ° C. or lower.
【請求項3】 Siの含有量が1.4〜2.4%の鋼材
を用いるものである請求項1または2に記載の製造方
法。
3. The method according to claim 1, wherein a steel material having a Si content of 1.4 to 2.4% is used.
【請求項4】 更に他の成分として、Ti:0.03〜
0.15%を含有する鋼材を用いるものである請求項1
〜3のいずれかに記載の製造方法。
4. As another component, Ti: 0.03 to
The steel material containing 0.15% is used.
4. The production method according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 更に他の成分として、Cu:0.18〜
0.5%を含有する鋼材を用いるものである請求項1〜
4のいずれかに記載の製造方法。
5. The composition according to claim 1, further comprising Cu: 0.18 to
A steel material containing 0.5% is used.
4. The production method according to any one of 4.
【請求項6】 更に他の成分として、V:0.05〜
0.25%および/またはNb:0.01〜0.1%を
含有する鋼材を用いるものである請求項1〜5のいずれ
かに記載の製造方法。
6. The composition according to claim 5, wherein V: 0.05 to
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein a steel material containing 0.25% and / or Nb: 0.01 to 0.1% is used.
【請求項7】 更に他の成分として、B:0.0005
〜0.01%を含有する鋼材を用いるものである請求項
1〜6のいずれかに記載の製造方法。
7. As another component, B: 0.0005
The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein a steel material containing 0.1% to 0.01% is used.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011078165A1 (en) * 2009-12-22 2011-06-30 株式会社神戸製鋼所 High-strength spring steel
JPWO2013115266A1 (en) * 2012-01-31 2015-05-11 日本発條株式会社 Ring-shaped spring and method for manufacturing the same
WO2017131077A1 (en) 2016-01-26 2017-08-03 新日鐵住金株式会社 Spring steel
US10724125B2 (en) 2015-05-15 2020-07-28 Nippon Steel Corporation Spring steel
CN114341387A (en) * 2019-08-23 2022-04-12 福斯罗扣件系统有限公司 Spring wire, tension clamp formed therefrom and method of producing such a spring wire

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011078165A1 (en) * 2009-12-22 2011-06-30 株式会社神戸製鋼所 High-strength spring steel
JP2011149089A (en) * 2009-12-22 2011-08-04 Kobe Steel Ltd High-strength spring steel
CN102482743A (en) * 2009-12-22 2012-05-30 株式会社神户制钢所 High-strength spring steel
EP2518175A4 (en) * 2009-12-22 2015-12-02 Kobe Steel Ltd HIGH RESISTANCE SPRING STEEL
JPWO2013115266A1 (en) * 2012-01-31 2015-05-11 日本発條株式会社 Ring-shaped spring and method for manufacturing the same
US10724125B2 (en) 2015-05-15 2020-07-28 Nippon Steel Corporation Spring steel
WO2017131077A1 (en) 2016-01-26 2017-08-03 新日鐵住金株式会社 Spring steel
KR20180099879A (en) 2016-01-26 2018-09-05 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 Spring river
US11390936B2 (en) 2016-01-26 2022-07-19 Nippon Steel Corporation Spring steel
CN114341387A (en) * 2019-08-23 2022-04-12 福斯罗扣件系统有限公司 Spring wire, tension clamp formed therefrom and method of producing such a spring wire
CN114341387B (en) * 2019-08-23 2023-06-23 福斯罗扣件系统有限公司 Tension clamp and method for producing such a tension clamp

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