JP2001288539A - 耐水素疲労特性の優れたばね用鋼、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐水素疲労特性が良好で且つ引張強度が１７
００ＭＰａ以上の高強度ばね用鋼を実現するとともにそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 水素脱離のための活性化エネルギーが２
５〜５０ｋＪ／ｍｏｌであり、かつ水素トラップ容量が
０．２ｗｔ．ｐｐｍ以上である、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ
及びＺｒのいずれか１種又は２種以上を含有する酸化
物、炭化物及び窒化物、並びにこれらのいずれか２種以
上の複合析出物の少なくとも１種からなる水素トラップ
サイトを有することを特徴とする、耐水素疲労特性に優
れた高強度ばね用鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等のエンジ
ンの弁ばねやスタビライザー、トーションバー等に用い
られる１７００ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度ば
ねに関し、特に重要なばね特性である耐水素疲労特性の
優れた高強度ばね用鋼、及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に数多く使用されている高強度
ばねは、例えばＪＩＳ Ｇ ３５６５〜３５６７及び４
８０１等に規定されているばね用鋼を用いて熱間圧延
後、所定の線径まで引き抜き加工し、オイルテンパー処
理後にばね加工する、あるいは引き抜き加工後に加熱し
てばね加工し、焼入れ焼戻しを行う、という方法によっ
て製造される。近年炭酸ガス排出低減などの、環境問題
対応のために、自動車には燃費低減のため、軽量化が求
められている。その一環として、焼入れ焼戻し後の引張
強度を１８００ＭＰａ以上に高めたばねが求められてい
る。しかしながら一般にばねを高強度化すると、腐食環
境下における疲労特性が劣化するため、早期折損が懸念
される。腐食疲労特性を劣化させる一因として、腐食反
応の進行に伴って発生する水素による脆化があげられ、
その改善策としては、種々の合金元素を多量に添加して
高強度化を図るという方法が採用されてきたが、この方
法では素材のコストが高くなるという問題がある。ま
た、耐水素疲労特性を抑制する方法としては、結晶粒を
微細化させる方法や、微細析出物を生成させる方法が有
力と考えられているが、いずれの提案も本発明者らの試
験では、大幅な水素脆化特性の改善には至っていない。

【０００３】以上のように、従来の技術では、耐水素疲
労特性を抜本的に向上させた高強度ばねを製造すること
には限界があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の如き実
状に鑑みなされたものであって、耐水素疲労特性が良好
で且つ引張強度が１７００ＭＰａ以上の高強度ばね用鋼
を実現するとともにその製造方法を提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず焼入
れ・焼戻し処理によって製造した種々の強度レベルのば
ね用鋼を用いて、耐水素疲労挙動を詳細に解析した。そ
の結果、疲労限以下の応力で、疲労寿命が鋼材中の水素
によって低下することを明らかにした。また、疲労寿命
の低下は、外部環境から鋼材中に侵入し、鋼材中を室温
で拡散しうる拡散性水素に起因して発生していることを
明らかにした。拡散性水素は、鋼材を１００℃／ｈｏｕ
ｒの速度で加熱した際に得られる温度-鋼材からの水素
放出速度の曲線において、約１００℃の温度にピークを
有する曲線として測定できる（図１）。従って、環境か
ら侵入した水素を鋼材中の何らかの部分に捕捉すること
によって拡散しないようにすれば、水素を無害化するこ
とが可能になり、より多量の環境からの侵入水素量に対
し、疲労寿命低下が抑制される。なお、試料中の侵入水
素量は、水素チャージ前後の鋼材を１００℃／ｈｏｕｒ
で加熱して得られた水素放出曲線の面積積分値の差と、
予め標準ガスを用いて求めた検量線との比較によって求
めた。また水素の捕捉サイト（以後水素トラップサイ
ト）の存在は、上記の水素放出曲線のピーク温度・ピー
ク高さから判定でき、ある水素トラップサイトに捕捉さ
れた水素の量（以後水素トラップ容量）は、そのトラッ
プサイトに対応するピークの面積積分値によって、水素
がトラップサイトから脱離するのに必要な活性化エネル
ギー（以後水素トラップエネルギー）は、以下のように
求められる。

【０００６】Ｅ［ｋＪ／ｍｏｌ］と、加熱速度φ［Ｋ／
ｈｏｕｒ］、気体定数Ｒと水素放出曲線のピーク温度Ｔ
［Ｋ］の間には次式の関係がある。

【０００７】Ｅφ／ＲＴ²＝Ａｅｘｐ（−Ｅ／ＲＴ） Ａは定数である。上式より、次式が導かれる。

【０００８】 ∂ｌｎ（φ／Ｔ²）／∂（１／Ｔ）＝−Ｅ／Ｒ 従って（φ／Ｔ²）と（１／Ｔ）のプロットの傾き（−
Ｅ／Ｒ）を求めることによってＥが求められる。

【０００９】そこで、耐水素疲労特性について、水素疲
労が発生しない「疲労限界水素量」を求めることにより
評価した。この方法は、電解水素チャージ、塩酸浸漬、
水素焼鈍炉により種々のレベルの拡散性水素量を含有さ
せた後、回転曲げ疲労試験中に試料から大気中に水素が
抜けることを防止するためにＣｄめっきを施し、その
後、大気中で所定の荷重で疲労破壊が発生しなくなる侵
入水素量を評価するものである。図２に侵入水素量と疲
労寿命の関係について解析した一例を示す。試料中に含
まれる侵入水素量が少なくなるほど疲労寿命が長くな
り、侵入水素量がある値以下では疲労寿命が発生しなく
なる。この水素量を「疲労限界水素量」と定義する。疲
労限界水素量が高いほど鋼材の耐水素疲労特性は良好で
あり、鋼材の成分、熱処理等の製造条件によって決まる
鋼材固有の値である。疲労水素限界水素量は、０．４ｐ
ｐｍ以上、好ましくは０．７ｐｐｍ以上であることが望
ましい。なお、試料中の侵入水素量は、水素チャージ前
後の鋼材を１００℃／ｈｏｕｒで加熱して得られた水素
放出曲線の８００℃以下の温度域の面積積分値の差によ
って求めており、水素トラップサイトに捕捉された水素
量も含んだ値である。

【００１０】その結果、水素トラップエネルギーが２５
〜５０ｋＪ／ｍｏｌであり、かつ水素トラップ容量が
０．２ｗｔ．ｐｐｍ以上であるような、水素トラップサ
イトとなりうるＶ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのいずれ
か１種又は２種以上を含有する酸化物、炭化物、窒化
物、並びにこれらのいずれか２種以上の複合析出物の少
なくとも１種を有する組織を形成させれば、１７００Ｍ
Ｐａを超えるような高強度域でも疲労限界水素量が増加
し、耐水素疲労特性が格段に向上するという知見を見出
したのである。また、鋼材成分を選択することによっ
て、上記水素トラップサイトとなりうる種類、形態の酸
化物、炭化物、窒化物の単独あるいは複合析出物を有す
る組織を形成させることが可能である技術を確立した。

【００１１】以上の検討結果に基づき、鋼材組成、組織
形態を最適に選択すれば、耐水素疲労特性に優れた高強
度ばね用鋼を実現できるという結論に達し、本発明をな
したものである。

【００１２】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであって、その要旨とするところは、下記の通りであ
る。

【００１３】（１） 水素脱離のための活性化エネルギ
ーが２５〜５０ｋＪ／ｍｏｌであり、かつ水素トラップ
容量が０．２ｗｔ．ｐｐｍ以上である、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ｉ、Ｎｂ及びＺｒのいずれか１種又は２種以上を含有す
る酸化物、炭化物及び窒化物、並びにこれらのいずれか
２種以上の複合析出物の少なくとも１種からなる水素ト
ラップサイトを有することを特徴とする、耐水素疲労特
性に優れた高強度ばね用鋼。

【００１４】（２） 腐食疲労環境を想定した５％Ｎａ
Ｃｌ溶液１リットル当たり１０ｇのＮＨ４ＳＣＮ（チオ
シアン酸アンモニウム）を溶解させた液中に１０時間以
上浸漬した後に、１００℃／ｈｒで昇温する昇温水素分
析において１５０〜６００℃の温度域で放出水素のピー
クが得られ、かつ放出される水素の量が０．２ｗｔ．ｐ
ｐｍ以上であることを特徴とする、耐水素疲労特性に優
れた高強度ばね用鋼。

【００１５】（３） 面積率最大の相がマルテンサイト
あるいは焼戻しマルテンサイトであり、平均粒径が０．
０５μｍ以上１．０μｍ以下であり、かつ平均粒子間隔
が平均粒径の３倍以上３０倍以下であるような、Ｖ、Ｍ
ｏ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＺｒのいずれか１種又は２種以上を
含有する酸化物、炭化物及び窒化物、並びにこれらのい
ずれか２種以上の複合析出物の少なくとも１種を有する
ことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の耐水素疲
労特性の優れたばね用鋼。

【００１６】（４） 質量％で、Ｃ：０．３〜１％、Ｓ
ｉ：０．０５〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｖ：０．
１〜２％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から
なる前記（１）〜（３）のいずれかに記載の耐水素疲労
特性の優れたばね用鋼。

【００１７】（５） 質量％で、Ｔｉ：０．００５〜
０．５％、Ｍｏ：０．０５〜２％、Ｎｂ：０．００５〜
０．５％、Ｚｒ：０．００５〜０．５％の少なくとも１
種又は２種以上を含有することを特徴とする、前記
（４）記載の耐水素疲労特性に優れた高強度ばね用鋼。

【００１８】（６） 質量％で、Ａｌ：０．００５〜
０．１％、Ｃｒ：０．０５〜２％、Ｎｉ：０．０５〜５
％、Ｃｕ：０．０５〜１％、Ｔａ：０．００５〜０．５
％、Ｗ：０．０５〜０．５％及びＢ：０．０００３〜
０．００５％の１種又は２種以上を含有することを特徴
とする、前記（４）又は（５）記載の耐水素疲労特性に
優れた高強度ばね用鋼。

【００１９】（７） 前記（４）〜（６）のいずれか１
項に記載の成分からなる鋼を焼入れ、面積率最大の相を
マルテンサイトとした後に、５００℃以上で焼戻すこと
を特徴とする、耐水素疲労特性に優れた高強度ばね用鋼
の製造方法。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２１】水素トラップサイト：まず、本発明の目的
である高強度鋼の耐水素疲労特性の向上に対して最も重
要な点である水素トラップサイトの限定理由について述
べる。

【００２２】水素疲労を引き起こす拡散性水素は腐食あ
るいは電気めっき等によって発生し、室温で鋼材中に侵
入する。腐食疲労環境を想定した５％ＮａＣｌ溶液１リ
ットル当たり１０ｇのＮＨ４ＳＣＮ（チオシアン酸アン
モニウム）を溶解させた液中に１０時間以上浸漬した際
に、水素トラップエネルギーが２５〜５０ｋＪ／ｍｏｌ
の水素を０．２ｗｔ．ｐｐｍ以上吸蔵しうる組織に制御
することによって、耐水素疲労特性を向上させることが
可能になる。疲労寿命に及ぼす水素トラップエネルギー
及び水素トラップ容量の影響を解析した例を図３及び図
４に示す。水素トラップエネルギーが２５ｋＪ／ｍｏｌ
未満では、室温において水素は鋼材中を拡散できるた
め、応力集中点に集積し、破壊の原因となる。５０ｋＪ
／ｍｏｌ超では、あまりに強くトラップされるため、焼
入れの際にトラップされた水素が焼戻しの際に脱離せ
ず、トラップが水素で満たされた状態になり、有効なト
ラップサイトとして機能しなくなるため、上記の範囲に
制限する。また、水素トラップ容量が０．２ｐｐｍ未満
であると、腐食により水素が発生する期間に、侵入した
水素でトラップサイトがすぐ飽和状態となり、有効なト
ラップサイトとして機能しなくなるため、０．２ｐｐｍ
以上と規定する なお、水素トラップエネルギーが２５〜５０ｋＪ／ｍｏ
ｌの水素は、１００℃／ｈｏｕｒの速度で鋼材を加熱し
た場合、１５０℃以上６００℃以下の温度域で放出ピー
クが得られる。

【００２３】組織形態：平均粒径が０．０５μｍ以上
１．０μｍ以下であり、かつ平均粒子間隔が平均粒径の
３倍以上３０倍以下である、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ及び
Ｚｒのいずれか１種又は２種以上を含有する酸化物、炭
化物及び窒化物並びにこれらのいずれか２種以上の複合
析出物の少なくとも１種を有する、面積率最大の相がマ
ルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトである組織に制
御することによって、水素トラップサイトを増加させ、
耐水素疲労特性を向上させることが可能になる。水素ト
ラップ容量に及ぼす析出物サイズの影響を解析した例を
図５に示す。高強度で且つ耐水素疲労特性を向上させる
ためには、上記の組織中に存在する析出物は、平均粒径
が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であり、かつ平均粒
子間隔が平均粒径の３倍以上３０倍以下であることが望
ましい。これは、平均粒径が０．０５μｍ未満では水素
トラップ容量が少ないため、有効な水素トラップサイト
として機能せず、１μｍ超では疲労特性の低下の原因と
なるためである。また平均粒子間隔が平均粒径の３倍未
満では、伸び等の機械的性質が悪化し、３０倍超の粗い
分散では水素トラップ効果が小さいためである。より望
ましい条件は、平均粒径が０．２μｍ以下であり、かつ
平均粒子間隔平均粒径の１０倍以下である。

【００２４】本発明において、マルテンサイト又は焼戻
しマルテンサイトの面積率は鋼棒のＣ断面ｔ／４部又は
ばねのＣ断面ｔ／４を光学顕微鏡で２００〜１０００倍
で１０視野観察した場合の平均値である。その他の組織
として、残留オーステナイト、ベイナイト、フェライ
ト、パーライトを含有することが出来る。

【００２５】また、析出物の平均粒径は、上記試料にお
いて、スピードエッチの後にＳＥＭで５０００〜５００
００倍で、測定下限を０．００５μｍ以上として観察し
た場合の、析出物を１０視野観察した場合の（長軸＋短
軸）／２の平均値と定義する。

【００２６】析出物の成分分析は、ＳＥＭの成分分析装
置によって実施できる。また、平均粒子間隔は、上記の
平均粒径を測定する際の対象とした０．０５μｍ以上の
各析出物について、隣接する析出物の中心間距離の最小
値を求め、それらの値の平均と定義する。

【００２７】鋼材成分：本発明の対象とする鋼の成分の
限定理由について述べる。

【００２８】Ｃ：Ｃはばねの強度を確保する上で必須の
元素であるが、０．３％未満では所定の焼戻し温度範囲
では所要の強度が得られず、一方1％を超えると靭性を
劣化させるために、０．３〜１％、望ましくは０．５〜
１％の範囲に制限した。

【００２９】Ｓｉ：Ｓｉは固溶体硬化作用によって強度
を高める作用がある。０．０５％未満では前記作用が発
揮できず、一方、４％を超えると添加量に見合う効果が
期待できないために、０．０５〜４％の範囲に制限し
た。

【００３０】Ｍｎ：Ｍｎは脱酸、脱硫のために必要であ
るばかりでなく、マルテンサイト組織を得るための焼入
性を高めるために有効な元素であるが、０．０５％未満
では上記の効果が得られず、一方２％を超えるとオース
テナイト域加熱時に粒界に偏析し粒界を脆化させるとと
もに耐耐水素疲労特性を劣化させるために０．０５〜２
％の範囲に制限した。

【００３１】Ｖ：Ｖは焼戻し時に炭窒化物を生成するこ
とによって、大容量の水素トラップサイトとして機能す
るとともに、焼戻し時の強度低下を抑制する効果があ
る。また、焼入れ処理時において残留した炭窒化物がオ
ーステナイト粒を微細化させる効果もある。０．１％未
満では前記作用の効果が得られず、一方２％を超えても
効果が飽和するため０．１〜２％に限定した。

【００３２】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、さらにこの鋼にＴｉ：０．
００５〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜２％、Ｚｒ：０．
００５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％の１種
又は２種以上を含有せしめることが出来る。

【００３３】Ｔｉ：Ｔｉは炭窒化物を生成することによ
って水素トラップサイトとして機能すると同時に、Ａｌ
と同様に脱酸及び熱処理時においてＴｉＮを形成するこ
とによりオーステナイト粒の粗大化を防止する効果とと
もにＮを固定する効果も有しているが、０．００５％未
満ではこれらの効果が発揮されず、０．５％を超えると
焼入れ時に炭化物を固溶させるために高温に加熱する必
要があり、疲労特性を劣化させる脱炭が生じるため０．
００５〜０．５％の範囲に限定した。

【００３４】Ｍｏ：Ｍｏは炭窒化物を生成することによ
って水素トラップサイトとして機能すると同時に、Ｃｒ
と同様に強い焼戻し軟化抵抗を有し熱処理後の引張強さ
を高めるために有効な元素であるが、０．０５％未満で
はその効果が少なく、一方２％を超えるとその効果は飽
和しコストの上昇を招くために０．０５〜２％に制限し
た。

【００３５】Ｎｂ：Ｎｂは炭窒化物を生成することによ
り水素トラップサイトとして機能すると同時にオーステ
ナイト粒を微細化させるために有効な元素であるが、
０．００５％未満では上記効果が不十分であり、一方
０．５％を超えるとこの効果が飽和するため０．００５
〜０．５％に制限したが、好ましくは０．００５〜０．
２％である。

【００３６】Ｚｒ：Ｚｒは炭窒化物を生成することによ
って水素トラップサイトとして機能するが、０．０５％
未満ではその効果が少なく、一方０．５％を超えるとそ
の効果は飽和しコストの上昇を招くために０．０５〜
０．５％に制限したが、好ましくは０．００５〜０．２
％である。

【００３７】更に本発明ではＡｌ：０．００５〜０．１
％、Ｃｒ：０．０５〜２％、Ｎｉ：０．０５〜５％、Ｃ
ｕ：０．０５〜１％、Ｔａ：０．００５〜０．５％、
Ｗ：０．０５〜０．５％及びＢ：０．０００３〜０．０
０５％の１種又は２種以上を含有せしめることが出来
る。

【００３８】Ａｌ：Ａｌは脱酸及び熱処理時においてＡ
ｌＮを形成することによりオーステナイト粒の粗大化を
防止する効果とともにＮを固定する効果も有している
が、０．００５％未満ではこれらの効果が発揮されず、
０．１％を超えても効果が飽和するため０．００５〜
０．１％の範囲に限定した。

【００３９】Ｃｒ：Ｃｒは焼入性の向上及び焼戻し処理
時の軟化抵抗を増加させるために有効な元素であるが、
０．０５％未満ではその効果が十分に発揮できず、一方
２％を超えると靭性の劣化、冷間加工性の劣化を招くた
めに０．０５〜２％に限定した。

【００４０】Ｎｉ：Ｎｉは高強度化に伴って劣化する延
性を向上させるとともに熱処理時の焼入性を向上させて
引張強さを増加させるために添加されるが、０．０５％
未満ではその効果が少なく、一方５％を超えても添加量
に見合う効果が発揮できないため、０．０５〜５％の範
囲に制限した。

【００４１】Ｃｕ：Ｃｕは焼戻し軟化抵抗を高めるため
に有効な元素であるが、０．０５％未満では効果が発揮
できず、1％を超えると熱間加工性が劣化するため、
０．０５〜１％に制限した。

【００４２】Ｔａ：ＴａもＮｂと同様にオーステナイト
粒の微細化効果を有しているが、０．００５％未満では
前記の効果が発揮されず、０．５％を超えて添加しても
効果が飽和するため、０．００５〜０．５％に限定し
た。

【００４３】Ｗ：Ｗは高強度ばねの耐水素疲労特性を向
上させるために有効な元素であるが、０．０５％未満で
は前記の効果が発揮されず、一方、０．５％を超えて添
加しても効果が飽和するため、０．０５〜０．５％の範
囲に限定した。

【００４４】Ｂ：Ｂは粒界破壊を抑制し耐水素疲労特性
を向上させる効果がある。更に、Ｂはオーステナイト粒
界に偏析することにより焼入性を著しく高めるが、０．
０００３％未満では前記の効果が発揮されず、０．００
５％を超えても効果が飽和するため０．０００３〜０．
００５％に制限した。

【００４５】不純物元素であるＰ、Ｓについては特に制
限しないものの、耐水素疲労特性を向上させる観点か
ら、それぞれ０．０１５％以下が好ましい範囲である。
Ｎについては、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの窒化物を形成す
ることによって旧オーステナイト粒の微細化、降伏強度
の増加の効果があるため、０．００２〜０．１％が望ま
しい範囲である。

【００４６】製造条件：次に本発明で目的とする高強度
ばねの耐水素疲労特性の向上に対して重要な点である焼
戻し条件の規定理由について述べる。図６に水素疲労寿
命に及ぼす焼戻し温度の影響について解析した一例を示
す。焼戻し温度が５００℃未満では疲労限界水素量が低
い。これは、水素トラップサイトとなる炭化物、窒化物
等の析出量が、５００℃未満では充分得られないためで
ある。従って、焼戻し温度を５００℃以上に限定した。
より好ましい条件は５５０℃以上である。焼戻し温度の
上限は特に定めることなく本発明の効果を得ることが出
来るが、焼戻し温度が高いと析出物が粗大化し、水素ト
ラップ容量が低下する傾向にあるため、６５０℃以下と
することが望ましい。

【００４７】なお、本発明鋼のばね用鋼及びばねの引張
強度の上限は特に定めることなく本発明の効果を得られ
るが、靭性を劣化させないためには、２１００ＭＰａ以
下が望ましい。

【００４８】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果を更に具体
的に説明する。

【００４９】表１に示す化学組成を有するばね用鋼を焼
入れ、表２に示す温度で焼戻しを行い、最大面積率が焼
戻しマルテンサイトである組織に調整した。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】上記の試料を用いて、析出物の組成を調査
し、機械的性質、組織形態、耐水素疲労特性について評
価した結果を表２に示す。水素疲労特性は、前に述べた
疲労限界水素量で評価を行い、負荷応力は大気中疲労限
の90%ノ条件で実施した。

【００５３】表１の試験Ｎｏ.１〜１６が本発明例で、
その他は比較例である。同表に見られるように本発明例
はいずれも焼戻し温度が５００℃以上で、水素トラップ
エネルギーが２５〜５０ｋＪ／ｍｏｌで、水素トラップ
容量が０．２ｗｔ．ｐｐｍ以上である微細析出物を有す
る、最大面積相が焼戻しマルテンサイトである組織とな
っている。これらの鋼は疲労限界水素量が従来のばねに
比べ高く、耐水素疲労特性の優れたばねが実現されてい
る。

【００５４】これに対して比較例であるＮｏ．１４は、
Ｃ量が低いため、１７００ＭＰａ以上の強度が得られ
ず、高強度ばね用鋼として使用できなかった例である。

【００５５】比較例であるＮｏ．１５は、焼戻し温度が
低かったため、所定のサイズの析出物が得られず、水素
トラップ容量が低く、疲労限界水素量が低かった例であ
る。

【００５６】比較例であるＮｏ．１６、１７、１８は、
Ｖの添加量が低いため、十分な水素トラップ容量が得ら
れず、疲労限界水素量が低かった例である。

【００５７】比較例であるＮｏ．１９はＳｉ含有量が高
すぎたために、Ｎｏ．２３は、Ｃ含有量が高すぎるため
に、Ｎｏ．２４はＭｎ含有量が高すぎるために、いずれ
も疲労限界水素量が低かった例である。

【００５８】比較例であるＮｏ．２０はＴｉ含有量が高
すぎたために、Ｎｏ．２１は、Ｍｏ含有量が高すぎるた
めに、Ｎｏ．２２はＮｂ含有量が高すぎるために、いず
れも疲労限界水素量が低かった例である。

【００５９】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかなごとく、本
発明は特定の水素トラップエネルギー、水素トラップ容
量を有する析出物を微細分散させることによって、引張
強度が１７００ＭＰａ以上の高強度ばねの水素疲労特性
を大幅に向上させることを可能にするとともに、鋼の化
学成分、熱処理条件を最適に選択することによって、ば
ね用鋼及びその製造方法を確立したものであり、産業上
の効果は極めて顕著なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】拡散性水素量の測定方法例を示した図である。

【図２】侵入水素量と水素疲労時間の関係の一例を示す
図である。

【図３】水素トラップ容量と疲労限界水素量の関係を示
す図である。

【図４】水素のトラップエネルギーと疲労限界水素量の
関係を示す図である。

【図５】析出物サイズと水素トラップ容量の関係を示す
図である。

【図６】焼戻し温度と疲労限界水素量の関係を示す図で
ある。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素脱離のための活性化エネルギーが２
   ５〜５０ｋＪ／ｍｏｌであり、かつ水素トラップ容量が
   ０．２ｗｔ．ｐｐｍ以上である、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ
   及びＺｒのいずれか１種又は２種以上を含有する酸化
   物、炭化物及び窒化物、並びにこれらのいずれか２種以
   上の複合析出物の少なくとも１種からなる水素トラップ
   サイトを有することを特徴とする、耐水素疲労特性に優
   れた高強度ばね用鋼。
2. 【請求項２】 腐食疲労環境を想定した５％ＮａＣｌ溶
   液１リットル当たり１０ｇのＮＨ４ＳＣＮ（チオシアン
   酸アンモニウム）を溶解させた液中に１０時間以上浸漬
   した後に、１００℃／ｈｒで昇温する昇温水素分析にお
   いて１５０〜６００℃の温度域で放出水素のピークが得
   られ、かつ放出される水素の量が０．２ｗｔ．ｐｐｍ以
   上であることを特徴とする、耐水素疲労特性に優れた高
   強度ばね用鋼。
3. 【請求項３】 面積率最大の相がマルテンサイトあるい
   は焼戻しマルテンサイトであり、平均粒径が０．０５μ
   ｍ以上１．０μｍ以下であり、かつ平均粒子間隔が平均
   粒径の３倍以上３０倍以下であるような、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
   ｉ、Ｎｂ及びＺｒのいずれか１種又は２種以上を含有す
   る酸化物、炭化物及び窒化物、並びにこれらのいずれか
   ２種以上の複合析出物の少なくとも１種を有することを
   特徴とする請求項１又は２記載の耐水素疲労特性の優れ
   たばね用鋼。
4. 【請求項４】 質量％で、Ｃ：０．３〜１％、Ｓｉ：
   ０．０５〜４％、Ｍｎ：０．０５〜２％、Ｖ：０．１〜
   ２％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる
   請求項１〜３のいずれかに記載の耐水素疲労特性の優れ
   たばね用鋼。
5. 【請求項５】 質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．５
   ％、Ｍｏ：０．０５〜２％、Ｎｂ：０．００５〜０．５
   ％、Ｚｒ：０．００５〜０．５％の少なくとも１種又は
   ２種以上を含有することを特徴とする、請求項４記載の
   耐水素疲労特性に優れた高強度ばね用鋼。
6. 【請求項６】 質量％で、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ％、Ｃｒ：０．０５〜２％、Ｎｉ：０．０５〜５％、Ｃ
   ｕ：０．０５〜１％、Ｔａ：０．００５〜０．５％、
   Ｗ：０．０５〜０．５％及びＢ：０．０００３〜０．０
   ０５％の１種又は２種以上を含有することを特徴とす
   る、請求項４又は５記載の耐水素疲労特性に優れた高強
   度ばね用鋼。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれか１項に記載の成
   分からなる鋼を焼入れ、面積率最大の相をマルテンサイ
   トとした後に、５００℃以上で焼戻すことを特徴とす
   る、耐水素疲労特性に優れた高強度ばね用鋼の製造方
   法。