JPH04247824A

JPH04247824A - 高強度ばねの製造方法

Info

Publication number: JPH04247824A
Application number: JP757791A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Koyasu; 子安　善郎; Osamu Nakano; 修中野; Yuji Ishikawa; 裕二石川; Mitsuyoshi Onoda; 光芳小野田
Original assignee: TOUGOU SEISAKUSHO KK; Togo Seisakusho Corp; Nippon Steel Corp; Suzuki Metal Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: TOUGOU SEISAKUSHO KK; Togo Seisakusho Corp; Nippon Steel Corp; Suzuki Metal Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1991-01-25
Publication date: 1992-09-03
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2708279B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のエンジンの弁
ばね、あるいは自動車の懸架ばね用等に用いられる疲労
強度の優れた高強度ばねの製造方法に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】従来自動車のエンジン等に使用されてい
る弁ばね、あるいは自動車の懸架ばね用鋼線の一部は、
ＪＩＳＧ３５６１、ＪＩＳＧ３５６５、ＪＩＳＧ３５６
６、ＪＩＳＧ３５６７、ＪＩＳＧ３５６８等で規定され
ているいわゆるオイルテンパー線を冷間でばねに成型加
工して使用される。ところで近年自動車エンジンの高出
力化、車体の軽量化の要望が極めて高く、これに対応す
るため高疲労強度のばねが強く求められているが、これ
らはＪＩＳで規定されている既存の材料では、この要求
を満たすことが難しくなってきている。この疲労強度向
上の要望に応えるため、材料的には、合金元素量を増し
たばね鋼が提案されている（例えば、特開昭５９−１７
７３５１、特開昭６２−１０７０４４、特開昭６２−１
７７１５２、特開平２−１０７７４６号公報）。また、
ばね製造上からは、窒化処理、ショットピーニング等に
より表面を硬化させ適当な圧縮の残留応力を付与するの
が一般的になってきている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したばねの疲労強
度を向上させるためには、ばねを構成する鋼材の強度す
なわち硬さを上げることが一つの有効な手段であるが、
既に提案されている高強度用のばね鋼で、高い引張り強
さを有する焼入・焼戻鋼線（オイルテンパー線）を製造
しても、その鋼線の冷間加工性が低いため、冷間成形で
実際のばねに加工することができず、弁ばね、懸架ばね
等の高寿命化には限界があった。本発明は高強度の焼入
・焼戻鋼線から高強度のばねを製造する方法を得ること
を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の問題
点を解決するため、種々の実験を重ねた結果、高強度の
焼入・焼戻鋼線の加工性が１００℃〜５５０℃の温度範
囲で極めて向上することを見出し発明を完成したもので
ある。すなわち本発明は、（１）重量％Ｃ　　：０．５５〜０．７５％、Ｓｉ：１．００〜２．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％と、Ｎｉ：１．００〜４．００％、Ｃｒ：０．５０〜２．５０％、Ｍｏ：０．１０〜１．００％のうち２種ないし３種とＶ　　：０．０５〜０．６０％、Ｎｂ：０．０５〜０．６０％のうち１種ないし２種を含有し、残部は不可避不純物お
よびＦｅからなる引張強さ２００Ｋｇｆ／ｍｍ２　以上
を有する焼入・焼戻鋼線を、１００℃以上５５０℃以下
の温度に加熱し、ばねに成形加工することを特徴とする
高強度ばねの製造方法、および（２）上記（１）項に記
載の方法でばねに成形加工した後、低温焼鈍を施すこと
なく「ばね」とする高強度ばねの製造方法、を要旨とす
るものである。

【０００５】以下に本発明者らが行った実験結果を示し
、本発明の内容を詳説する。表１に示す化学成分を有す
る直径４．０ｍｍ、引張強さ２２０Ｋｇｆ／ｍｍ２　の
オイルテンパー線を製造し、種々の温度で引張試験を行
った。

【０００６】

【表１】

【０００７】その時の試験片の絞り、および引張強さを
図３に示す。図４は図３に示した種々の温度で引っ張っ
た後の試験片の硬さを測定した結果である。図３から引
張り加工の温度が高くなるとともに延性が改善され、絞
りが増加し１００℃を越すと４０％以上の絞りを有する
ようになり、材料の加工性が極めて良く改善されている
ことがわかる。またその時の加工に要する動力を表わす
尺度と考えられる引張強さも、加工温度が３００℃以上
で低下していることがわかる。さらに図４によると、こ
のような温度を上げて加工した後の材料の強度（硬さ）
は、加工温度が５５０℃位までは初期の硬さを維持し、
更に中間の温度域ではむしろ硬くなっていることがわか
る。

【０００８】図３には、引張試験の際の破断状況を観察
し、微細な表面疵等を起点にした異常破断現象の有無（
○は異常破断無し、●は異常破断有り）を記入してあり
、この実験では１５０℃以上でこの異常破断は生じてい
なかった。なお、図３中のデータは、この異常破断が生
じた場合の値は除いてある。この結果によれば温度を上
げて加工することにより、微細な疵の破断に対する影響
を軽減できることがわかる。また、通常の冷間成形法で
製造したばねの内側には、引張残留応力が存在し、疲労
特性に悪影響を及ぼす低温焼鈍を行なうのが常であるが
、本発明法で成形したばねに存在する残留応力は極めて
低い値であり、低温焼鈍を行う必要がないことも特徴で
ある。

【０００９】以上のことから室温の引張強さが２００Ｋ
ｇｆ／ｍｍ２　を越すような高強度の鋼線を加工する場
合、その加工温度を高めることにより、微細なきずに対
する割れ感受性の低減、材料延性の向上および加工動力
の低減をもたらし、かつ、加工した後の強度は最初有し
ていた以上の強度を確保できること等が明らかになり、
ひいては、通常行われている成形後の低温焼鈍をも省略
できることも明らかとなった。

【００１０】

【作用】以下に本発明の各構成要件の範囲の限定理由お
よび作用について説明する。Ｃは焼入・焼戻鋼線の強度
（硬さ）を左右する元素で、０．５５％未満では必要な
強度が得られないので避けなければならず、また、０．
７５％を越えて添加してもそれ以上強度上の利点が無い
ので、上限を０．７５％とした。Ｓｉは、ばねの特性上
重要な「へたり」を低減するために必要なが元素で、１
．００％未満では「へたり」が大き過ぎて、高強度の弁
ばね、懸架ばねとして使用できないので避ける必要があ
る。一方、２．５０％を越えて添加しても、それ以上の
効果が得られないばかりか、製造上の困難さ、例えば脱
炭の抑制が増すので避けなければならない。Ｍｎは脱酸
および鋼材の焼入性を与える元素で、０．３０％未満で
はその効果が不十分であり、また、１．５０％を越えて
添加してもそれ以上の効果が得られないので、上限を１
．５０％とした。Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは、焼入性を上げ、
あるいは焼き戻し軟化抵抗を高め、あるいは微細な炭化
物を析出することにより、ばねの強度と靭性を向上せし
める元素であり、その２種ないし３種を複合して添加す
ることが必要である。そのため、Ｎｉは、１．００〜４
．００％添加することが必要であるが、１．００％未満
ではその効果が現れず、また、４．００％を越えて添加
してもそれ以上の効果が得られない。Ｃｒは、０．５０
％以上の添加が必要であり、２．５０％を越すと「へた
り」性が劣化するので避けなければならない。Ｍｏは焼
き戻し軟化抵抗を高め、また微細な炭化物を析出するこ
とにより、ばねに強度と靭性を付与する効果もあるため
、０．１０〜１．００％の添加するが、０．１０％未満
ではその効果が認められずまた１．００％を越えても効
果が飽和してしまうので除外する。Ｖ、Ｎｂは結晶粒の
微細化、析出硬化により、強度の向上、へたり性の改善
を行うために添加する元素であり、０．０５％以上０．
６０％以下の範囲で１種または２種を複合して添加する
が、それぞれの成分が０．０５％未満では効果がなく、
０．６０％を越えて添加しても効果は飽和する。

【００１１】更に、本発明は、高疲労強度を有するばね
の製造方法を目的としたものであるので、引張強さ２０
０Ｋｇｆ／ｍｍ２　以上の強さを有する焼入・焼戻鋼線
が対象となり、引張強さが２００Ｋｇｆ／ｍｍ２　未満
の場合は除外される。なお、対象とする焼入・焼戻鋼線
とは、必ずしも高い温度（オーステナイト域）から油等
に焼入して製造されるいわゆるオイルテンパー線に限ら
ず、空気焼入等によって得られた高強度の鋼線、あるい
は高周波加熱によって得られる焼入焼戻鋼線も含まれる
。この焼入・焼戻鋼線をばねに成形する際、いわゆる温
間で加工することが本発明の特徴である。加工温度が、
１００℃未満では鋼線の延性が低く、また疵感受性が高
いのでばねに成形加工することができない。一方、５５
０℃を越えた温度条件の場合、得られたばねの強度が低
下してしまい、高強度ばねが製造できないし、また酸化
が激しくなり表面状態が悪化するのでその対策も施す必
要がでるので除外する。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。（実施例１）表２に示す化学成分を有する鋼線から、引
張強さで２２０Ｋｇｆ／ｍｍ２　の強度を有する直径４
．０ｍｍのオイルテンパー線を製造し、表３に示す諸元
を有する自動車用弁ばねに種々の温度で成形加工した。

【００１３】

【表２】

【００１４】

【表３】

【００１５】その時の加工温度と折損率の関係を図１に
示す。その結果、室温では折損が高い比率で生じている
ので、コイリングの温度を上げることにより折損率が低
下し１５０℃以上ではゼロとなっていることが明らかで
ある。

【００１６】（実施例２）表４に示す化学成分を有する
鋼線から引張強さ２２０Ｋｇｆ／ｍｍ２　の強度を有す
る直径３．２ｍｍの焼入・焼戻鋼線を製造し、表５に示
す諸元を有する自動車用弁ばねに種々の温度で成形加工
した。

【００１７】

【表４】

【００１８】

【表５】

【００１９】その時のばねの加工温度と折損率の関係を
図２に示した。その結果、室温では折損が高い比率で生
じたが、コイリングの温度を上げることにより加工性が
向上し、１５０℃以上では折損率がゼロとなっているこ
とが明らかである。

【００２０】（実施例３および比較例）前述の表４に示
す化学成分を有する鋼線から引張強さ２１０Ｋｇｆ／ｍ
ｍ２　の強度を有する直径３．２ｍｍの焼入・焼戻鋼線
を製造し、表５に示す諸元を有する自動車エンジンの弁
ばねにばねの成形温度を４００℃とした本発明の実施例
と、常温（２５℃）で成形加工した比較例により製造し
た。それらの弁ばねについて、最大応力τｍａｘ　＝１
１５Ｋｇｆ／ｍｍ２　で５×１０７　回の疲労試験を行
った。その結果を表６に示す。

【００２１】

【表６】

【００２２】表６に示すように本発明による場合、ばね
に成形後の低温焼鈍を省略しても良好な疲労特性を有し
ていることがわかる。

【００２３】（実施例４）表７に示す組成の鋼線から引
張強さ２２５Ｋｇｆ／ｍｍ２　の強度を有する直径３．
２ｍｍの焼入・焼戻鋼線を製造し、直径３．２ｍｍの芯
金に巻付ける試験（自径巻試験）を行なった。

【００２４】

【表７】

【００２５】その結果、巻付ける温度が１５０℃以上の
場合、折損は皆無であり充分ばねに加工出来る延性を有
していることが確かめられた。

【００２６】（実施例５）表８に示す組成の鋼線から引
張強さ２１５Ｋｇｆ／ｍｍ２　の強度を有する直径３．
４ｍｍの焼入・焼戻鋼線を製造し、直径３．４ｍｍの芯
金に巻付けた。

【００２７】

【表８】

【００２８】その結果巻付ける温度が、１５０℃以上の
場合は、折損が皆無であり充分なばねに加工できる延性
を有していることが確かめられた。また、上記の実施例
は、いずれも弁ばねについて記述したが、懸架ばねにつ
いても同様の効果を有することを確認した。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、引張強さ
２００Ｋｇｆ／ｍｍ２　以上の高強度を有する焼入・焼
戻鋼線から安定して「ばね」に成形加工でき、従来得ら
れなかった高疲労強度、高寿命を有する高強度ばねを製
造することができ、工業的な効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のばね成形温度と折損率との関係を示
す図表である。

【図２】実施例２のばね成形温度と折損率との関係を示
す図表である。

【図３】引張強さ２２０Ｋｇｆ／ｍｍ２　の焼入・焼戻
鋼線の各温度における引張試験の結果を示す図表である
。

【図４】図３に示す引張試験後の試験片の硬さを示した
図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％でＣ　　：０．５５〜０．７５％、Ｓｉ：１．００〜２．５０％、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％と、Ｎｉ：１．００〜４．００％、Ｃｒ：０．５０〜２．５０％、Ｍｏ：０．１０〜１．００％のうち２種ないし３種と、Ｖ　　：０．０５〜０．６０％、Ｎｂ：０．０５〜０．６０％のうち１種ないし２種を含有し、残部は不可避不純物お
よびＦｅからなる引張強さ２００Ｋｇｆ／ｍｍ２　以上
を有する焼入・焼戻し鋼線を、１００℃以上５５０℃以
下の温度に加熱し、ばねに成形加工することを特徴とす
る高強度ばねの製造方法。
【請求項２】　　請求項１記載の方法でばね形状に成形
加工した後、低温焼鈍を施すことなく「ばね」とする高
強度ばねの製造方法。