(57)【要約】  鋼線は、０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される。鋼線の長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さが直径の０．５％以下である。鋼線の長手方向に垂直な断面において、重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、
長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さが直径の０．５％以下であり、
長手方向に垂直な断面において、重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である、鋼線。
【請求項２】
前記不可避的不純物であるリンは０．０２５質量％以下、硫黄は０．０２５質量％以下、銅は０．２質量％以下である、請求項１に記載の鋼線。
【請求項３】
長手方向に垂直な断面の直径は０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の鋼線。
【請求項４】
引張強さが１９００ＭＰａ以上２４５０ＭＰａ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項５】
引張試験における絞りの値が４０％以上６０％以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項６】
耐へたり性試験における残留せん断ひずみが０．２％以下である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項７】
伸線時の減面率が８０％以上９０％以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の鋼線からなる、ばね。
【請求項９】
表面における圧縮残留応力が３００ＭＰａ以上である、請求項８に記載のばね。
【請求項１０】
表面の硬さが４５０ＨＶ以上である、請求項８または請求項９に記載のばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼線およびばねに関するものであり、より特定的には、ばねの製造に適した鋼線および当該鋼線からなるばねに関するものである。本出願は、２０１７年３月２８日に出願した日本特許出願である特願２０１７−０６２１７２号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
ばねの製造に使用される鋼線においては、耐へたり性および強度の向上が求められる。耐へたり性および強度に優れる高強度ばね用鋼線として、炭素の中心偏析を抑制した鋼線が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８４６９６号公報
【発明の概要】
【０００４】
本発明に従った鋼線は、０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される。長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さが直径の０．５％以下である。長手方向に垂直な断面において、重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、鋼線の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。
【図２】図２は、鋼線の長手方向に垂直な断面の表面付近を示す概略断面図である。
【図３】図３は、ばねの構造を示す概略斜視図である。
【図４】図４は、鋼線の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】図５は、原料線材の長手方向に垂直な断面を示す概略断面図である。
【図６】図６は、伸線工程を説明するための概略断面図である。
【図７】図７は、耐へたり性の試験方法を説明するための概略図である。
【図８】図８は、耐へたり性の試験方法を説明するための概略図である。
【図９】図９は、耐へたり性の試験方法を説明するための概略図である。
【図１０】図１０は、耐へたり性試験の結果を示す図である。
【図１１】図１１は、鋼線の長手方向に垂直な断面における硬さの分布を示す図である。
【図１２】図１２は、耐へたり性試験の結果を示す図である。
【図１３】図１３は、全脱炭層深さと表層硬さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[本開示が解決しようとする課題]
上述のように、ばねの製造に使用される鋼線においては、耐へたり性および強度の向上が求められる。そこで、耐へたり性および強度に優れる鋼線および当該鋼線からなることにより耐へたり性および強度に優れるばねを提供することを目的の１つとする。
【０００７】
[本開示の効果]
上記鋼線によれば、耐へたり性および強度に優れる鋼線を提供することができる。
【０００８】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の鋼線は、０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素（Ｃ）と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素（Ｓｉ）と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガン（Ｍｎ）とを含み、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避的不純物からなる鋼から構成される。長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さが直径の０．５％以下である。長手方向に垂直な断面において、重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である。
【０００９】
本発明者の検討によれば、適切な成分組成を選択し、脱炭層深さを従来に比べて極めて小さいレベルに抑えるとともに、径方向における硬さのばらつきを抑制することで、耐へたり性および強度を向上させることができる。本願の鋼線においては、ばねに必要な強度を確保可能な成分組成の鋼が採用される。また、耐へたり性および強度を向上させる観点から、全脱炭層深さが直径の０．５％以下という極めて小さいレベルに抑えられるとともに、深さ方向（径方向）における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下に抑えられる。その結果、本願の鋼線によれば、耐へたり性および強度に優れる鋼線を提供することができる。
【００１０】
上記鋼線において、不可避的不純物であるリン（Ｐ）は０．０２５質量％以下、硫黄（Ｓ）は０．０２５質量％以下、銅（Ｃｕ）は０．２質量％以下であることが好ましい。不可避的不純物として成分組成に含まれるＰ、ＳおよびＣｕの含有量をこのような範囲に抑えることにより、靱性等の特性を向上させることができる。
【００１１】
上記鋼線において、長手方向に垂直な断面の直径は０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であってもよい。本願の鋼線は、この範囲の直径を有する鋼線に特に好適である。なお、本願において「長手方向に垂直な断面における直径」とは、長手方向に垂直な断面が円形以外である場合、当該断面に外接する円の直径を意味する。
【００１２】
上記鋼線において、引張強さが１９００ＭＰａ以上２４５０ＭＰａ以下であってもよい。引張強さを１９００ＭＰａ以上とすることにより、十分な強度を確保することができる。引張強さを２４５０ＭＰａ以下とすることにより、十分な靱性を確保することが容易となる。
【００１３】
上記鋼線において、引張試験における絞りの値が４０％以上６０％以下であってもよい。絞りの値を４０％以上とすることにより、ばねへの加工性および加工後のばねの疲労強度を向上させることができる。絞りの値を６０％以下とすることにより、十分な強度を確保することが容易となる。
【００１４】
上記鋼線において、耐へたり性試験における残留せん断ひずみが０．２％以下であることが好ましい。このようにすることにより、優れた耐へたり性をより確実に確保することができる。
【００１５】
上記鋼線において、伸線時の減面率が８０％以上９０％以下であってもよい。このようにすることにより、優れた耐へたり性および強度をより確実に得ることができる。
【００１６】
本願のばねは、上記鋼線からなる。耐へたり性および強度に優れる上記鋼線からなることにより、本願のばねによれば、耐へたり性および強度に優れるばねを提供することができる。
【００１７】
上記ばねにおいて、表面における圧縮残留応力が３００ＭＰａ以上であってもよい。このようにすることにより、ばねの疲労寿命を長くすることができる。
【００１８】
上記ばねにおいて、表面の硬さが４５０ＨＶ以上であってもよい。このようにすることにより、ばねの疲労寿命を長くすることができる。
【００１９】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる鋼線の一実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２０】
図１および図２を参照して、本実施の形態における鋼線１は、長手方向に垂直な断面が円形である。鋼線１は、０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される。このような成分組成を有する鋼として、たとえばＪＩＳ規格Ｇ３５０２に規定されるＳＷＲＳ８７Ａ、ＳＷＲＳ８７Ｂなどを採用することができる。鋼線１は、焼入処理および焼戻処理が実施された状態の金属組織ではなく、パーライト組織を含む金属組織を有している。
【００２１】
図１を参照して、中心（重心）Ｇを通る直線Ｌ上において、硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である。つまり、直線Ｌに沿って硬さを測定した場合、硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である。硬さの測定は、たとえばビッカース硬度計（マイクロビッカース硬度計）を用いて実施することができる。
【００２２】
図１および図２を参照して、鋼線１の長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さｄは直径の０．５％以下である。全脱炭層深さｄは、ＪＩＳ規格Ｇ０５５８に従って測定することができる。より具体的には、図２を参照して、鋼線１の外周面２付近には、脱炭部４が形成されている。脱炭部４は、素地５中において外周面２から鋼の結晶粒界に沿って内部へと延在する。本実施の形態の鋼線１においては、結晶粒全体が脱炭状態となるフェライト脱炭は発生せず、結晶粒界に沿って脱炭部４が形成される部分脱炭（粒界脱炭）が発生している。そして、部分脱炭が発生している領域の深さが本実施の形態における全脱炭層深さｄである。全脱炭層深さｄは、鋼線１の直径の０．５％以下であることが好ましく、０．３％以下であることがさらに好ましい。
【００２３】
本実施の形態の鋼線１においては、ばねに必要な強度を確保可能な上記成分組成の鋼が採用される。また、耐へたり性および強度を向上させる観点から、全脱炭層深さｄが直径の０．５％以下という極めて小さいレベルに抑えられるとともに、深さ方向（径方向）における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下に抑えられる。その結果、鋼線１は、耐へたり性および強度に優れる鋼線となっている。
【００２４】
鋼線１を構成する鋼において、不可避的不純物であるＰは０．０２５質量％以下、Ｓは０．０２５質量％以下、Ｃｕは０．２質量％以下であることが好ましい。不可避的不純物として成分組成に含まれるＰ、ＳおよびＣｕの含有量をこのような範囲に抑えることにより、靱性等の特性を向上させることができる。
【００２５】
鋼線１の直径は、たとえば０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下である。鋼線１の直径は、２ｍｍ以上６．５ｍｍ以下であってもよい。鋼線１の直径は、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。
【００２６】
鋼線１の引張強さは１９００ＭＰａ以上２４５０ＭＰａ以下であることが好ましい。引張強さを１９００ＭＰａ以上とすることにより、十分な強度を確保することができる。引張強さを２４５０ＭＰａ以下とすることにより、十分な靱性を確保することが容易となる。より高い強度を達成する観点から、鋼線１の引張強さは１９５０ＭＰａ以上とすることがより好ましい。また、より確実に十分な靱性を確保する観点から、鋼線１の引張強さは２１６０ＭＰａ以下とすることがより好ましい。
【００２７】
鋼線１において、引張試験における絞りの値が４０％以上６０％以下であることが好ましい。絞りの値を４０％以上とすることにより、ばねへの加工性および加工後のばねの疲労強度を向上させることができる。絞りの値を６０％以下とすることにより、十分な強度を確保することが容易となる。ばねへの加工性および加工後のばねの疲労強度を向上させる観点から、上記絞りの値は、５０％以上とすることがより好ましい。
【００２８】
鋼線１の伸線時の減面率は８０％以上９０％以下であることが好ましい。これにより、優れた耐へたり性および強度をより確実に得ることができる。鋼線１の伸線時の減面率は８３％以上８７％以下であることがより好ましい。
【００２９】
図３を参照して、本実施の形態におけるばね１００は、上記本実施の形態の鋼線１からなっている。ばね１００は、鋼線１がらせん状のばね形状に加工されたものである。ばね１００は、らせん状の形状を有する鋼線１からなっている。ばね１００は、つる巻きばねである。耐へたり性および強度に優れる本実施の形態の鋼線１からなることにより、ばね１００は、耐へたり性および強度に優れるばねとなっている。
【００３０】
ばね１００において、表面（鋼線１の外周面に対応する面）における圧縮残留応力は３００ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、ばね１００の疲労寿命が長くなる。なお、表面における圧縮残留応力は、基本的には大きいほど好ましい。しかし、８００ＭＰａを超える圧縮残留応力を得るためには、たとえばショットピーニングに必要な時間が長くなり、生産効率が低下する等の問題が生じ得る。そのため、表面における圧縮残留応力は、８００ＭＰａ以下とすることができる。
【００３１】
ばね１００において、表面の硬さは４５０ＨＶ以上であることが好ましい。これにより、ばねの疲労寿命が長くなる。なお、表面の硬さは、基本的には高いほど好ましい。しかし、６５０ＨＶを超える硬さを達成することは、生産効率の低下等の問題が生じ得る。そのため、表面の硬さは６５０ＨＶ以下とすることができる。
【００３２】
次に、鋼線１およびばね１００の製造方法の一例について説明する。図４を参照して、本実施の形態における鋼線１の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）として原料線材準備工程が実施される。工程（Ｓ１０）では、図５を参照して、０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される原料線材１０が準備される。具体的には、たとえばＪＩＳ規格Ｇ３５０２に規定されるＳＷＲＳ８７Ｂからなる原料線材１０が準備される。原料線材１０の長手方向に垂直な断面の形状は円形である。
【００３３】
次に、工程（Ｓ２０）として表層部除去工程が実施される。工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された原料線材１０の外周面を含む表層部が全周にわたって除去される。表層部の除去は、たとえば切削加工により実施することができる。工程（Ｓ２０）は、鋼線１の製造において必須の工程ではないが、これを実施することにより、工程（Ｓ１０）において準備された原料線材１０の脱炭層を除去することができる。
【００３４】
次に、工程（Ｓ３０）としてパテンティング工程が実施される。工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）が実施された原料線材１０に対してパテンティングが実施される。具体的には、原料線材１０がオーステナイト化温度（Ａ１点）以上の温度域に加熱された後、Ｍｓ点よりも高い温度域まで急冷され、当該温度域で保持される熱処理が実施される。これにより、原料線材１０の金属組織がラメラ間隔の小さい微細パーライト組織となる。ここで、上記パテンティング処理において、原料線材１０をＡ１点以上の温度域に加熱する処理は、脱炭の発生を抑制する観点から不活性ガス雰囲気中で実施される。また、同様の観点から、原料線材１０をＡ１点以上の温度域に加熱する処理は、必要最低限の時間とすることが好ましい。
【００３５】
次に、工程（Ｓ４０）として伸線工程が実施される。工程（Ｓ４０）では、原料線材１０が伸線加工（引抜き加工）される。
【００３６】
図６は、工程（Ｓ４０）を実施するための引抜き装置の被加工材の進行方向αに沿った断面を示す図である。図６を参照して、工程（Ｓ４０）を実施するための引抜き装置は、ダイス５０を備えている。ダイス５０には、被加工材の進行方向αに沿ってダイス５０を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔を取り囲む壁面が被加工材と接触する加工面５１である。工程（Ｓ３０）までが実施された原料線材１０が長手方向に沿って（被加工材の進行方向αに沿って）進行してダイス５０の貫通孔へと進入し、入口５８に到達すると、原料線材１０の外周面１１がダイス５０の加工面５１に接触する。これにより、原料線材１０は加工され、長手方向に垂直な断面の形状が被加工材の進行方向αに垂直な断面における加工面５１の形状に対応する形状となるように塑性変形する。ダイス５０の貫通孔の、被加工材の進行方向αに垂直な断面の面積は、入口５８に比べて出口５９において小さくなっている。そして、原料線材１０がダイス５０の出口５９に到達するとダイス５０の加工面５１による加工が完了し、鋼線１が得られる。
【００３７】
ここで、ダイス５０の貫通孔は、入口５８から出口５９に近づくにしたがって、被加工材の進行方向αに垂直な断面積が小さくなるテーパ領域を有する。このテーパ領域のテーパ角であるダイス半角θを小さくすることにより、得られる鋼線１の長手方向に垂直な断面において、重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差を小さくすることができる。本実施の形態の鋼線１の製造方法では、一般的なばね用鋼線の製造に用いられるダイスに比べてダイス半角θが３０％程度小さいダイス５０が採用される。工程（Ｓ４０）における原料線材１０の長手方向に垂直な断面の断面積Ｓ０に対するＳ０と鋼線１の長手方向に垂直な断面の断面積Ｓとの差（Ｓ０−Ｓ）の割合である減面率（Ｓ０−Ｓ）／Ｓ０は、８０％以上９０％以下とすることが好ましく、８３％以上８７％以下とすることがより好ましい。工程（Ｓ４０）における伸線加工は、複数のダイスを用いて複数回に分けて実施されてもよい。
【００３８】
以上の手順により、本実施の形態における鋼線１が得られる。本実施の形態の鋼線１の製造方法では、工程（Ｓ２０）が実施されることにより、脱炭層が除去される。また、工程（Ｓ３０）においてパテンティング処理における加熱が不活性雰囲気中において実施されることにより、原料線材１０に脱炭が生じることが抑制される。そのため、鋼線１の長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さを、直径の０．５％以下とすることができる。また、本実施の形態の鋼線１の製造方法では、工程（Ｓ４０）において、ダイス半角θが小さいダイス５０を用いて伸線加工が実施される。そのため、鋼線１の長手方向に垂直な断面の重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差を５０ＨＶ以下にまで小さくすることができる。このように、本実施の形態の鋼線１の製造方法によれば、耐へたり性および強度に優れる鋼線１を製造することができる。
【００３９】
次に図４を参照して、工程（Ｓ５０）として、ばね加工工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ４０）が実施されることにより得られた鋼線１が、ばねの形状に加工される。具体的には、工程（Ｓ５０）では、冷間コイリング成形が実施されることにより、鋼線１がらせん状の形状を有するつる巻きばねの形状（図３参照）に加工される。
【００４０】
次に、工程（Ｓ６０）として、ひずみ取り工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）が実施されることによりばねに導入されたひずみ（加工ひずみ）を低減する処理が実施される。具体的には、工程（Ｓ５０）が実施されることにより得られたばねが、たとえば２００℃以上４００℃以下の温度に加熱され、１０分間以上６０分間以下の時間だけ保持される焼鈍処理が実施される。
【００４１】
次に、工程（Ｓ７０）として、ショットピーニング工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、工程（Ｓ６０）においてひずみが低減されたばねに対して、たとえば座面研磨が実施された後、ショットピーニングが実施される。その後、必要に応じて焼鈍、冷間セッチングなどの処理が実施される。
【００４２】
以上の手順により、本実施の形態におけるばね１００が得られる。本実施の形態のばね１００の製造方法においては、耐へたり性および強度に優れる鋼線１を加工してばね１００が製造される。そのため、耐へたり性および強度に優れるばね１００を製造することができる。また、工程（Ｓ７０）におけるショットピーニングの条件のほか、焼鈍の条件、工程（Ｓ４０）における伸線加工の条件、鋼の成分組成等を調整することにより、ばね１００の表面における圧縮残留応力の大きさ、硬さを調整し、好ましい範囲（圧縮残留応力が３００ＭＰａ以上、硬さが４５０ＨＶ以上）とすることができる。工程（Ｓ７０）では、ショットピーニングを複数回、たとえば２回に分けて実施してもよい。この場合、１回目と２回目との間で、ショット粒の大きさが異なっていてもよい。２回目のショットピーニングは、１回目のショットピーニングに比べて小さいショット粒を用いて実施してもよい。１回目のショット粒の直径と２回目のショット粒の直径との平均は、たとえば０．３ｍｍ程度とすることができる。１回目のショット粒の直径は、たとえば０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることができる。２回目のショット粒の直径は、たとえば０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることができる。
【実施例】
【００４３】
（実施例１）
本願の鋼線の耐へたり性を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。まず、ＪＩＳ規格Ｇ３５０２に規定されるＳＷＲＳ８７Ｂからなる原料線材を準備し、上記実施の形態と同様の方法により鋼線１を製造した。工程（Ｓ４０）における伸線加工の減面率を７８．２％、８３．０％、８４．９％および８６．４％とした鋼線１（実施例Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ）を製造した。また、比較のため、汎用オイルテンパー線（比較例Ａ）および汎用ピアノ線（比較例Ｂ）についても準備した。汎用オイルテンパー線としては、弁ばね用オイルテンパー線（ＪＩＳ規格Ｇ３５６１に規定されるＳＷＯＳＣ−Ｖ）を採用した。汎用ピアノ線としては、ＪＩＳ規格Ｇ３５２２に規定されるＳＷＲＳ８２Ａからなる原料線材をパテンティング処理した後、伸線加工したものを採用した。【００４４】
準備された実施例Ａ〜Ｄの鋼線１を、図７に示すように直線状の長辺７２と、長辺７２の両端に接続され、長辺７２に垂直な方向に互いに対向するように延びる一対の直線状の短辺７１とを含む形状の試験片７０に加工した。次に、この試験片７０に対して３５０℃に加熱して２０分間保持する熱処理を実施した後、試験片７０をベース板８１の主面８１Ａ上に、長辺７２および一対の短辺７１が接触する状態で載置した。そして、試験片７０を１２０℃に加熱しつつ、図８に示すように、一方の短辺７１を保持部材８２により保持して主面８１Ａに接触する状態を維持するとともに、他方の短辺７１を長辺７２との接続部が主面８１Ａに接触する状態で治具８３により起こし、１０００ＭＰａのせん断応力が生じる状態で２４時間保持した。その後、図９に示すように治具８３を除去して、起こされた状態で保持された短辺７１と主面８１Ａとの角度φを測定した。そして、得られた角度φに基づいて残留せん断ひずみを算出した。同様の試験を比較例ＡおよびＢについても実施し、せん断ひずみを算出した。実験結果を図１０に示す。【００４５】
図１０を参照して、本願の鋼線である実施例Ａ〜Ｄは、いずれも汎用ピアノ線である比較例Ｂに比べて残留せん断ひずみが低減されており、優れた耐へたり性を有していることが確認される。また、伸線時の減面率が８０％以上９０％以下である実施例Ｂ、ＣおよびＤについては、焼入焼戻処理が実施されることで製造コストが高くなるオイルテンパー線である比較例Ａと遜色ない耐へたり性を有している。このことから、伸線時の減面率は８０％以上９０％以下（８３％以上８７％以下）とすることが好ましいことが確認される。特に、実施例Ｃの残留せん断ひずみは０．１８％以下となっており、耐へたり性が特に優れている。【００４６】
以上の実験結果から、本願の鋼線によれば、優れた耐へたり性を達成できることが確認される。【００４７】
（実施例２）
鋼線の特性に及ぼす伸線時のダイス半角θの影響を確認する実験を行った。上記実施の形態の鋼線の製造方法において、伸線時のダイス半角θが一般的なばね用鋼線の製造に用いられる範囲である条件（比較例Ｃ）と、それに対して３０％小さいダイス半角θが採用される上記実施の形態の条件（上記実施例Ｂ）とで同一組成の鋼からなる鋼線を製造し、引張試験を実施した。また、実施例Ｂおよび比較例Ｃの鋼線の長手方向に垂直な断面において、中心を通る直線上における表面直下から中心までの硬さ分布を測定した。引張試験の結果を表１に示す。また、硬さ分布の測定結果を表２および図１１に示す。なお、鋼線の直径は３．５ｍｍである。【００４８】
【表１】
2018179597.tif 000003
【００４９】
【表２】
2018179597.tif 000004
【００５０】
表１を参照して、実施例Ｂの鋼線は、引張強度において比較例Ｃを上回るだけでなく、絞りにおいても比較例Ｃを上回っている。このことから、ダイス半角を小さく設定することは、高い強度を確保しつつ絞りを向上させる観点から、有効であることが確認される。【００５１】
表２および図１１を参照して、比較例Ｃの鋼線の硬さは径方向において６９ＨＶの差があるのに対し、実施例Ｂの鋼線の硬さは径方向において４３ＨＶの差に抑えられている。このことから、ダイス半角を小さく設定することは、上記硬さの差を低減する観点からも有効であることが確認される。【００５２】
（実施例３）
ばねの耐久性に及ぼす表面硬さおよび表面における圧縮応力の大きさの影響を調査する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。【００５３】
まず、ＪＩＳ規格Ｇ３５０２に規定されるＳＷＲＳ８７Ｂからなる原料線材を準備し、上記実施の形態と同様に工程（Ｓ１０）〜（Ｓ４０）を実施して鋼線１を作製した。鋼線１に対して、冷間コイリング成形（コイルの平均径：２１．６ｍｍ、巻数：５．７５巻、有効巻数：３．２５巻）を実施した後、３００℃に加熱して２５分間保持するひずみ取り焼鈍を実施した。その後、座面研磨およびショットピーニングを実施した。ショットピーニングは、２回に分けて実施した。１回目と２回目とのショット粒の平均径は０．３ｍｍとした。その後さらに、２３０℃に加熱して１０分間保持する低温焼鈍および冷間セッチングを実施し、ばね１００を作製した。上記ショットピーニングにおける１回目および２回目のショット粒の粒径および処理時間を調整し、表面硬さおよび表面における圧縮残留応力の異なる７種類のサンプルを得た（サンプルＡ〜Ｇ）。表面硬さは、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に従って測定した。残留応力は、Ｘ線回折法により測定した。そして、サンプルＡ〜Ｇのばね１００に対して平均応力５８８ＭＰａ、応力振幅５３４ＭＰａの条件で軸方向に圧縮を繰り返す疲労試験を実施した。サンプルＡ〜Ｇについて、それぞれ８個のばねを作製し、実験に供した。そして、応力の繰り返し数：１０６回および１０７回の時点において、未折損のばねの個数によって耐久性を評価した。各サンプルの表面硬さおよび表面における圧縮残留応力、ならびに実験結果を表３に示す。【００５４】
【表３】
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【００５５】
表３の「耐久性評価」の欄において、耐久性が特に優れるものをＡ、優れるものをＢ、耐久性が十分であるものをＣ、上記実験条件に対して耐久性が不十分であったものをＤと表示した。なお、上記実験条件は通常のばねの使用条件よりも厳しい条件である。したがって、Ｄと評価されたものであっても必ずしも使用に耐えないものではなく、より緩やかな使用条件の下では使用可能である。【００５６】
表３を参照して、表面硬さが４５０ＨＶ以上（さらには５００ＨＶ以上）であるサンプル、表面における圧縮残留応力が３００ＭＰａ以上であるサンプルでは、優れた耐久性が得られている。このことから、本願のばねにおいて、表面硬さは４５０ＨＶ以上であることが好ましく、５００ＨＶ以上であることがより好ましいといえる。また、本願のばねにおいて、表面における圧縮残留応力は３００ＭＰａ以上であることが好ましいことが確認される。【００５７】
（実施例４）
本願のばねの耐へたり性を確認する実験を行った。具体的には、上記サンプルＥ、ＦおよびＡのばね１００に対して、１２０℃に加熱した状態で軸方向に圧縮し、４８時間保持する処理を実施した。また、比較のため、本願の範囲外である汎用オイルテンパー線（サンプルＨ；実施例１の場合と同種のオイルテンパー線）および汎用ピアノ線（サンプルＩ；実施例１の場合と同種のピアノ線）についても同様のばねを作製し、同様に実験に供した。その後、圧縮を解除し、試験前後のばねの軸方向における長さの変化から残留せん断ひずみを算出した。圧縮時のせん断応力値を変化させることにより、せん断応力値とせん断ひずみ量との関係を調査した。実験結果を図１２に示す。【００５８】
図１２を参照して、いずれのばねにおいても、せん断応力の増大に伴って、残留するせん断ひずみの量が大きくなっている。そして、本願のばねであるサンプルＥ、ＦおよびＡのせん断ひずみ量は、各応力において汎用ピアノ線からなるばねであるサンプルＩよりも小さい。また、サンプルＥ、ＦおよびＡのせん断ひずみ量は、熱処理費用に伴って製造コストが高くなる汎用オイルテンパー線からなるばねであるサンプルＨと遜色ない値となっている。このことから、本願のばねは、耐へたり性に優れるばねであることが確認される。【００５９】
（実施例５）
鋼線の表層硬さに及ぼす全脱炭層深さの影響を確認する実験を行った。上記実施の形態の鋼線の製造方法において、工程（Ｓ２０）の実施の有無および工程（Ｓ３０）における熱処理の条件を変更することにより、全脱炭層深さの異なる鋼線を準備した。そして、各鋼線の表層硬さを測定した。表層硬さは、断面の表面から２５μｍ以内の領域の硬度を、ＪＩＳ  Ｚ２２４４に従って測定した。実験結果を図１３に示す。図１３において、横軸は、長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さの、鋼線の直径に対する割合を示している。図１３において、縦軸は表層硬さを示している。【００６０】
図１３を参照して、全脱炭層深さが大きくなるにしたがって、表層硬さが低下している。そして、全脱炭層深さが鋼線の直径の０．５％以下である場合に、表層硬さ（表面硬さ）が好ましい値である４５０ＨＶ以上となっている。このことから、鋼線において、長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さは、直径の０．５％以下であることが好ましいことが確認される。【００６１】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１  鋼線、２  外周面、４  脱炭部、５  素地、１０  原料線材、１１  外周面、５０  ダイス、５１  加工面、５８  入口、５９  出口、７０  試験片、７１  短辺、７２  長辺、８１  ベース板、８１Ａ  主面、８２  保持部材、８３  治具、１００  ばね。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月31日(2019.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．７質量％以上１．０質量％以下の炭素と、０．１２質量％以上０．３２質量％以下の珪素と、０．３質量％以上０．９質量％以下のマンガンとを含み、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成され、
長手方向に垂直な断面における全脱炭層深さが直径の０．５％以下であり、
長手方向に垂直な断面において、重心を通る直線上における硬さの最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下であり、
前記鋼の金属組織はパーライト組織である、鋼線。
【請求項２】
前記不可避的不純物であるリンは０．０２５質量％以下、硫黄は０．０２５質量％以下、銅は０．２質量％以下である、請求項１に記載の鋼線。
【請求項３】
長手方向に垂直な断面の直径は０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の鋼線。
【請求項４】
引張強さが１９００ＭＰａ以上２４５０ＭＰａ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項５】
引張試験における絞りの値が４０％以上６０％以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項６】
耐へたり性試験における残留せん断ひずみが０．２％以下である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項７】
伸線時の減面率が８０％以上９０％以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の鋼線。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の鋼線からなる、ばね。
【請求項９】
表面における圧縮残留応力が３００ＭＰａ以上である、請求項８に記載のばね。
【請求項１０】
表面の硬さが４５０ＨＶ以上である、請求項８または請求項９に記載のばね。
【国際調査報告】
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