(57)【要約】【課題】耐へたり特性が良好でフェライト脱炭の問題も生じない腐食疲労強度に優れた高強度ばね鋼を提供することを目的とする。【解決手段】ばね鋼を、重量％でＣ：０．３８〜０．４８％，Ｓｉ：１．６〜２．８％，Ｓｉ／Ｃ：≧４．０，Ｍｎ：０．６〜１．２％，Ｐ：≦０．０１５％，Ｓ：≦０．００５％，Ｃｕ：０．１５〜０．４５％，Ｎｉ：０．０５〜０．３０％，Ｃｕ＋Ｎｉ：≧０．２０％，Ｃｒ：０．１０〜０．３０％，Ｏ：≦０．００１２％，残部実質的にＦｅから成る組成とする。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
Ｃ：０．３８〜０．４８％
Ｓｉ：１．６〜２．８％
Ｓｉ／Ｃ：≧４．０
Ｍｎ：０．６〜１．２％
Ｐ：≦０．０１５％
Ｓ：≦０．００５％
Ｃｕ：０．１５〜０．４５％
Ｎｉ：０．０５〜０．３０％
Ｃｕ＋Ｎｉ：≧０．２０％
Ｃｒ：０．１０〜０．３０％
Ｏ：≦０．００１２％
残部実質的にＦｅから成ることを特徴とする腐食疲労強度に優れた高強度ばね鋼。
【請求項２】
請求項１において、更にＶ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌの１種若しくは２種以上を重量％で以下の範囲
Ｖ：≦０．２０％
Ｎｂ：０．０２０〜０．０５０％
Ｔｉ：０．０３０〜０．０７０％
Ａｌ：０．０１０〜０．０４０％
で含有し且つ
Ｎ：≦０．０１２％
Ｂ：０．０００５〜０．００３０％
であることを特徴とする腐食疲労強度に優れた高強度ばね鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はばね鋼に関し、特に腐食疲労強度に優れた高強度ばね鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年自動車の燃費の向上が強く求められており、これに伴って自動車の軽量化が求められている。
その一環として、自動車における懸架ばね等の軽量化が求められており、そのための対策が各種講じられている。
【０００３】
ここで懸架ばね等の軽量化を達成するためには、ばねの細径化，巻数減等を実現することが必要であるが、その場合ばねにかかる負荷応力が増大する。
従来、この種懸架ばね等のための材料としてＳＵＰ７が代表的な材料として用いられているが、負荷応力の増大に伴ってばね鋼の強度を更に高める必要がある。
【０００４】
そこでばね鋼のＣ含有量を高めることにより高強度化は達成できるが、この場合Ｃ含有量を高めたことによって腐食疲労強度が低下する問題を生ずる。
この種ばね鋼においては耐食性、特に耐孔食性を低下させないことが重要であるが、Ｃ含有量を高めるとその耐食性が低下してしまう。
一方Ｃ含有量を低めると、高強度化が実現できないのに加えて、耐へたり特性も劣化してしまう。
【０００５】
この場合Ｓｉ含有量を高めることで耐へたり特性を改善することができるが、Ｓｉ含有量を多くすると製造工程でフェライト脱炭が生じ易くなる。
而してフェライト脱炭が生じるとばね鋼としての強度に悪影響を与え、また製造性が悪化する外、大気中での疲労特性（大気疲労特性）も劣化する問題を生ずる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の腐食疲労強度に優れた高強度ばね鋼はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、ばね鋼の組成を重量％で、Ｃ：０．３８〜０．４８％，Ｓｉ：１．６〜２．８％，Ｓｉ／Ｃ：≧４．０，Ｍｎ：０．６〜１．２％，Ｐ：≦０．０１５％，Ｓ：≦０．００５％，Ｃｕ：０．１５〜０．４５％，Ｎｉ：０．０５〜０．３０％，Ｃｕ＋Ｎｉ：≧０．２０％，Ｃｒ：０．１０〜０．３０％，Ｏ：≦０．００１２％，残部実質的にＦｅから成る組成とすることを特徴とする。
【０００７】
また請求項２のものは、請求項１において、更にＶ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌの１種若しくは２種以上を重量％で以下の範囲、Ｖ：≦０．２０％，Ｎｂ：０．０２０〜０．０５０％，Ｔｉ：０．０３０〜０．０７０％，Ａｌ：０．０１０〜０．０４０％で含有し且つＮ：≦０．０１２％，Ｂ：０．０００５〜０．００３０％であることを特徴とする。
【０００８】
【作用及び発明の効果】
以上のような本発明は、Ｃ含有量を０．４８％以下としてＣ含有量を低減する一方、Ｓｉ含有量を１．６〜２．８％に調整して、Ｃ含有量を低減することによる耐へたり特性の低下をＳｉ含有量の調整によって改善し、所望の耐へたり特性を確保するようにしたものである。
【０００９】
但し本発明ではＳｉ／Ｃの比率が重要で、このＳｉ／Ｃ比が４．０未満であるとＣ含有量を０．４８％以下に低減しても十分な腐食疲労強度が得られず、また耐へたり特性も所望の特性が得られない。
【００１０】
本発明では、Ｃ含有量の低減によって腐食疲労強度を高め、またＳｉの含有量を調整することで耐へたり特性を高めるものであるが、Ｓｉの含有量が多くなると前述したフェライト脱炭が生じ易くなる。
そこで本発明では脱炭抑制成分としてＣｕ＋Ｎｉを所定量添加する。
【００１１】
以上によって本発明によれば、高強度で腐食疲労強度も強く、また耐へたり特性も良好で、フェライト脱炭も抑制されて製造性が良好なばね鋼を得ることができる。
【００１２】
本発明においてはまた、必要に応じてＶ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｎ，Ｂを含有させることができ、これによってばね鋼の特性を更に良好となすことができる。
【００１３】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳述する。
Ｃ：０．３８〜０．４８％
Ｃは０．３８％未満では所望のばね強度が得られないため０．３８％以上とする。
一方０．４８％を超えると焼入れ焼戻し後の靭性が低下し腐食疲労強度，耐遅れ破壊性が劣化する。また０．４８％を超えると圧延後の硬さが硬くなり過ぎ製造性を低下させる。そこで本発明では０．４８％を上限とする。
【００１４】
Ｓｉ：１．６〜２．８％
Ｓｉは１．６％未満ではばねとして必要な強度及び耐へたり特性を確保できないため１．６％以上とする。
一方２．８％以下としたのは脆化を防止するためであり、また表層部脱炭に伴う被削性及び加工性の劣化を防止するために２．８％を上限とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．６〜１．２％
Ｍｎは脱酸及びＳによる害を阻止し、また焼入れ性も確保し強度低下を防ぐため、０．６％以上とする。
一方１．２％以下としたのは、脆化及び加工性の劣化を防止するためである。
【００１６】
Ｐ：≦０．０１５％
Ｐは結晶粒界に偏析し結晶粒界を脆弱化させ、遅れ破壊を生じさせるため０．０１５％以下とする。
【００１７】
Ｓ：≦０．００５％
Ｓは鋼中に存在するとＭｎＳの介在物の形態をとり、大気疲労特性及び腐食疲労強度を低下させるため極力低減させることが望ましい。従って影響を軽減させるため上限を０．００５％とする。
【００１８】
Ｃｕ：０．１５〜０．４５％
Ｃｕは耐食性を高める上で有効であり、またフェライト脱炭の抑制にも有効であるため０．１５％以上添加し、耐食性の向上効果と脱炭抑制効果とを得る。
一方０．４５％より多く添加すると熱間加工性が損なわれるため上限を０．４５％とする。
【００１９】
Ｎｉ：０．０５〜０．３０％
Ｎｉは耐食性を高める上で有効であり、またフェライト脱炭の抑制にも有効であるため０．０５％以上添加し、耐食性の向上効果と脱炭抑制効果とを得る。
一方０．３０％より多く添加するとコストが高くなるため、上限を０．３０％とする。
またＣｕとＮｉとを複合（Ｃｕ＋Ｎｉ≧０．２０％）して加えることによりフェライト脱炭を抑制し、本発明の意図した効果が得られるばかりでなく、遅れ破壊強度劣化を抑制する効果も得られる。
【００２０】
Ｃｒ：０．１０〜０．３０％
Ｃｒは焼入れ性の調整に有効であるが、０．１０％未満では焼入れ性の向上効果が得られないため０．１０％以上とする。
一方０．３０％を超えると圧延後に硬くなり過ぎ、加工性を損なうため上限を０．３０％とする。
【００２１】
Ｏ：≦０．００１２％
Ｏを多量に含有すると酸化物系の介在物が発生し、大気疲労特性及び腐食疲労強度を低下させるため上限を０．００１２％とする。
【００２２】
Ｖ：≦０．２０％
Ｖは結晶粒微細化に有効であり、析出硬化に寄与し耐へたり特性を向上させる。但しＶの炭化物は鋼表面で局部電極となり腐食ピットを形成し、亀裂破壊の起点となるため０．２０％以下とする。また０．２０％を超えると圧延後に硬くなり過ぎ加工性を損なう。
【００２３】
Ｎｂ：０．０２０〜０．０５０％
Ｎｂは結晶粒微細化に有効であり、析出硬化に寄与し耐へたり特性を向上させる。結晶粒を微細にし、耐へたり特性を向上させるため０．０２０％以上含有させる。一方０．０５０％を超えるとその効果は飽和するだけでなく、熱間及び冷間加工性を低下させるため、上限を０．０５０％とする。
【００２４】
Ｔｉ：０．０３０〜０．０７０％
Ａｌ：０．０１０〜０．０４０％
Ｎｂと同様、Ｔｉ，Ａｌは結晶粒微細化に有効であり、析出硬化に寄与し耐へたり特性を向上させる。結晶粒を微細にし、耐へたり特性を向上させるためＴｉは０．０３０％以上、Ａｌは０．０１０％以上含有させる。
一方Ｔｉは０．０７０％、Ａｌは０．０４０％を超えるとその効果は飽和するだけでなく、熱間及び冷間加工性を低下させるため、上限をそれぞれＴｉは０．０７０％，Ａｌは０．０４０％とする。
尚酸化物系の介在物を生成するため、酸素（Ｏ）を１２ｐｐｍ以下とするのが望ましい。
【００２５】
Ｎ：≦０．０１２％
ＮはＴｉＮ系の介在物を生成し、鋼の大気疲労特性及び腐食疲労強度を低下させるため０．０１２％以下とする。
【００２６】
Ｂ：０．０００５〜０．００３０％
Ｂは鋼の結晶粒界に優先析出し、Ｐ，Ｓの結晶粒偏析を防止し遅れ破壊強度を向上させる。この効果を得るためには０．０００５％以上が必要である。
一方０．００３０％を超えると結晶粒界にＢ構成物を形成し、焼入れ性を低減させ靭性を損なうため、上限を０．００３０％とする。
【００２７】
【実施例】
次に本発明の実施例を以下に具体的に詳述する。
表１に示す化学組成の鋼を溶製して腐食疲労強度試験用，耐へたり特性測定用，脱炭測定用の各試験体を製造した（表中比較例Ｎｏ．３３はＳＵＰ７）。
尚、腐食疲労強度試験用の試験体は実体ばねとし、以下の条件で且つ以下の形状で製造した。
【００２８】
圧延により製造した素材から線径１２．５ｍｍまで伸線加工し、その後熱間にて下記形状のコイルばねを成形した。
線径：１２．５ｍｍ
コイル径：１１０．０ｍｍ
自由高さ：３８２ｍｍ
有効巻き数：５．３９巻
そしてばね成形後、各コイルばねの硬さがＨＲＣ５２となるように焼入れ焼戻し処理を施し、更に疲労強度を向上させるためにショットピーニング及び耐へたり特性を確保するためにセッチングを施して実体ばねを製造し、試験体とした。
【００２９】
【表１】
2004010965.tif 000002
【００３０】
また腐食疲労強度試験は以下に示すように塩水噴霧，大気中加振，恒温恒湿槽放置を順に行ってこれを１サイクルとし、そしてこれを繰り返して試験体が破断した時点の大気中加振回数の合計を求めて評価を行った。
但し評価は表１の従来鋼の大気中加振回数を１．０として、これに対する比率で表した。
【００３１】
＜腐食疲労強度試験＞
▲１▼塩水噴霧
（５％ＮａＣｌ，３５℃×３０ｍｉｎ）
↓
▲２▼大気中加振
（３０００回，３０ｍｉｎ）
↓
▲３▼恒温恒湿槽放置
（２６℃，９５％×２３ｈｒ）
【００３２】
一方耐へたり特性（残留剪断歪み）の測定は、図１（Ｂ）に示す試験体１０を以下の条件で製造し、これを図１（Ａ）に示す重錘式捩りクリープ試験機１２を用いて測定することにより行った。
【００３３】
直径２０ｍｍの棒材から、図１（Ｂ）に示す形状の試験体１０を切り出し、試験体の硬さがＨＲＣ５２となるように焼入れ焼戻し処理を施して、試験体１０とした。
【００３４】
即ち８０℃の温度条件の下でアーム１４の基端に試験体１０の一端を固定する一方、アーム１４の先端に重錘１６を吊り下げ、７２時間後のアーム１４の先端の変位をダイヤルゲージ１８で計測することにより行った。
尚図中２０は試験片保持台であり、２２はジャッキである。
【００３５】
また表層部脱炭（フェライト脱炭）の測定は、次の条件で製造した試験体について、以下のようにＥＰＭＡ装置で線分析を行い評価した。
【００３６】
圧延用素材を加熱温度１２００℃，終止温度９５０℃，圧延後の冷却速度１℃／ｓｅｃの条件にて直径１３ｍｍの線材に圧延し、そしてこれよりサンプルを切り出して試験体とした。
そしてその横断面を鏡面研磨し、表層部分のＣ濃度分布をＥＰＭＡ装置にて測定した。
【００３７】
これらの結果が表１及び図２〜図４に併せて示してある。
尚、図２は表１で得られた結果に基づいてＣ量或いはＳｉ／Ｃ比と腐食疲労強度比との関係を、図３は同じく表１で得られた結果に基づいてＳｉ含有量或いはＳｉ／Ｃ比と耐へたり特性（残留剪断歪み）との関係を、更に図４はＣｕ＋Ｎｉ含有量と脱炭深さとの関係をそれぞれ表したものである。
【００３８】
図２（Ａ）及び表１に表れているように、Ｃ量については本発明の上限値である０．４８％超では腐食疲労強度比が１．０より低く、腐食疲労強度が低下するのに対し、Ｃ量を０．４８％以下に抑えることで、腐食疲労強度比が目標値である１．０以上となり、腐食疲労強度が良好であることが分る。
【００３９】
但し図２（Ｂ）に表れているように、Ｓｉ／Ｃ比が４．０より小さいと腐食疲労強度比は１．０よりも小さく十分でないこと、逆にＳｉ／Ｃ比を４．０以上にすることで腐食疲労強度比が１．０以上となり、腐食疲労強度が良好となることが分る。
【００４０】
一方耐へたり特性については、図３（Ａ）からＳｉ含有量を本発明の下限値である１．６％以上とすることで１．０×１０−３よりも良好となること、更にこの場合においてもＳｉ／Ｃ比が重要で（（Ｂ）参照）、Ｓｉ／Ｃ比を４．０以上とすることで、耐へたり特性が良好となることが分る。
【００４１】
図４は脱炭深さに対するＣｕ＋Ｎｉ含有量の影響を示したもので、この図４に表れているように、Ｃｕ＋Ｎｉ含有量を多くすることで脱炭深さは小さくなっている。即ちフェライト脱炭が抑制される傾向にあることが分る。
【００４２】
但しＳｉ含有量が本発明の上限値である２．８％よりも多い３．０％のものの場合、Ｃｕ＋Ｎｉ含有量の増加につれて脱炭深さは小さくなっているものの、全体のレベルは従来鋼のもの（４８μｍ）に比べて脱炭深さが深く、不十分なものとなっている。
【００４３】
これに対しＳｉ含有量が本発明の範囲内にあるものについては、Ｃｕ＋Ｎｉ含有量を０．２０％以上とすることで脱炭深さが従来鋼のそれに比べて小さく、またその脱炭深さはＣｕ＋Ｎｉ含有量を０．２０％よりも多くしてもその効果はほぼ０．２０％で飽和し、Ｃｕ＋Ｎｉ含有量が０．２０％以上の範囲内で脱炭深さが何れも良好な値を示していることが分る。
【００４４】
また表１の発明例Ｎｏ．１９〜２３に示しているように、Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｎ，Ｂ等を本発明の範囲内で含有させることで、ばね鋼として必要な良好な特性が得られることが分る。
【００４５】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のばね鋼の耐へたり特性の測定に用いた試験機を試験体とともに示す説明図である。
【図２】本発明の実施例において得られたＣ含有量，Ｓｉ／Ｃ比と腐食疲労強度比との関係を表した図である。
【図３】本発明の実施例において得られたＳｉ含有量，Ｓｉ／Ｃ比と残留剪断歪みとの関係を表した図である。
【図４】本発明の実施例において得られたＣｕ＋Ｎｉ含有量と脱炭深さとの関係を表した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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