(57)【要約】【課題】弁ばね用鋼線材の製造に際し、工程の簡略化を計ると共に設備の運転、維持費用が安価で済み、生産性が高くしかも耐疲労性などの品質に優れた製品を安定して製造しうる方法を提供すること。【解決手段】弁ばね用鋼線材を、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬して前記鋼腺材の地鉄表面層を化学的切削により除去し、しかる後に軟化焼鈍、酸洗を施して伸線を行ない、さらに焼入れ焼戻しを行なうことを特徴とする弁ばね用鋼線材の製造方法。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ばね用鋼線材を、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬して前記鋼線材の地鉄表面層を化学的切削により除去し、しかる後に軟化焼鈍、酸洗を施して伸線を行ない、さらに焼入れ焼戻しを行なうことを特徴とする弁ばね用鋼線材の製造方法。
【請求項２】
弁ばね用鋼線材を、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬して前記鋼線材の地鉄表面層を化学的切削により除去し、しかる後に軟化焼鈍、酸洗を施して伸線を行なうことを特徴とする弁ばね用鋼線材の製造方法。
【請求項３】
前記地鉄表面層の溶解除去深さが０．０３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の弁ばね用鋼線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用などのエンジンに用いられる弁ばねの素材として適した耐疲労性などの品質に優れた弁ばね鋼線材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の弁ばね鋼線材は一般に図４の上段に示す工程により製造されている。すなわち、常法により溶製、鋳造および圧延して得られた例えばＳＡＥ９２５４に規定される組成を有する直径６．４〜９．０ｍｍの圧延材を焼鈍後、シェービング（ＳＶ）を行って脱炭層や表面傷を除去する。そして軟化焼鈍としての鉛パテンティング（ＬＰ）等の行い、鋼全体の組織を微細かつ均一なパーライト組織として伸線性と強度を付与し、さらに酸洗いにより前の熱処理で生成したスケールを取り除く。次いで、潤滑効果を上げるべく燐酸塩皮膜や石灰皮膜を表面につける皮膜処理をした後、７０％前後の伸線率で伸線を施して製品の寸法に加工し、最後にオイルテンパー処理を行って機械的性質を調整し、弁ばね鋼線材の製造が終了することになる。なお、鉛パテンティング（ＬＰ）の代わりに、鋼線材の表面を軟化する目的で誘導高周波加熱（ＩＨ）や低温焼きなまし（ＬＡ）を採用することもある。
【０００３】
また、このようにしてワイヤメーカによって製造された弁ばね鋼線材は、ばねメーカによりコイリング、ブルーイング、窒化処理、ショットピーニング、歪取焼鈍およびセッチングなどの各工程を経て、最終製品としての弁ばねとなる。
【０００４】
ところで、前記シェービング工程は、前工程の履歴のなかでなんらかの理由により、線材の地鉄表面に脱炭層（フェライト脱炭層層）や表面傷などの異常が生じた場合を想定して設けられたものである。周知のように脱炭層や表面傷など地鉄表層部の異常（以下、異常層という）は弁ばねの重要な要求性能である疲労特性（疲労強度）に悪影響を与えるもので、これを排除することが製法上必須となる。この工程のライン上にはシェービング装置が装備されており、弁ばね鋼線材を同装置の皮むきダイスを通して０．３ｍｍ前後に亘ってその地鉄表層部を強制的に削り取り、これによって上記異常層を一緒に除去する作業となる。また、こうしたシェービング加工を容易にするため、前もって焼鈍炉により線材表面を軟化させているのが通常である。
【０００５】
しかしながら、こうした従来の弁ばね用鋼線材の製造においては、シェービング装置の駆動に大きな動力を消費するともに、皮むきダイスを頻繁に交換する必要があり、また、事前の焼鈍工程も必要となる。さらに、シェービング工程においては時としてダイスの焼きつきなどによるトラブルが生じ、製品不良を起こすことがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の弁ばね用鋼線材の製造では、設備の運転、維持費用が嵩み、生産性が低いと共に、耐疲労性などの品質確保の意味でも不十分な方法と言わざるを得なかった。
【０００７】
本発明はかかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、弁ばね用鋼線材の製造に際し、工程の簡略化を計ると共に設備の運転、維持費用が安価で済み、生産性が高くしかも耐疲労性などの品質に優れた製品を安定して製造しうる方法を提供することをその課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決する手段として、請求項１にかかる本発明は、弁ばね用鋼線材を、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬して前記鋼腺材の地鉄表面層を化学的切削により除去し、しかる後に軟化焼鈍、酸洗を施して伸線を行ない、さらに焼入れ焼戻しを行なうことを特徴とする弁ばね用鋼線材の製造方法を提案するものである。
【０００９】
また、請求項２にかかる本発明は、弁ばね用鋼線材を、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選択される強酸液に浸漬して前記鋼腺材の地鉄表面層を化学的切削により除去し、しかる後に軟化焼鈍、酸洗を施して伸線を行なうことを特徴とする弁ばね用鋼線材の製造方法を提案するものである。
【００１０】
さらに、請求項３にかかる本発明は、前記地鉄表面層の溶解除去深さが０．０３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の弁ばね用鋼線材の製造方法を提案するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容についてその特徴的な部分を中心により詳細且つ具体的に説明して行くことにする。
本発明者等は弁ばね用鋼線材の地鉄の表面に生成した脱炭層や表面傷などの異常層を、従来のシェービング工程による機械的な切削によらずに既存の設備や工程を利用しつつ比較的簡単に且つ効果的に除去する方法を鋭意研究・検討を行った。
【００１２】
その結果、前述した酸洗い工程における酸洗設備を活用して前記異常層を化学的に溶削できるではないかとの着想を得た。このような着想に基づいて各種の溶液を用いて実験を重ねたところ、特定の強酸溶液中に鋼線材を一定時間浸漬処理することすなわち強酸溶液による化学的切削により、この異常層が比較的容易に溶解、除去されることを確認し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１３】
すなわち、この強酸溶液とは、請求項に記載した如く、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選ばれる強酸に水を適量加えた溶液である。硝酸溶液は１０％以上の硝酸、弗硝酸溶液は硝酸１０％以上で且つ弗酸２％以上、弗硫酸溶液は硫酸１０％以上で且つ弗酸２％以上で構成されたものを指す。
【００１４】
ところで、発明者等の調査の結果から、前述の脱炭層や傷を含んだ異常層は鋼線材の地鉄表面から０．０２〜０．０５ｍｍの深さに及ぶものであることが判明した。従って、本発明における上記の強酸溶液による化学的切削はこれらの異常層を確実に地鉄から消失させるまで継続して実施するものである。そして具体的には地鉄表面から少なくとも０．０３ｍｍ以上、好ましくは０．０５ｍｍ以上の深さに亘って表面層が溶解除去されるまでこれを継続して行なう。勿論、必要以上に深く表面層を削除すれば鋼線材の歩留まりロスが増大するため、削除される上記深さが１ｍｍを超えるまでに処理を終了させることが好ましい。
【００１５】
また、こうして異常層を削除するための、具体的な処理時間は、強酸溶液の前記濃度や処理温度にもよるが、通常は２分以上を必要とする。
更に、異常層をより完全に無くするにはできれば５分以上継続して処理することが望ましい。ちなみに、従来の酸洗ではスケール等の除去を目的としていることから長くてもせいぜい１分程度で処理を終えており、たとえ本発明で用いる同じ強酸液を使って処理を行った場合でも異常層を取り除くことは不可能である。また、あまり長時間に亘り本処理を継続することも前記のように溶解除去深さが１ｍｍを超えてしまい歩留まりロスを招くことになり、更に生産性を阻害することにもなることから望ましいとはいえない。従って、通常は１５分以下好ましくは１０分以下の処理とすることが良い。勿論、異常層が１ｍｍ前後に達している場合にはこの限りではない。なお、これらの適用に当たっては、従来の酸洗工程と同様にしてコイル状の線材の形態で浸漬処理すれば良い。また、一定時間、強酸溶液に鋼線材を浸漬した後にこれを引き上げて水洗し、再度浸漬して処理する方法を採用することも効率を上げる意味で推奨される。
【００１６】
さて、本発明による全体の製造工程についてその概要を図１を参照しながら説明する。
先ず、常法により、弁ばね用として溶製、成分調整された溶鋼を連続鋳造してビレットとし、これを熱間圧延して直径６．４〜９．０ｍｍの鋼線材とする。なお、成分（重量％）は下記のようなＳＡＥ９２５４に相当するシリコンクロム鋼が好ましいが、クロムヴァナジウム鋼やマンガンクロムボロン鋼など弁ばね用として適用しうるものであればいかなる成分の鋼でもよい。
Ｃ：０．５１〜０．５９％、Ｓｉ：１．２０〜１．６０％、Ｍｎ：０．６０〜０．９０％、Ｐ：０．０３５％以下Ｓ：０．０４０％以下、Ｃｒ：０，６０〜０．９０％
【００１７】
こうして得られたコイル状の圧延鋼線材を焼鈍することなく、従来、酸洗い工程で用いられている既設の酸洗槽に導き、硝酸、弗硝酸あるいは弗硫酸から選ばれる一種以上の強酸溶液に浸漬して、前記の脱炭層や表面傷などの鋼線材の地鉄表面層に存在する異常層を化学的に切削処理して、除去する。この化学的切削工程の詳細については前述した通りである。
【００１８】
次に、上記化学的切削を終えた鋼線材は鉛パテンティング（ＬＰ）を行って、全体の組織を完全パーライト化し、後の伸線工程における優れた伸線性と強度を付与する。ところで、前述の通り、この鉛パテンティングの代わりに、従来は鋼線材の表面を軟化する目的で誘導高周波加熱（ＩＨ）や低温焼きなまし（ＬＡ）を採用する場合があると述べたが、本発明によればシェービング工程（ＳＶ）がなくなるため、鋼線材の表面が硬化する現象も生じないことから、これらの工程を省略することが可能となる。
次いで、鉛パテンティング（ＬＰ）の熱処理によって、鋼線材表面に生成したスケールを除去するため、酸洗槽にて硫酸あるいは塩酸溶液により酸洗いを行う。
【００１９】
そして、従来と同様にして皮膜処理を施して、表面潤滑を行った後、伸線ダイスが組み込まれた伸線装置を通して直径５．１〜７．３ｍｍの製品サイズに伸線加工を行う。
【００２０】
伸線加工による加工熱によりオーストナイト化（γ化）した鋼線材は、やはり従来と同じくコイルから線状に巻き出してオイルテンパー設備に連続的に供給され、ここで油冷による焼入れを行い、引き続き鉛浴などを使用して焼き戻しを実施して弁ばね用鋼線材としての最終的な特性を付与、調整して製品すなわちオイルテンパー線とするものである。
【００２１】
以上、本発明に係る弁ばね用鋼線材の製造工程についてオイルテンパー線を対象とした場合について説明したが、いわゆる硬引線にも本発明を有効に適用することができる。硬引線の製造にあってはオイルテンパー線の場合における最後の工程である上記伸線加工後の焼入れ、焼き戻し工程が省略されるだけで他の工程は同じである。従って、硬引線はオイルテンパー線に比べて疲労強度などの性能面に劣るが安価に製造きるメリットがあり、用途によっては好んで使用されている。
【００２２】
（実施例）
以下に本発明に係る実施例（試験例）を挙げ、その優れた効果を明確にする。
常法により、弁ばね用として溶製、成分調整された溶鋼を連続鋳造してビレットとし、これを熱間圧延して得られた下記成分（重量％）を有する直径１５．５６ｍｍ（長径と短径の平均値）の鋼線材を試験材とした。
【００２３】
試験材；ＳＡＥ９２５４
Ｃ：０．５８％、Ｍｎ：０．７％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、
Ｃｕ：０．０１％、Ｎｉ：０．０２％、Ｃｒ：０．６８％、
Ｍｏ：０．０１％、Ａｌ：０．００２％、Ｔｉ：０．０００６％、
Ｎ：０．００４５％、Ｏ：０．００２４％
【００２４】
そして、この試験材を脱炭試験したところ、その地鉄表層部に０．０２ｍｍの深さ（層厚）に亘って図２（Ａ）の最表面の白色部に示されるように脱炭層が形成されていることが確認された。また、同試験材の地鉄表層部を観察した結果、図３（Ａ）の最表面の黒色の凹凸に示される如く、大きいもので０．０３ｍｍの深さに至るしわ傷が存在していることも判明した。
【００２５】
そこで、この試験材を用いて本発明による化学的切削処理を行った。すなわち、試験材を第１の酸洗槽に入れて、弗硫酸溶液（弗酸：３〜４％、硫酸：１５〜１８％、残部水、液温：４４．３℃）に５分浸漬した。ついで、第１の酸洗槽から試験材を引き上げて第２の酸洗槽にこれを移して、シャワー水により水洗した後、同じ濃度の弗硫酸溶液（弗酸：３〜４％、硫酸：１５〜１８％、残部水、液温：４６．８℃）に再び浸漬した。さらに、第１の酸洗槽に戻して低濃度の弗硫酸溶（弗酸：１％、硫酸：２％、残部水、液温：２９．９℃）に５分浸漬した後、これを引き上げて最後にシャワー水により水洗を行った。なお、本処理では短時間で従来のシェービングと同程度（０．３ｍｍ）の深さを除去するねらいから、高濃度の弗硫酸溶液を用いた。そして、この高濃度弗硫酸溶液による処理を２回に分け、その間に水洗を挟み、さらに低濃度弗硫酸溶液により処理して水洗するという３段階処理を採用した。これは、高濃度の溶液により処理した場合、弗硫酸による化学的切削が急激に且つ局部的に進行することになり、弗硫酸の劣化する一方で、目的とする深さまでの地鉄表面の均一な溶解、除去が困難になるからである。
【００２６】
こうして、化学的切削処理を行った試験材の直径を測定したところ１５．２９ｍｍであり、処理前の径と比較して０．２７ｍｍ小さく、この厚さの分だけ地鉄表層部が溶解除去されていることが分かった。すなわち、このことは処理前の地鉄表層部に認められた前記の０．０２ｍｍの深さに亘る脱炭層および０．０３ｍｍの深さに至るしわ傷が完全に除去されたことを意味する。
【００２７】
そして、実際に処理後のこれら異常層の除去の状態を確認するために表面の状況を顕微鏡により観察した結果、図２（Ｂ）、および図３（Ｂ）に示されるように、脱炭層およびしわ傷ともに全て消失し、平滑な地鉄表面が現れていることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弁ばね用鋼線材の製造に際し、鋼線材の地鉄表層部に生成、残留した脱炭層や表面傷などの異常層を機械的なシェービングを用いることなく既設の酸洗い設備を利用して比較的容易に且つ確実に除去することができる。また、本発明によればシェービングの前の焼鈍も不要となるなど工程の簡略化を計ると共に設備の運転、維持費用が安価で済み、生産性を高く維持することができる。さらに本発明によれば、弁ばね用鋼線材として重要な耐疲労性などの品質に優れた製品を安定して製造することができるなど、本分野に優れた技術的貢献を果たすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる弁ばね用鋼線材および弁ばねの製造方法を示す工程図である。
【図２】実施例１の化学的切削処理前後での試験材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食有り、×１００）の状態を示す模式図である。
【図３】実施例１の処理前後での試験材幅方向における地鉄表面層の断面を観た顕微鏡写真（腐食無し、×１００）の状態を示す模式図である。
【図４】従来の弁ばね用鋼線材および弁ばねの製造方法を示す工程図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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