JPH0333775B2

JPH0333775B2 -

Info

Publication number: JPH0333775B2
Application number: JP58047260A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; Atsuyoshi Kimura; Yukio Ito; Kyoaki Nishigori
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-03-23
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1991-05-20
Also published as: JPS59173250A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、被切削性や被研削性等の被削性にす
ぐれた快削ばね用鋼に関するものである。従来、ばね用鋼としては、JIS SUP6、SUP7
などが使用されているが、このようなばね用鋼の
被削性を低下させる要因として、鋼中に介在する
硬質な巨大酸化物（Al₂O₃、SiO₂、Cr₂O₃等）お
よび炭窒化物（Nb（Ｃ、Ｎ）、Ｖ（Ｃ、Ｎ）、Zr
（Ｃ、Ｎ）が挙げられており、これらの介在物は
切削工具あるいは砥粒などをアブレツシブな機構
で摩耗させることはすでに知られているところで
ある。また、Ｓは鋼中でMnと結合してMnSを生
成し、鋼の被削性を向上させるのに有効である
が、このMnSは圧延あるいは鍛造等の塑性加工
によつてその加工方向に細長く展伸し、強度の異
方性をもたらすことが欠点とされてきた。したが
つて、MnSによる被削性の向上はあまり好まし
いものではないというのが実情である。一方、ばねの製造工程においては、テーパコイ
ルばね等に見られるピーリングマシンによる切削
加工や、トーシヨンバー等に見られるつこかみ部
がセレーシヨンあるいはスプラインである場合の
センター穴あけ、外径切削等の切削加工が伴うた
め、ばね用鋼の切削加工性の向上に対する要求は
極めて強いものがある。このことは、研削加工に
おいても同様である。しかしながら、従来のばね用鋼では、切削加工
性や研削加工性等の被削性が十分でなく、加工精
度や工具寿命さらには生産性等においてあまり好
ましくないという問題を有していた。本発明は、このような従来の問題点に着目して
なされたもので、鋼中に含まれるMnS等の硫化
物をTeの添加によつて熱間加工時に細長く展伸
せず球状になるようにし、強度の異方性を伴わず
して被削性を向上させたばね用鋼を提供すること
を目的とするものである。本発明による特許請求の範囲第１項の快削ばね
用鋼は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜
2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を含有
し、Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下でかつTe
（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を含み、
残部Feおよび不純物からなり、球状の硫化物が
均一に分散していることを特徴とするものであ
る。また、本発明による特許請求の範囲第２鋼の快
削ばね用項は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、
Si：1.0〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0
％を含有し、Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下で
かつTe（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を
含み、さらにAl：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、
Nb：0.01〜0.3％の１種または２種以上を含有し、
残部Feおよび不純物からなり、球状の硫化物が
均一に分散していることを特徴とするものであ
る。さらに、本発明による特許請求の範囲第３項の
快削ばね用鋼は、重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、
Si：1.0〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0
％を含有し、Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下で
かつTe（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を
含み、さらにPb：0.3％以下、Bi：0.3％以下、
Se：0.3％以下、Ca：0.01％以下の１種または２
種以上を含有し、残部Feおよび不純物からなり、
球状の硫化物が均一に分散していることを特徴と
するものである。さらにまた、本発明による特許請求の範囲第４
項の快削ばね用鋼は、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0
〜2.5％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を含有
し、Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下でかつTe
（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を含み、
さらにAl：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：
0.01〜0.3％の１種または２種以上、およびPb：
0.3％以下、Bi：0.3％以下、Se：0.3％以下、
Ca：0.01％以下の１種または２種以上を含有し、
残部Feおよび不純物からなり、球状の硫化物が
均一に分散していることを特徴とするものであ
る。次に、本発明による快削ばね用鋼の成分範囲
（重量％）の限定理由を説明する。Ｃ（炭素）；Ｃは、鋼の強度を高めるのに有効な元素であ
るが、0.40％未満ではばねとしての必要な強度
で得ることができず、0.75％を超えると網状の
セメンタイトが出やすくなり、ばねの疲労強度
が損われるので、0.40〜0.75％の範囲とした。 Si（けい素）； Siは、鋼の強度を向上し、ばねの耐へたり性
を向上させるのに有効な元素であるが、1.0％
未満ではばねとして必要な耐へたり性を得るこ
とができず、2.5％を超えると靱性が劣化する
ので、1.0〜2.5％の範囲とした。 Mn（マンガン）； Mnは、鋼の脱酸に有効であると共に鋼の焼
入性を向上させるのに有効な元素であり、この
ためには0.4％以上含有させることが必要であ
るが、1.0％を超えると焼入性が過大になつて
靱性を劣化すると共に焼入れ時の変形の原因と
なりやすいので、0.4〜1.0％の範囲とした。 Cr（クロム） Crは、高炭素鋼の脱炭および黒鉛化を防止
するのに有効な元素であるが、0.1％未満では
これらの効果を十分に期待することができず、
1.0％を超えると靱性が劣化するので、0.1〜1.0
％の範囲とした。Ｓ（いおう）、Te（テルル）Ｓは、鋼の被切削性や被研削性等の被削性を
改善する元素であり、Teと複合で含有させる
ことによつて被削性改善の効果をより一層向上
させることができる。しかし、多量に含有する
と鋼の熱間加工性および強度を低下させるの
で、0.4％以下とした。 Teは、Ｓを0.4％以下の範囲で含有する鋼に
おいて、鋼片の内部割れを抑制し、さらには
MnS等の硫化物を球状化して圧延や鍛造等の
塑性加工後に鋼の強度異方性が生ずるのを防止
すると共に回転曲げ疲労強度を増大させるのに
有効な元素である。そして、このような効果を
得るためには、Te（％）／Ｓ（％）が0.04以上
となる範囲でTeを含有させる必要がある。し
かし、Teを多量に含有させると鋼の熱間加工
性を害するので、0.16％以下でかつTe（％）／
Ｓ（％）が0.4以下となる範囲とした。 Al（アルミニウム）、Ｖ（バナジウム）、Nb（ニオ
ブ）； Al、Ｖ、Nbは、低温圧延時の結晶粒微細化
効果が大きく、ばね特性の向上および信頼性の
増大を得ることができ、また、Ｖ、Nbは焼入
れ焼もどし時の折出硬化にも寄与する。したが
つて、使用目的に応じて前記成分のほかに、
Al、Ｖ、Nbの１種または２種以上を含有させ
ることもよい。このとき、Alについては、0.01
％未満では結晶粒微細化の効果が小さく、0.1
％を超えると地疵発生の原因となるので、0.01
〜0.1％の範囲とした。また、Ｖについては、
0.03％未満では上記した結晶粒微細化および析
出硬化の効果があまり期待できず、0.3％を超
えると製鋼上の取扱いが困難となるので、0.03
〜0.3％の範囲とした。さらに、Nb（Nb＋Ta
でも可）については、0.01％未満では結晶粒微
細化および析出硬化の効果があまり期待でき
ず、また焼入加熱時の結晶粒粗大化をおさえる
効果が十分得られず、0.3％を超えると造塊時
に炭化物（NbC）がストリンガー状に生成し、
これが通常の分塊圧延時に溶体化せず、また後
の熱処理で溶解しにくく、製品としてのばね特
性を低下させるので、0.01〜0.3％の範囲とし
た。 Pb（鉛）、Bi（ビスマス）、Se（セレン）、Ca（カル
シウム）； Pb、Bi、Se、Caは、いずれも鋼の被削性を
さらに改善するのに有効な元素であるので、使
用目的等に応じてこれらの１種または２種以上
を含有させる。しかし、多量に含有すると、鋼
の疲労強度および熱間加工性を低下するので、
Pbは0.3％以下、Biは0.3％以下、Seは0.3％以
下、Caは0.01％以下におさえる必要がある。なお、Ｏ（酸素）は酸化物系の介在物を生成し、
これが疲労破壊の起点となることがあるので、、
使用目的等によつてはその上限を0.0015％以下に
おさえることも望ましい。また、Ｂ（ボロン）は
鋼の焼入性を増大させるのに有効な元素であるの
で、太径ばね等使用目的によつては0.0005〜0.01
％の範囲で添加するのもよい。そして、このような成分のばね用鋼を製造する
に際しては、あらかじめ炉または取鍋内で鋼の基
本成分およびＳを所定含有量に調整した溶鋼に脱
ガス処理を施し、必要に応じて前記Al、Ｖ、Nb
を添加した後、取鍋またはタンデイツシユ等の容
器内で溶鋼中に非酸化性ガスを導入して強制撹拌
することにより大型非金属介在物を浮上分離さ
せ、さらに撹拌中の溶鋼中または注湯中の溶鋼流
内にTeおよび必要に応じて選択されたPb、Bi、
Se、Caの１種以上を添加して均一に分散させる
ようにし、圧延、鍛造等の塑性加工後においても
球状の硫化物が均一に分散した組織が得られるよ
うにする。なお、この製造方法において行われる脱ガス処
理としては、DH法やRH法など、従来既知の方
法が採用される。そして、このような溶鋼の脱ガ
ス処理および非酸化性ガスによる溶鋼の強制撹拌
によつて、鋼の被削性およびばね強度に有害な大
型介在物を十分に浮上分離させることが可能とな
り、ばね特性およびその信頼性を著しく高めるこ
とが可能となる。さらに、撹拌中の溶鋼内または
注湯・注型中の溶鋼流内にTeおよび必要に応じ
てPb、Bi、Se、Caを添加することによつて、こ
れらの添加歩留りを著しく向上させることが可能
になると同時に、均一な分散が可能となり、ばね
特性およびその信頼性の向上に大きく貢献する。以下、実施例および比較例によつて本発明をさ
らに詳細に説明する。まず、アーク炉で溶解を行つて鋼の化学成分の
うちTe、Pb、Bi、Se、Caを除く他の合金成分を
所定量に調整し、次いで溶鋼を真空脱ガス処理容
器に移して真空脱ガス処理を行い、必要に応じて
この時Al、Nb、Ｖを添加し、その後、底部にポ
ーラスプラグを設けた取鍋内に溶鋼を移し、ポー
ラスプラグを通して非酸化性ガスを溶鋼中に吹込
んで強制撹拌を行いつつTeを溶鋼中のＳ量に応
じてTe（％）／Ｓ（％）の値が0.04以上0.4以下と
なるように添加し、さらに、Pb、Bi、Se、Caを
添加する場合には、上記Teの添加に合わせてこ
れらの１種以上を所定量添加した。なお、Al、
Ｖ、Nb、Pb、Bi、Se、Caは、真空脱ガス処理
後、ガス吹込装置を有する取鍋内に移す際の溶鋼
流中に添加しても良い。次いで、上記の溶鋼を
各々下注法により2.5ton鋼塊に製造した。次に各
鋼塊を1260℃の温度で十分にソーキングを施した
後分塊圧延し、その後ビレツト加熱温度：930〜
980℃、最終圧延ロールでの圧延温度：900℃以
下、最終圧延ロールでの圧下率：５％以上となる
ような熱間圧延を行い、圧延後のAr₁変態点まで
の冷却を30℃／min以上の冷却速度とする制御圧
延を行つて、硫化物の形状を球状化し、この球状
の硫化物が均一に分散したばね用鋼材を製造し、
このばね用鋼材から供試材を採取した。第１表は、各供試材の化学成分を示すものであ
る。なお、第１表中において、No.14はタンデイツ
シユを介して480×370mmの鋳型に0.5〜0.6ｍ／
minの引抜き速度で連続的に鋳造し、ソーキング
処理後熱間圧延したものである。次に、各供試材について硫化物の形状を調べる
ために、一定の顕微鏡視野内で、硫化物の長径Ｌ
（μ）が10μ以上のものについてその長さＬと短
径Ｗ（μ）とを測定し、長短径比Ｌ／Ｗが５以下
である硫化物が測定した硫化物中に占める割合
（百分率）を調べた。この結果を同じく第１表に
示す。第１表に示すように、比較鋼ではいずれも
15％以下であり、長短径比が５を超えるものすな
わち球状化していない細長い硫化物の量がかなり
多いことがわかつた。これに対して本発明鋼では
すべて80％を超えており、長短径比が５以下であ
る硫化物が大部分を占めており、このことは本発
明鋼の硫化物が実質的に球状であることを示して
おり、強度の異方性を殆ど生じないものとなつて
いることがわかつた。また、各供試材の巨大酸化物および炭窒化物量
を調べるために、一定の顕微鏡視野内で巨大酸化
物および炭窒化物の占める面積百分率を測定し
た。この結果を同じく第１表に示す。第１表に示
すように、本発明鋼は比較鋼に比べて巨大酸化物
および炭窒化物の量が著しく少ないことが明らか
であり、ばね特性の向上ならびに信頼性の増大を
実現しうるものとなつていることがわかつた。こ
のことは、溶鋼に対する脱ガス処理および非酸化
性ガスによる強制撹拌の効果を顕著に示すもので
ある。

【表】

【表】次に、各供試材の被切削性を調べるために、そ
のれぞれ球状化焼まなしを施した直径11mmの試験
片を用いて第２表に示す切削条件で自動旋盤加工
を行つた。その結果を第３表に示す。この被切削
性の評価は、500個切削時の工具逃げ面摩耗を測
定することにより行つたが、第３表に示すよう
に、本発明鋼は比較鋼に比べていずれも摩耗が少
なく、被切削性に優れていることが明らかであ
り、ＳおよびTeの添加効果、さらにはPb、Bi、
Se、Caの添加効果が明らかである。さらに、各供試材の被研削性を調べるために、
上記被切削性試験を行つた後の各供試材に対し
て、第４表に示す研削条件のもとで研削加工を行
い、研削時の消費電力を測定した。この結果を第
３表に示す。第３表に示すように、本発明鋼は比較鋼に比べ
て全般的に研削消費電圧が小さくなつており、被
研削性にも優れていることが明らかである。さらにまた、各供試材の疲れ強さを調べるため
に、直径11mmの試験片を用意してこれら各試験片
に球状化焼なましを施した後切削加工し、その後
焼入れ焼もどしを行つて試験片の硬さをH_RC45〜
48に調整し、次いで各供試材に対して小野式回転
曲げ疲労試験機により疲労試験を行つた。その結
果を第３表に併記する。第３表に示すように、本
発明鋼では比較鋼に比べて大幅な強度劣化は認め
られず、ＳおよびTeの添加、さらにはPb、Bi、
Se、Caの添加による強度的な不具合はないこと
が明らかとなつた。

【表】

【表】以上説明してきたように、本発明による快削ば
ね用鋼では、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5％、
Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を基本成分とし
て含有する鋼に、Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以
下でかつTe（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の
量を含有させ、使用目的に応じて、ばね特性の向
上および信頼性の増大をより一層はかるために
Al、Ｖ、Nbの１種以上を含有させ、さらには被
削性をより一層改善するために、Pb、Bi、Se、
Caの１種以上を含有させるようにしたから、鋼
中に含まれるMnS等の硫化物をTeの添加によつ
て熱間加工時に細長く展伸せず球状となるように
することができ、強度の異方性を生ずることなく
被切削性や被研削性等の被削性を著しく向上する
ことが可能であり、ピーリングマシンによる切削
加工やトーシヨンバーつかみ部のセンター穴加工
あるいは研削加工などを精度良くかつ高能率で行
うことができ、工具寿命の延長ならびに生産性の
向上等をはかることができるという著しく優れた
効果を有する。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を含有し、
Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下でかつTe
（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を含み、
残部Feおよび不純物からなり、球状の硫化物が
均一に分散していることを特徴とする快削ばね用
鋼。２重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を含有し、
Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下でかつTe
（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を含み、
さらにAl：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：
0.01〜0.3％の１種または２種以上を含有し、残
部Feおよび不純物からなり、球状の硫化物が均
一に分散していることを特徴とする快削ばね用
鋼。３重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を含有し、
Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下でかつTe
（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を含み、
さらにPb：0.3％以下、Bi：0.3％以下、Se：0.3
％以下、Ca：0.01％以下の１種または２種以上を
含有し、残部Feおよび不純物からなり、球状の
硫化物が均一に分散していることを特徴とする快
削ばね用鋼。４重量％で、Ｃ：0.40〜0.75％、Si：1.0〜2.5
％、Mn：0.4〜1.0％、Cr：0.1〜1.0％を含有し、
Ｓ：0.4％以下、Te：0.16％以下でかつTe
（％）／Ｓ（％）が0.04以上0.4以下の量を含み、
さらにAl：0.01〜0.1％、Ｖ：0.03〜0.3％、Nb：
0.01〜0.3％の１種または２種以上、およびPb：
0.3％以下、Bi：0.3％以下、Se：0.3％以下、
Ca：0.01％以下の１種または２種以上を含有し、
残部Feおよび不純物からなり、球状の硫化物が
均一に分散していることを特徴とする快削ばね用
鋼。