ばね用Ｎｉめっき鋼線およびその製造方法
【課題】耐熱性を向上させ、かつ、耐食性を付与した鋼線、特にばね用鋼線、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ばね用Ｎｉめっき鋼線は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、表面に、厚さが２μｍ以上であるＮｉめっき層が形成されている。ばね用Ｎｉめっき鋼線は、さらにＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含んでもよく、その場合、これらの含有量はそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％である。
【解決手段】ばね用Ｎｉめっき鋼線は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、表面に、厚さが２μｍ以上であるＮｉめっき層が形成されている。ばね用Ｎｉめっき鋼線は、さらにＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含んでもよく、その場合、これらの含有量はそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用Ｎｉめっき鋼線およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＩＳ Ｇ ３５２１に記載される硬鋼線およびＪＩＳ Ｇ ３５２２に記載されるピアノ線は、ばね用の鋼線として用いられており、冷間で引き抜き加工を行うことにより、優れた引張強さを示す。しかしながら、硬鋼線およびピアノ線は、高温環境では経時的に機械的強度を失う場合があり、そのため、耐熱性の面で信頼性が低い。また、腐食環境下では錆びが発生するため、耐食性の面で信頼性が低い。
【０００３】
硬鋼線およびピアノ線よりも耐熱性を高めたばね用鋼線として、例えば特許文献１のものが知られている。特許文献１の鋼線は、Ｓｉの含有量を０．５〜１．５重量％の範囲で増加させることで耐熱性を高めている。これにより、２００℃前後の高温環境では強度を維持できる。
【特許文献１】特許第３５３９８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の鋼線は、例えば３００℃を超える高温環境では強度が低下するため、十分な耐熱性を有しているとはいえない。また、耐食性に関しては従来品と変わらない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、耐熱性を向上させ、かつ、耐食性を付与した鋼線、特にばね用鋼線、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、表面に、厚さが２μｍ以上であるＮｉめっき層が形成されている。
【０００７】
本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、上記含有量のＣ、ＳｉおよびＭｎに加え、Ｃｒを含み、その含有量が０．０５〜１．５重量％に設定されているので、Ｃｒを含有しないばね用鋼線と比較して耐熱性を向上させることが可能である。また、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、表面に厚さ２μｍ以上のＮｉめっき層が形成されているので、裸のばね用鋼線と比較して耐食性を向上させることが可能である。このように、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、耐熱性および耐食性を備えたものである。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、ばね用Ｎｉめっき鋼線は、ＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含み、これらの含有量がそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％である。
【０００９】
この構成によれば、ばね用Ｎｉめっき鋼線は、上記含有量のＶおよびＮｉのうちの一方または両方を含んでいるので、耐熱性をさらに向上させることが可能である。
【００１０】
また、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線を製造する方法は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して製造された線材にパテンティング処理を施すステップと、前記パテンティング処理された前記線材に対して必要に応じて予備伸線加工を行った後、その表面にＮｉめっき処理を施すステップと、前記Ｎｉめっき処理された前記線材に仕上げ伸線加工を施して鋼線を製造するステップとを含み、前記伸線加工では、前記線材のＮｉめっき処理後における減面率が１０％以上に設定され、前記Ｎｉめっきの層厚は、前記伸線加工後に２μｍ以上となるように設定されている。
【００１１】
本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法によれば、線材のＮｉめっき処理後における減面率を１０％以上に設定し、また、Ｎｉめっき層の伸線加工後の層厚を２μｍ以上となるように設定することで、ばね用鋼線に、耐食性および光沢性を付与することが可能である。また、上記のように、上記含有率の組成成分により鋼線に耐熱性を付与することが可能である。さらに、含有量が０．０５〜０．２５％のＶおよび０．０５〜１．５％のＮｉの一方もしくは両方が必要に応じて用いられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線およびその製造方法によれば、耐熱性、耐食性および光沢性を備えたばね用鋼線を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る鋼線について詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態の鋼線は、ばね用鋼線であり、主要な組成成分として、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒを含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。また、ばね用鋼線は、表面に電気Ｎｉめっき層を有する。以下に、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの各含有率を重量％で示す。
Ｃ ：０．５〜０．８％
Ｓｉ：１．２〜２．５％
Ｍｎ：０．５〜１．５％
Ｃｒ：０．０５〜１．５％
【００１５】
ばね用鋼線は、上記の組成成分に加え、必要に応じて、ＶおよびＮｉのうちの一方または両方を含む。以下に、ＶおよびＮｉの各含有率を重量％で示す。
Ｖ ：０．０５〜０．２５％
Ｎｉ：０．０５〜１．５％
【００１６】
次に、各組成成分の含有率（重量％）を上記の範囲に規定した理由を示す。
【００１７】
Ｃ：０．５〜０．８％
Ｃは、ばね用鋼線として求められる強度を確保するために必須の元素であり、その強度確保のために、少なくとも０．５％以上必要である。一方、０．８％を超えると、パテンティング時に初析セメンタイトが生成しやすくなり、靭性、延性を低下させる。
【００１８】
Ｓｉ：１．２〜２．５％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として用いられる元素であり、また、パーライト中のフェライトに固溶して耐熱性を上げる効果を有するため、本実施形態のばね用鋼線では必須の元素である。耐熱性を上げるためには少なくとも１．２％以上添加することが必要である。一方、２．５％を超えると、靭性、延性が低下する。また、Ｓｉの過剰な添加は、パテンティング時に鋼線表層の脱炭を促進するため、ばねの疲労強度を低下させる。
【００１９】
Ｍｎ：０．５〜１．５％
Ｍｎは、製鋼時の脱酸剤として用いられる元素であり、また、焼入れ性と強度を向上させる効果を有するため、本実施形態のばね用鋼線では必須の元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．５％以上添加することが必要である。一方、１．５％を超えると、焼入れ性を必要以上に上げてしまうため、長時間のパテンティングが必要となり、また、ベイナイト等の過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２０】
Ｃｒ：０．０５〜１．５％
Ｃｒは、パーライト中のフェライトに炭化物や炭窒化物として析出することで耐熱性を上げ、また、パーライトのラメラ間隔を小さくすることで強度を上げる効果を有するため、本実施形態のばね用鋼線では必須の元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．０５％以上添加することが必要である。一方、１．５％を超えると、焼入れ性を必要以上に上げてしまうため、長時間のパテンティングが必要となり、また、ベイナイト等の過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２１】
Ｖ：０．０５〜０．２５％
Ｖは、パーライト中のフェライトに炭化物や炭窒化物として析出することで耐熱性を上げる効果を有する元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．０５％以上添加することが必要である。一方、０．２５％を超えると、パテンティング時に過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２２】
Ｎｉ：０．０５〜１．５％
Ｎｉは、焼入れ性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．０５％以上添加することが必要である。一方、１．５％を超えると、パテンティング時に過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２３】
本実施形態では、ばね用鋼線は、主に上記含有率のＳｉおよびＣｒの添加によって耐熱性が付与されると共に、電気Ｎｉめっき層によって耐食性および外観の光沢性が付与されている。
【００２４】
次に、ばね用Ｎｉめっき鋼線の製造工程について説明する。ばね用Ｎｉめっき鋼線は、以下の製造工程（Ａ）または（Ｂ）によって製造される。
・製造工程（Ａ）
鋼の溶製→熱間圧延→パテンティング処理→電気Ｎｉめっき処理→伸線加工
→ばね用鋼線の製造
・製造工程（Ｂ）
鋼の溶製→熱間圧延→パテンティング処理→予備伸線加工→電気Ｎｉめっき処理
→仕上げ伸線加工→ばね用鋼線の製造
【００２５】
製造工程（Ａ）では、まず、上記含有率のＣ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒを含む鋼を溶製し、その鋼を熱間圧延して所定の直径を有する線材を製造する。次に、線材に対してパテンティング処理を施し、その後、電気Ｎｉめっき処理を施す。この電気Ｎｉめっき処理により、線材の表面にＮｉめっき層が形成される。そして、Ｎｉめっき層を有する線材に対して伸線処理を施して所定の直径を有するばね用鋼線を製造する。伸線処理は、ばね用鋼線として求められる強度に応じた適切な伸線加工度で行われる。
【００２６】
伸線加工度の大きさによっては、伸線加工後の鋼線のＮｉめっき層が薄くなり、耐食性を確保することが困難となる場合がある。このような場合に製造工程（Ｂ）が適用される。製造工程（Ｂ）は、電気Ｎｉめっき処理の前に予備伸線加工を行う点で製造工程（Ａ）と異なる。予備伸線加工は、電気Ｎｉめっき処理前に所定の加工度で伸線処理を予め行う加工であり、予備伸線加工を行った分、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工の加工度を小さくできるので、Ｎｉめっき層の層厚が薄くなりすぎることを防止できる。
【００２７】
このように、ばね用Ｎｉめっき鋼線は、製造工程（Ａ）または（Ｂ）によって製造されるが、製造工程（Ａ）および（Ｂ）は、例えばＮｉめっき層の層厚、ばね用鋼線として求められる強度に応じて選択される。
【００２８】
また、伸線加工（仕上げ伸線加工）は、製造工程（Ａ）および（Ｂ）のどちらの場合であっても、電気Ｎｉめっき処理後に少なくとも１パス以上行うことが必要である。電気Ｎｉめっき処理を行っただけでは、Ｎｉめっき層の表面は粗いため、Ｎｉめっき層の層厚の精度は低く、耐食性を低下させる要因となる。また、Ｎｉめっき層に光沢性をもたせることは難しい。そこで、本実施形態では、Ｎｉめっき層の表面を平滑化することにより、耐食性および光沢性を確保している。Ｎｉめっき層の平滑化は、具体的には、伸線加工を、１０％以上の減面率で行うことにより行われる。つまり、伸線加工を、伸線処理前の線材の断面積が伸線処理後の線材の断面積と比較して１０％以上小さくなる断面減少率で行う。このように伸線加工された後のＮｉめっき層は、平滑化されて耐食性および光沢性を備えたものとなる。Ｎｉめっき層の層厚は、本実施形態では２μｍ以上となるように設定されている。
【００２９】
次に、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の耐熱性を評価するために行った実験およびその結果について、表１および図１を参照しながら説明する。
【００３０】
（耐熱性評価実験１）
この実験で用いた実施例１〜４および比較例１〜３の各組成成分を表１に示す。実施例１〜４および比較例１〜３のそれぞれは、製造工程（Ａ）によって製造した。具体的には、表１に示す組成成分の鋼を溶製し、直径５．５ｍｍの線材を熱間圧延により製造した。次に、各線材にパテンティング処理を施した。パテンティング処理では、オーステナイト化加熱温度を９３０℃とし、パーライト変態浴温度は、ベイナイトが生成されないように組成成分に応じて５３０〜６５０℃の範囲から選択した。パテンティング処理の後、各線材に電気Ｎｉめっき処理を施して、各線材の表面に厚さ約１５μｍのＮｉめっき層を形成した。この後、各線材に伸線加工を施して、直径１．８ｍｍのばね用鋼線（実施例１〜４および比較例１〜３）を製造した。伸線加工では、通常の連続伸線機と超硬合金製のダイスを使用した。また、伸線加工は、伸線加工後のＮｉめっき層の層厚が３μｍとなるように施された。
【００３１】
【表１】
【００３２】
伸線加工後の実施例１〜４および比較例１〜３に対して引張試験を実施した。線材をパテンティングした後の強度が実施例によって異なるため、伸線加工後の引張強さにも表１に示すような違いがみられた。
【００３３】
この耐熱性評価実験では、耐熱性を評価するために、実施例１〜４および比較例１〜３に対して、２５０〜５００℃の範囲内で２０分間のテンパー処理を行った後に引張試験を実施し、引張強さを比較した。その結果を図１に示す。
【００３４】
図１は、横軸がテンパー温度を示し、縦軸が引張強さを示すものである。図１から明らかなように、実施例１〜４は、３５０℃でテンパー処理されても処理前の引張強さと略同等またはそれ以上の引張強さを維持した。これにより、実施例１〜４は、ばね用鋼線として求められる耐熱性が期待できる。したがって、ばね用鋼線を二次加工して製造されるばねの耐へたり性の向上が期待できる。
【００３５】
また、実施例１〜４は、３５０℃を超える温度でテンパー処理されても、引張強さの低下は緩やかであった。テンパー処理後の引張強さは、実施例４、実施例３、実施例２、実施例１の順に低かった。実施例２および３は、実施例１の組成成分から見てＶを添加した分、実施例４は、実施例１の組成成分から見てＶおよびＮｉを添加した分、実施例１よりも引張強さが高く、耐熱性が向上していることが確認された。
【００３６】
これに対し、比較例１〜３のテンパー処理後の引張強さの低下は著しい。比較例１は、Ｓｉの含有率が本実施形態で規定される含有率よりも低く、Ｃｒを含んでいないため、テンパー処理後の引張強さの低下が最も著しい。比較例２は、比較例１よりもＳｉの含有率が高いが、Ｃｒを含んでいないため、テンパー処理後の引張強さの低下が著しい。比較例３は、Ｃｒの含有率が本実施形態で規定される範囲（０．０５〜１．５％）内にあるが、Ｓｉの含有率が小さいため、テンパー処理後の引張強さの低下が著しい。このような結果から明らかなように、比較例１〜３は実施例１〜５と比較して耐熱性が低い。この実験結果に基づき、本実施形態に係るばね用鋼線は、耐熱性の向上を図るために、Ｃｒを含有し、ＳｉおよびＣｒの各含有率が上記範囲に設定されている。
【００３７】
次に、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の耐熱性を評価するために行った他の実験およびその結果について、図２を参照しながら説明する。
【００３８】
（耐熱性評価試験２）
耐熱性評価試験２で用いた実施例５〜７は、表１に示す実施例２と同一の組成成分を有し、直径５．５ｍｍの線材を伸線加工して製造した鋼線であり、実施例５は伸線加工度が５２％に設定され、実施例６は伸線加工度が８１％に設定され、実施例７は伸線加工度が９０％に設定された。実施例５〜７に対し、２５０〜５００℃の範囲内で２０分間のテンパー処理を行った後に引張試験を実施し、引張強さを比較した。その結果を図２に示す。
【００３９】
図２に示すように、２５０℃のテンパー処理によってもたらされるひずみ時効による強度増加は、伸線加工度の大きい実施例７が最も大きく、伸線加工度の小さい実施例５が最も小さくなった。また、３００℃以上のテンパーによる強度減少は、伸線加工度の大きい実施例７が最も大きく、伸線加工度の小さい実施例５が最も小さくなった。結果的に、実施例５〜７は、いずれも３５０℃でテンパー処理された後も、処理前の引張強さと略同等またはそれ以上の引張強さを維持した。これにより、実施例５〜７は、製造工程における伸線加工度の大小によらず、ばね用鋼線として求められる耐熱性が期待できる。したがって、ばね用鋼線を二次加工して製造されるばねの耐へたり性の向上が期待できる。
【００４０】
次に、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の耐食性を評価するために行った実験Ｉ，ＩＩおよびその結果について、表２，３および図３，４を参照しながら説明する。
【００４１】
（耐食性評価実験Ｉ）
この実験Ｉでは、表２に示すように、電気Ｎｉめっき層の層厚を互いに異ならせた実施例８〜１１を用い、それらの実施例８〜１１に対して塩水噴霧試験を行って耐食性を比較した。実施例８〜１１は、表１に示す実施例１と同一の組成成分を有し、直径５．５ｍｍの線材を伸線加工して製造した直径１．８ｍｍの鋼線である。実施例８は、製造工程（Ａ）により製造され、Ｎｉめっき層の層厚が２μｍに設定され、実施例９は、製造工程（Ｂ）により製造され、Ｎｉめっき層の層厚が５μｍに設定され、実施例１０は、Ｎｉめっき層を有しておらず、実施例１１は、製造工程（Ａ）により製造され、Ｎｉめっき層の層厚が１μｍに設定された。
【００４２】
【表２】
【００４３】
図３は、塩水噴霧試験の結果を示すものであり、横軸が試験時間を表し、縦軸が赤錆発生面積率を表す。図３から明らかなように、本実施形態において規定される２μｍ以上のＮｉめっき層厚を有する実施例８および９は、優れた防錆効果を発揮した。特に、５μｍのＮｉめっき層厚を有する実施例９は、防錆効果が高い。これに対し、本実施形態において規定される層厚に満たない１μｍのＮｉめっき層厚を有する実施例１１は、２μｍのＮｉめっき層厚を有する実施例８よりも著しく防錆効果が低く、また、Ｎｉめっき層を有していない実施例１０と同程度に防錆効果が低いことが確認された。
【００４４】
この耐食性評価実験Ｉの結果に基づき、本実施形態のばね用Ｎｉめっき鋼線では、Ｎｉめっき層の層厚は、上記のように２μｍ以上に設定され、好ましくは５μｍ以上に設定されている。
【００４５】
（耐食性評価実験ＩＩ）
この実験ＩＩでは、表３に示すように、製造工程（Ｂ）の仕上げ伸線加工度、つまり減面率を互いに異ならせた実施例１２〜１５を用い、それらの実施例１２〜１５に対して塩水噴霧試験を行って耐食性を比較した。実施例１２〜１５は、表１に示す実施例１と同一の組成成分を有し、製造工程（Ｂ）に従って直径５．５ｍｍの線材から製造した直径１．８ｍｍの鋼線であり、実施例１２は、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工度が１０％に設定され、実施例１３は、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工度が２０％に設定され、実施例１４は、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工度が５％に設定された。また、実施例１５は、電気Ｎｉめっき処理後に仕上げ伸線加工を行ったものではなく、伸線加工後に電気Ｎｉめっき処理を行った鋼線である。なお、実施例１２〜１５のＮｉめっきの層厚は２μｍに設定された。
【００４６】
【表３】
【００４７】
図４は、塩水噴霧試験の結果を示すものであり、横軸が試験時間を表し、縦軸が赤錆発生面積率を表す。また、図４は、比較のため、表２の実施例８のデータも示している。図４に示すように、実施例１２，１３は、製造工程（Ａ）に従って製造された実施例８と同程度の耐食性を有することが確認された。一方、実施例１４，１５は、実施例１２，１３よりも著しく耐食性が劣ることが確認された。
【００４８】
この耐食性評価試験ＩＩの結果に基づき、本実施形態のばね用Ｎｉめっき鋼線では、仕上げ伸線加工度（減面率）は、１０％以上に設定される。
【００４９】
以上の説明から明らかな通り、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、Ｃｒを含み、Ｃｒの含有率を０．０５〜１．５％に設定し、Ｓｉの含有率を１．２〜２．５％に設定することで、十分な耐熱性を獲得し、また、Ｎｉめっき層の層厚を２μｍ以上に設定することで耐食性および光沢性を獲得した鋼線である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線のテンパー処理後の引張強さを示す図である。
【図２】伸線加工度を異ならせたばね用Ｎｉめっき鋼線のテンパー処理後の引張強さを示す図である。
【図３】電気Ｎｉめっき層の層厚を互いに異ならせたばね用鋼線の耐食性を示す図である。
【図４】仕上げ伸線加工度を互いに異ならせたばね用鋼線の耐食性を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばね用Ｎｉめっき鋼線およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＩＳ Ｇ ３５２１に記載される硬鋼線およびＪＩＳ Ｇ ３５２２に記載されるピアノ線は、ばね用の鋼線として用いられており、冷間で引き抜き加工を行うことにより、優れた引張強さを示す。しかしながら、硬鋼線およびピアノ線は、高温環境では経時的に機械的強度を失う場合があり、そのため、耐熱性の面で信頼性が低い。また、腐食環境下では錆びが発生するため、耐食性の面で信頼性が低い。
【０００３】
硬鋼線およびピアノ線よりも耐熱性を高めたばね用鋼線として、例えば特許文献１のものが知られている。特許文献１の鋼線は、Ｓｉの含有量を０．５〜１．５重量％の範囲で増加させることで耐熱性を高めている。これにより、２００℃前後の高温環境では強度を維持できる。
【特許文献１】特許第３５３９８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の鋼線は、例えば３００℃を超える高温環境では強度が低下するため、十分な耐熱性を有しているとはいえない。また、耐食性に関しては従来品と変わらない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、耐熱性を向上させ、かつ、耐食性を付与した鋼線、特にばね用鋼線、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、表面に、厚さが２μｍ以上であるＮｉめっき層が形成されている。
【０００７】
本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、上記含有量のＣ、ＳｉおよびＭｎに加え、Ｃｒを含み、その含有量が０．０５〜１．５重量％に設定されているので、Ｃｒを含有しないばね用鋼線と比較して耐熱性を向上させることが可能である。また、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、表面に厚さ２μｍ以上のＮｉめっき層が形成されているので、裸のばね用鋼線と比較して耐食性を向上させることが可能である。このように、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、耐熱性および耐食性を備えたものである。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態では、ばね用Ｎｉめっき鋼線は、ＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含み、これらの含有量がそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％である。
【０００９】
この構成によれば、ばね用Ｎｉめっき鋼線は、上記含有量のＶおよびＮｉのうちの一方または両方を含んでいるので、耐熱性をさらに向上させることが可能である。
【００１０】
また、本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線を製造する方法は、重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して製造された線材にパテンティング処理を施すステップと、前記パテンティング処理された前記線材に対して必要に応じて予備伸線加工を行った後、その表面にＮｉめっき処理を施すステップと、前記Ｎｉめっき処理された前記線材に仕上げ伸線加工を施して鋼線を製造するステップとを含み、前記伸線加工では、前記線材のＮｉめっき処理後における減面率が１０％以上に設定され、前記Ｎｉめっきの層厚は、前記伸線加工後に２μｍ以上となるように設定されている。
【００１１】
本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法によれば、線材のＮｉめっき処理後における減面率を１０％以上に設定し、また、Ｎｉめっき層の伸線加工後の層厚を２μｍ以上となるように設定することで、ばね用鋼線に、耐食性および光沢性を付与することが可能である。また、上記のように、上記含有率の組成成分により鋼線に耐熱性を付与することが可能である。さらに、含有量が０．０５〜０．２５％のＶおよび０．０５〜１．５％のＮｉの一方もしくは両方が必要に応じて用いられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るばね用Ｎｉめっき鋼線およびその製造方法によれば、耐熱性、耐食性および光沢性を備えたばね用鋼線を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る鋼線について詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態の鋼線は、ばね用鋼線であり、主要な組成成分として、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒを含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。また、ばね用鋼線は、表面に電気Ｎｉめっき層を有する。以下に、Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの各含有率を重量％で示す。
Ｃ ：０．５〜０．８％
Ｓｉ：１．２〜２．５％
Ｍｎ：０．５〜１．５％
Ｃｒ：０．０５〜１．５％
【００１５】
ばね用鋼線は、上記の組成成分に加え、必要に応じて、ＶおよびＮｉのうちの一方または両方を含む。以下に、ＶおよびＮｉの各含有率を重量％で示す。
Ｖ ：０．０５〜０．２５％
Ｎｉ：０．０５〜１．５％
【００１６】
次に、各組成成分の含有率（重量％）を上記の範囲に規定した理由を示す。
【００１７】
Ｃ：０．５〜０．８％
Ｃは、ばね用鋼線として求められる強度を確保するために必須の元素であり、その強度確保のために、少なくとも０．５％以上必要である。一方、０．８％を超えると、パテンティング時に初析セメンタイトが生成しやすくなり、靭性、延性を低下させる。
【００１８】
Ｓｉ：１．２〜２．５％
Ｓｉは、製鋼時の脱酸剤として用いられる元素であり、また、パーライト中のフェライトに固溶して耐熱性を上げる効果を有するため、本実施形態のばね用鋼線では必須の元素である。耐熱性を上げるためには少なくとも１．２％以上添加することが必要である。一方、２．５％を超えると、靭性、延性が低下する。また、Ｓｉの過剰な添加は、パテンティング時に鋼線表層の脱炭を促進するため、ばねの疲労強度を低下させる。
【００１９】
Ｍｎ：０．５〜１．５％
Ｍｎは、製鋼時の脱酸剤として用いられる元素であり、また、焼入れ性と強度を向上させる効果を有するため、本実施形態のばね用鋼線では必須の元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．５％以上添加することが必要である。一方、１．５％を超えると、焼入れ性を必要以上に上げてしまうため、長時間のパテンティングが必要となり、また、ベイナイト等の過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２０】
Ｃｒ：０．０５〜１．５％
Ｃｒは、パーライト中のフェライトに炭化物や炭窒化物として析出することで耐熱性を上げ、また、パーライトのラメラ間隔を小さくすることで強度を上げる効果を有するため、本実施形態のばね用鋼線では必須の元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．０５％以上添加することが必要である。一方、１．５％を超えると、焼入れ性を必要以上に上げてしまうため、長時間のパテンティングが必要となり、また、ベイナイト等の過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２１】
Ｖ：０．０５〜０．２５％
Ｖは、パーライト中のフェライトに炭化物や炭窒化物として析出することで耐熱性を上げる効果を有する元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．０５％以上添加することが必要である。一方、０．２５％を超えると、パテンティング時に過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２２】
Ｎｉ：０．０５〜１．５％
Ｎｉは、焼入れ性を向上させる効果を有する元素である。前記効果を得るためには少なくとも０．０５％以上添加することが必要である。一方、１．５％を超えると、パテンティング時に過冷組織が生成され易くなるため、伸線加工性が低下する。
【００２３】
本実施形態では、ばね用鋼線は、主に上記含有率のＳｉおよびＣｒの添加によって耐熱性が付与されると共に、電気Ｎｉめっき層によって耐食性および外観の光沢性が付与されている。
【００２４】
次に、ばね用Ｎｉめっき鋼線の製造工程について説明する。ばね用Ｎｉめっき鋼線は、以下の製造工程（Ａ）または（Ｂ）によって製造される。
・製造工程（Ａ）
鋼の溶製→熱間圧延→パテンティング処理→電気Ｎｉめっき処理→伸線加工
→ばね用鋼線の製造
・製造工程（Ｂ）
鋼の溶製→熱間圧延→パテンティング処理→予備伸線加工→電気Ｎｉめっき処理
→仕上げ伸線加工→ばね用鋼線の製造
【００２５】
製造工程（Ａ）では、まず、上記含有率のＣ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒを含む鋼を溶製し、その鋼を熱間圧延して所定の直径を有する線材を製造する。次に、線材に対してパテンティング処理を施し、その後、電気Ｎｉめっき処理を施す。この電気Ｎｉめっき処理により、線材の表面にＮｉめっき層が形成される。そして、Ｎｉめっき層を有する線材に対して伸線処理を施して所定の直径を有するばね用鋼線を製造する。伸線処理は、ばね用鋼線として求められる強度に応じた適切な伸線加工度で行われる。
【００２６】
伸線加工度の大きさによっては、伸線加工後の鋼線のＮｉめっき層が薄くなり、耐食性を確保することが困難となる場合がある。このような場合に製造工程（Ｂ）が適用される。製造工程（Ｂ）は、電気Ｎｉめっき処理の前に予備伸線加工を行う点で製造工程（Ａ）と異なる。予備伸線加工は、電気Ｎｉめっき処理前に所定の加工度で伸線処理を予め行う加工であり、予備伸線加工を行った分、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工の加工度を小さくできるので、Ｎｉめっき層の層厚が薄くなりすぎることを防止できる。
【００２７】
このように、ばね用Ｎｉめっき鋼線は、製造工程（Ａ）または（Ｂ）によって製造されるが、製造工程（Ａ）および（Ｂ）は、例えばＮｉめっき層の層厚、ばね用鋼線として求められる強度に応じて選択される。
【００２８】
また、伸線加工（仕上げ伸線加工）は、製造工程（Ａ）および（Ｂ）のどちらの場合であっても、電気Ｎｉめっき処理後に少なくとも１パス以上行うことが必要である。電気Ｎｉめっき処理を行っただけでは、Ｎｉめっき層の表面は粗いため、Ｎｉめっき層の層厚の精度は低く、耐食性を低下させる要因となる。また、Ｎｉめっき層に光沢性をもたせることは難しい。そこで、本実施形態では、Ｎｉめっき層の表面を平滑化することにより、耐食性および光沢性を確保している。Ｎｉめっき層の平滑化は、具体的には、伸線加工を、１０％以上の減面率で行うことにより行われる。つまり、伸線加工を、伸線処理前の線材の断面積が伸線処理後の線材の断面積と比較して１０％以上小さくなる断面減少率で行う。このように伸線加工された後のＮｉめっき層は、平滑化されて耐食性および光沢性を備えたものとなる。Ｎｉめっき層の層厚は、本実施形態では２μｍ以上となるように設定されている。
【００２９】
次に、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の耐熱性を評価するために行った実験およびその結果について、表１および図１を参照しながら説明する。
【００３０】
（耐熱性評価実験１）
この実験で用いた実施例１〜４および比較例１〜３の各組成成分を表１に示す。実施例１〜４および比較例１〜３のそれぞれは、製造工程（Ａ）によって製造した。具体的には、表１に示す組成成分の鋼を溶製し、直径５．５ｍｍの線材を熱間圧延により製造した。次に、各線材にパテンティング処理を施した。パテンティング処理では、オーステナイト化加熱温度を９３０℃とし、パーライト変態浴温度は、ベイナイトが生成されないように組成成分に応じて５３０〜６５０℃の範囲から選択した。パテンティング処理の後、各線材に電気Ｎｉめっき処理を施して、各線材の表面に厚さ約１５μｍのＮｉめっき層を形成した。この後、各線材に伸線加工を施して、直径１．８ｍｍのばね用鋼線（実施例１〜４および比較例１〜３）を製造した。伸線加工では、通常の連続伸線機と超硬合金製のダイスを使用した。また、伸線加工は、伸線加工後のＮｉめっき層の層厚が３μｍとなるように施された。
【００３１】
【表１】
【００３２】
伸線加工後の実施例１〜４および比較例１〜３に対して引張試験を実施した。線材をパテンティングした後の強度が実施例によって異なるため、伸線加工後の引張強さにも表１に示すような違いがみられた。
【００３３】
この耐熱性評価実験では、耐熱性を評価するために、実施例１〜４および比較例１〜３に対して、２５０〜５００℃の範囲内で２０分間のテンパー処理を行った後に引張試験を実施し、引張強さを比較した。その結果を図１に示す。
【００３４】
図１は、横軸がテンパー温度を示し、縦軸が引張強さを示すものである。図１から明らかなように、実施例１〜４は、３５０℃でテンパー処理されても処理前の引張強さと略同等またはそれ以上の引張強さを維持した。これにより、実施例１〜４は、ばね用鋼線として求められる耐熱性が期待できる。したがって、ばね用鋼線を二次加工して製造されるばねの耐へたり性の向上が期待できる。
【００３５】
また、実施例１〜４は、３５０℃を超える温度でテンパー処理されても、引張強さの低下は緩やかであった。テンパー処理後の引張強さは、実施例４、実施例３、実施例２、実施例１の順に低かった。実施例２および３は、実施例１の組成成分から見てＶを添加した分、実施例４は、実施例１の組成成分から見てＶおよびＮｉを添加した分、実施例１よりも引張強さが高く、耐熱性が向上していることが確認された。
【００３６】
これに対し、比較例１〜３のテンパー処理後の引張強さの低下は著しい。比較例１は、Ｓｉの含有率が本実施形態で規定される含有率よりも低く、Ｃｒを含んでいないため、テンパー処理後の引張強さの低下が最も著しい。比較例２は、比較例１よりもＳｉの含有率が高いが、Ｃｒを含んでいないため、テンパー処理後の引張強さの低下が著しい。比較例３は、Ｃｒの含有率が本実施形態で規定される範囲（０．０５〜１．５％）内にあるが、Ｓｉの含有率が小さいため、テンパー処理後の引張強さの低下が著しい。このような結果から明らかなように、比較例１〜３は実施例１〜５と比較して耐熱性が低い。この実験結果に基づき、本実施形態に係るばね用鋼線は、耐熱性の向上を図るために、Ｃｒを含有し、ＳｉおよびＣｒの各含有率が上記範囲に設定されている。
【００３７】
次に、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の耐熱性を評価するために行った他の実験およびその結果について、図２を参照しながら説明する。
【００３８】
（耐熱性評価試験２）
耐熱性評価試験２で用いた実施例５〜７は、表１に示す実施例２と同一の組成成分を有し、直径５．５ｍｍの線材を伸線加工して製造した鋼線であり、実施例５は伸線加工度が５２％に設定され、実施例６は伸線加工度が８１％に設定され、実施例７は伸線加工度が９０％に設定された。実施例５〜７に対し、２５０〜５００℃の範囲内で２０分間のテンパー処理を行った後に引張試験を実施し、引張強さを比較した。その結果を図２に示す。
【００３９】
図２に示すように、２５０℃のテンパー処理によってもたらされるひずみ時効による強度増加は、伸線加工度の大きい実施例７が最も大きく、伸線加工度の小さい実施例５が最も小さくなった。また、３００℃以上のテンパーによる強度減少は、伸線加工度の大きい実施例７が最も大きく、伸線加工度の小さい実施例５が最も小さくなった。結果的に、実施例５〜７は、いずれも３５０℃でテンパー処理された後も、処理前の引張強さと略同等またはそれ以上の引張強さを維持した。これにより、実施例５〜７は、製造工程における伸線加工度の大小によらず、ばね用鋼線として求められる耐熱性が期待できる。したがって、ばね用鋼線を二次加工して製造されるばねの耐へたり性の向上が期待できる。
【００４０】
次に、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線の耐食性を評価するために行った実験Ｉ，ＩＩおよびその結果について、表２，３および図３，４を参照しながら説明する。
【００４１】
（耐食性評価実験Ｉ）
この実験Ｉでは、表２に示すように、電気Ｎｉめっき層の層厚を互いに異ならせた実施例８〜１１を用い、それらの実施例８〜１１に対して塩水噴霧試験を行って耐食性を比較した。実施例８〜１１は、表１に示す実施例１と同一の組成成分を有し、直径５．５ｍｍの線材を伸線加工して製造した直径１．８ｍｍの鋼線である。実施例８は、製造工程（Ａ）により製造され、Ｎｉめっき層の層厚が２μｍに設定され、実施例９は、製造工程（Ｂ）により製造され、Ｎｉめっき層の層厚が５μｍに設定され、実施例１０は、Ｎｉめっき層を有しておらず、実施例１１は、製造工程（Ａ）により製造され、Ｎｉめっき層の層厚が１μｍに設定された。
【００４２】
【表２】
【００４３】
図３は、塩水噴霧試験の結果を示すものであり、横軸が試験時間を表し、縦軸が赤錆発生面積率を表す。図３から明らかなように、本実施形態において規定される２μｍ以上のＮｉめっき層厚を有する実施例８および９は、優れた防錆効果を発揮した。特に、５μｍのＮｉめっき層厚を有する実施例９は、防錆効果が高い。これに対し、本実施形態において規定される層厚に満たない１μｍのＮｉめっき層厚を有する実施例１１は、２μｍのＮｉめっき層厚を有する実施例８よりも著しく防錆効果が低く、また、Ｎｉめっき層を有していない実施例１０と同程度に防錆効果が低いことが確認された。
【００４４】
この耐食性評価実験Ｉの結果に基づき、本実施形態のばね用Ｎｉめっき鋼線では、Ｎｉめっき層の層厚は、上記のように２μｍ以上に設定され、好ましくは５μｍ以上に設定されている。
【００４５】
（耐食性評価実験ＩＩ）
この実験ＩＩでは、表３に示すように、製造工程（Ｂ）の仕上げ伸線加工度、つまり減面率を互いに異ならせた実施例１２〜１５を用い、それらの実施例１２〜１５に対して塩水噴霧試験を行って耐食性を比較した。実施例１２〜１５は、表１に示す実施例１と同一の組成成分を有し、製造工程（Ｂ）に従って直径５．５ｍｍの線材から製造した直径１．８ｍｍの鋼線であり、実施例１２は、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工度が１０％に設定され、実施例１３は、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工度が２０％に設定され、実施例１４は、電気Ｎｉめっき処理後の仕上げ伸線加工度が５％に設定された。また、実施例１５は、電気Ｎｉめっき処理後に仕上げ伸線加工を行ったものではなく、伸線加工後に電気Ｎｉめっき処理を行った鋼線である。なお、実施例１２〜１５のＮｉめっきの層厚は２μｍに設定された。
【００４６】
【表３】
【００４７】
図４は、塩水噴霧試験の結果を示すものであり、横軸が試験時間を表し、縦軸が赤錆発生面積率を表す。また、図４は、比較のため、表２の実施例８のデータも示している。図４に示すように、実施例１２，１３は、製造工程（Ａ）に従って製造された実施例８と同程度の耐食性を有することが確認された。一方、実施例１４，１５は、実施例１２，１３よりも著しく耐食性が劣ることが確認された。
【００４８】
この耐食性評価試験ＩＩの結果に基づき、本実施形態のばね用Ｎｉめっき鋼線では、仕上げ伸線加工度（減面率）は、１０％以上に設定される。
【００４９】
以上の説明から明らかな通り、本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線は、Ｃｒを含み、Ｃｒの含有率を０．０５〜１．５％に設定し、Ｓｉの含有率を１．２〜２．５％に設定することで、十分な耐熱性を獲得し、また、Ｎｉめっき層の層厚を２μｍ以上に設定することで耐食性および光沢性を獲得した鋼線である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態に係るばね用Ｎｉめっき鋼線のテンパー処理後の引張強さを示す図である。
【図２】伸線加工度を異ならせたばね用Ｎｉめっき鋼線のテンパー処理後の引張強さを示す図である。
【図３】電気Ｎｉめっき層の層厚を互いに異ならせたばね用鋼線の耐食性を示す図である。
【図４】仕上げ伸線加工度を互いに異ならせたばね用鋼線の耐食性を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、表面に、厚さが２μｍ以上であるＮｉめっき層が形成されたことを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線。
【請求項２】
請求項１に記載のばね用Ｎｉめっき鋼線において、ＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含み、これらの含有量がそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％であることを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線。
【請求項３】
ばね用Ｎｉめっき鋼線を製造する方法であって、
重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して製造された線材にパテンティング処理を施すステップと、
前記パテンティング処理された前記線材に対して必要に応じて予備伸線加工を行った後、その表面にＮｉめっき処理を施すステップと、
前記Ｎｉめっき処理された前記線材に仕上げ伸線加工を施して鋼線を製造するステップと、
を含み、
前記伸線加工では、前記線材のＮｉめっき処理後における減面率が１０％以上に設定され、
前記Ｎｉめっきの層厚は、前記伸線加工後に２μｍ以上となるように設定されていることを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法において、前記鋼は、ＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含み、これらの含有量がそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％であることを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法。
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、表面に、厚さが２μｍ以上であるＮｉめっき層が形成されたことを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線。
【請求項２】
請求項１に記載のばね用Ｎｉめっき鋼線において、ＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含み、これらの含有量がそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％であることを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線。
【請求項３】
ばね用Ｎｉめっき鋼線を製造する方法であって、
重量％で、Ｃ：０．５〜０．８％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：０．０５〜１．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を熱間圧延して製造された線材にパテンティング処理を施すステップと、
前記パテンティング処理された前記線材に対して必要に応じて予備伸線加工を行った後、その表面にＮｉめっき処理を施すステップと、
前記Ｎｉめっき処理された前記線材に仕上げ伸線加工を施して鋼線を製造するステップと、
を含み、
前記伸線加工では、前記線材のＮｉめっき処理後における減面率が１０％以上に設定され、
前記Ｎｉめっきの層厚は、前記伸線加工後に２μｍ以上となるように設定されていることを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法において、前記鋼は、ＶおよびＮｉの一方もしくは両方を含み、これらの含有量がそれぞれ、Ｖ：０．０５〜０．２５％およびＮｉ：０．０５〜１．５％であることを特徴とするばね用Ｎｉめっき鋼線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１３８４５６（Ｐ２０１０−１３８４５６Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１６３２７（Ｐ２００８−３１６３２７）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００１９２６２６）神鋼鋼線工業株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（０００１９２６２６）神鋼鋼線工業株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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