JP2589715B2 - Method and apparatus for manufacturing high-strength spring material - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing high-strength spring material

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JP2589715B2
JP2589715B2 JP62302745A JP30274587A JP2589715B2 JP 2589715 B2 JP2589715 B2 JP 2589715B2 JP 62302745 A JP62302745 A JP 62302745A JP 30274587 A JP30274587 A JP 30274587A JP 2589715 B2 JP2589715 B2 JP 2589715B2
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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば自動車の懸架用ばねや弁ばね等の線
状ばねの材料を高強度化させるのに好適な高強度ばね材
料の製造方法と製造装置に関する。
The present invention relates to a method for producing a high-strength spring material suitable for increasing the strength of a linear spring material such as a suspension spring or a valve spring of an automobile. And manufacturing equipment.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

高張力鋼線あるいは強靭性鋼線の製造方法として、特
公昭46−27138号公報(先行技術1)や特公昭57−19168
号公報(先行技術2)などに示されているようなオース
フォーミングを用いた製造方法が提案されている。両者
とも、材料をオーステナイト状態に加熱した後に、マル
テンサイト生成温度(Ms点)以上の温度まで冷却して減
面加工を行なう点では共通している。
As a method for producing a high-strength steel wire or a tough steel wire, Japanese Patent Publication No. 27138/1976 (prior art 1) and Japanese Patent Publication No. 57-19168
A manufacturing method using ausforming as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication (Prior Art 2) and the like has been proposed. Both are common in that the material is heated to an austenite state and then cooled to a temperature equal to or higher than the martensite formation temperature (Ms point) to perform surface reduction processing.

更に詳しく言うと、上記先行技術1においては加工後
(焼入れ前)の鋼線温度をMs点以上とし、この時に60%
以上のオーステナイトが残存するようにしており、必ず
しも100%のオーステナイトを規定していない。これ
は、単にローラまたはダイス等で加工する場合、変態促
進効果によって焼入れ前(急冷前)に変態生成相が出現
することを意味している。すなわち第6図に1点鎖線で
示されるように、加工によって変態開始線が高温・短時
間側にシフトするために、変態しやすくなる訳である。
More specifically, in the above prior art 1, the steel wire temperature after working (before quenching) is set to the Ms point or higher,
The above austenite is made to remain, and 100% austenite is not always specified. This means that when processing is performed simply with a roller or a die, a transformation generation phase appears before quenching (before quenching) due to a transformation promoting effect. That is, as shown by the one-dot chain line in FIG. 6, the transformation start line shifts to the high temperature and short time side by the processing, so that the transformation becomes easy.

一方、先行技術2は先行技術1と類似の方法である
が、上述した変態促進効果を積極的に利用することをね
らい、減面加工後に、引続き恒温変態処理を行なうこと
によって、微細なフェライト・パーライト組織を得るこ
とを特徴としている。この方法によれば、延性が改善さ
れる。
On the other hand, prior art 2 is a method similar to prior art 1, but aims to positively utilize the above-mentioned transformation promoting effect, and after reducing the surface area, continuously performs a constant temperature transformation treatment to obtain fine ferrite. It is characterized by obtaining a pearlite structure. According to this method, the ductility is improved.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら先行技術1のように、オーステナイト以
外の変態生成物(例えばベイナイトとかフェライト・パ
ーライトなど)とオーステナイトとが混在した状態から
焼入れが行なわれた鋼線は、オーステナイト以外の変態
生成物とオーステナイトの変態したマルテンサイトから
なる複合組織になってしまうため、高強度ばね鋼に必要
とされる強度・延性バランスは得られない。すなわち延
性に乏しいものである。
However, as in Prior Art 1, a steel wire that has been quenched from a state in which a transformation product other than austenite (eg, bainite or ferrite / pearlite) and austenite are mixed together has a transformation product other than austenite and transformation of austenite. Since the composite structure becomes martensite, the strength-ductility balance required for high-strength spring steel cannot be obtained. That is, it is poor in ductility.

一方、先行技術2のような複合組織を得る方法では、
組織中に柔らかいフェライト相を含んでいるため延性は
改善されるものの、抗張力で最大160Kg f mm2程度の強
度しか得られず、高強度ばね材料の目標値である200Kg
f mm2には到底及ばなかった。しかも、加工材に不均一
なひずみ分布が発生するといった欠点もある。
On the other hand, in a method of obtaining a composite tissue as in Prior Art 2,
Although the ductility is improved because it contains a soft ferrite phase in the structure, the maximum 160 Kg f mm 2 about intensity obtained only, the target value of the high-strength spring material strength 200Kg
f mm 2 was far below. In addition, there is a disadvantage that a non-uniform strain distribution is generated in the processed material.

また、1つの減面加工具(例えばダイス)で最終材料
径まで減面させてしまう単パスの引抜きでは、材料がダ
イスを通過する際に加工熱が表層部に集中することによ
ってダイスとの接触部の温度が上昇する。このため、第
7図に破線で示されるように表層部が変態を起こしてし
まうとともに、加工度の大きな表層部にひずみが集中す
るから、表層部での変態促進効果を更に高める結果とな
る。そして、加工時に与えられたエネルギーが変態の駆
動力となるため、加工を与えない材料と比べると変態開
始が速まる。これらの相乗作用により、表層部の組織が
ベイナイト化することによって所望の硬さが得られない
ことがわかった。なお、特開昭55−125238号公報に記載
されているように、冷却器によって冷却したワイヤを2
個のダイスによってバックテンションを与えながら引抜
き加工することが知られているが、この従来技術は冷却
器の外部にダイスが設けられているためダイスを通った
ワイヤの表層部が加工熱の発生により大きな変態促進を
受けてしまうことから、オースドローイングに適用しよ
うとしてもワイヤ表層部を所望硬さにすることができな
い。
In the case of single-pass drawing in which the surface is reduced to the final material diameter by one surface reduction tool (for example, a die), when the material passes through the die, the processing heat concentrates on the surface layer portion, and the contact with the die occurs. The temperature of the part rises. For this reason, as shown by the broken line in FIG. 7, the surface layer undergoes transformation, and the strain concentrates on the surface layer having a large workability. As a result, the effect of promoting the transformation in the surface layer is further enhanced. And, since the energy given at the time of working becomes the driving force of the transformation, the start of transformation is faster than that of the material without working. It has been found that the desired hardness cannot be obtained due to the formation of bainite in the surface layer structure due to the synergistic action. As described in JP-A-55-125238, a wire cooled by a cooler
It is known that drawing is performed while applying back tension using individual dies.However, in this conventional technology, a die is provided outside the cooler, so the surface layer of the wire passing through the dies is generated due to generation of processing heat. Since the transformation is greatly accelerated, the surface layer of the wire cannot be made to have a desired hardness even when applied to aus drawing.

従って本発明の目的は、オースフォーミングと引抜き
を組合わせた伸線加工(オースドローイング)を行なう
に当たって、表層部における変態促進効果を抑制するこ
とにより表面状態を改善し、硬さのレベルを上昇させか
つ強度と延性バランスに優れたばね材料が得られるよう
にすることにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to improve the surface condition by suppressing the transformation promoting effect in the surface layer portion and to increase the hardness level in performing wire drawing (aus drawing) in which aus forming and drawing are combined. Another object of the present invention is to provide a spring material having an excellent balance between strength and ductility.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を果たすために本発明方法は、鋼線をオース
テナイト化温度まで加熱したのちMs点以上の過冷オース
テナイト温度まで冷却するとともに、この鋼線を第1の
減面加工具に通しながら引抜きかつ減面後の鋼線を冷却
媒体によって加工部の変態促進を抑制する温度に冷却
し、さらに上記減面加工後の鋼線を上記第1の減面加工
具よりも孔の小さい第2の減面加工具に通しながら引抜
くとともにこれら加工具間の鋼線に引抜き方向とは逆向
きの後方張力を与えた状態でオースドローイングを行い
かつこの鋼線を冷却媒体によって変態促進を抑制する温
度に冷却することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method of the present invention comprises heating a steel wire to an austenitizing temperature, then cooling the steel wire to a supercooled austenite temperature of Ms point or higher, drawing and passing the steel wire through a first surface-reduction tool. The surface-reduced steel wire is cooled by a cooling medium to a temperature that suppresses the promotion of transformation of the processed portion, and the surface-reduced steel wire is further subjected to a second reduction with a smaller hole than the first surface-reduction tool. The steel wire between these tools is drawn while passing through the surface processing tool, and ausdrawing is performed while applying a backward tension in the direction opposite to the drawing direction to the steel wire. It is characterized by cooling.

また上記方法を実施するための本発明装置は、鋼線を
オーステナイト化温度まで加熱する加熱手段と、この加
熱手段から送り出される上記鋼線の搬送下流側に配置さ
れかつ鋼線のMs点以上の温度に保たれた冷却媒体が収容
されていないこの冷却媒体に上記鋼線を通すことにより
鋼線を過冷オーステナイト温度まで冷却する冷却浴と、
上記冷却媒体に浸漬して設けられかつ上記鋼線を通すこ
とにより第1段階の減面加工を行なうとともに上記冷却
媒体によって上記鋼線の加工部の変態促進を抑制する温
度に保たれる第1の減面加工具と、上記冷却浴の出口部
近傍に上記冷却媒体に浸漬した状態で上記第1の減面加
工具と離間して設けられかつ第1の減面加工具よりも孔
が小さく上記第1の減面加工具から出てくる上記鋼線を
通すことにより第1の減面加工具との間で上記鋼線に後
方張力を与えながら第2段階の減面加工を行なうととも
に上記冷却媒体によって上記鋼線の加工部の変態促進を
抑制する温度に保たれる第2の減面加工具と、上記第2
段階の減面加工終了後の鋼線をMs点以下の温度まで急冷
する冷却手段とを具備したものである。
Further, the apparatus of the present invention for carrying out the above method is a heating means for heating a steel wire to an austenitizing temperature, and is disposed downstream of the steel wire transported from the heating means and has an Ms point or more of the steel wire. A cooling bath that cools the steel wire to a supercooled austenite temperature by passing the steel wire through the cooling medium that does not contain a cooling medium maintained at a temperature,
A first step of reducing the surface area by immersing the steel wire in the cooling medium and passing the steel wire through the steel wire is performed at a temperature that suppresses the promotion of transformation of a processed part of the steel wire by the cooling medium. A surface reduction tool, and provided near the outlet of the cooling bath in a state of being immersed in the cooling medium and spaced apart from the first surface reduction tool, and having a smaller hole than the first surface reduction tool. The steel wire coming out of the first surface-reduction tool is passed through the second surface-reduction process while applying a backward tension to the steel wire between the steel wire and the first surface-reduction tool. A second surface-reduction processing tool maintained at a temperature that suppresses the promotion of transformation of the processed portion of the steel wire by a cooling medium;
And cooling means for rapidly cooling the steel wire after completion of the step of reducing the surface area to a temperature equal to or lower than the Ms point.

減面加工具としては例えばダイスが使われるが、要す
るに鋼線を引抜く際に塑性加工によって減面させるもの
であればよいから、ロール圧延、その他の加工具が適用
できる。また、冷却浴に収容される冷却媒体としては、
溶融鉛や各種の塩浴用ソルト,流動層などを使うことが
できる。
As the surface reduction processing tool, for example, a die is used. In short, a roll reduction and other processing tools can be applied as long as the surface reduction is performed by plastic working when the steel wire is drawn. In addition, as a cooling medium contained in the cooling bath,
Molten lead, various salt bath salts, and fluidized beds can be used.

〔作用〕[Action]

上述した装置を用いて高強度ばね材料を製造するに
は、炭素鋼線または合金鋼線を上記加熱手段によってオ
ーステナイト化温度まで加熱したのち、冷却浴中の冷却
媒体に鋼線を通すことにより過冷オーステナイト温度ま
で急冷する。そしてこの鋼線を2以上の減面加工具に通
しながら引抜きを行なう。
In order to produce a high-strength spring material using the above-described apparatus, a carbon steel wire or an alloy steel wire is heated to the austenitizing temperature by the above-mentioned heating means, and then the steel wire is passed through a cooling medium in a cooling bath. Rapidly cool to cold austenite temperature. Then, the steel wire is drawn while being passed through two or more surface reduction tools.

このように複数の加工具に材料の鋼線を通して引抜く
と、加工具間の鋼線には引抜き方向とは逆向きの後方張
力が発生する。このため加工具に対する接触面圧が下が
り、加工熱の発生が抑制されるとともに、鋼線表層部に
おけるひずみの集中が緩和される。こうして、加工に伴
う表層部の変態促進が抑制される。また、上記減面加工
具は冷却浴中において冷却媒体と同等の温度に保たれて
いるから、鋼線が加工具に触れても鋼線の温度は実質的
に低下しない。このため過冷オーステナイト状態を保っ
たまま正しい等温変態を生じさせつつオースドローイン
グを行なうことができる。そして伸線後の鋼線は、冷却
浴の出口側近傍に設けられている冷却手段によってMs点
以下の温度まで急冷させられ、短時間に組織が凍結され
る。
When a steel wire of a material is drawn through a plurality of processing tools as described above, a rear tension in a direction opposite to the drawing direction is generated in the steel wire between the processing tools. For this reason, the contact surface pressure with the processing tool is reduced, and the generation of processing heat is suppressed, and the concentration of strain in the steel wire surface layer is reduced. Thus, the promotion of transformation of the surface layer due to the processing is suppressed. Further, since the surface-reduction processing tool is maintained at the same temperature as the cooling medium in the cooling bath, the temperature of the steel wire does not substantially decrease even if the steel wire touches the processing tool. Therefore, the ausdrawing can be performed while generating the correct isothermal transformation while maintaining the supercooled austenite state. Then, the drawn steel wire is rapidly cooled to a temperature equal to or lower than the Ms point by a cooling means provided near the outlet side of the cooling bath, and the tissue is frozen in a short time.

〔実施例〕〔Example〕

まず本発明の一実施例装置につき、第1図および第2
図を参照して説明する。
First, an apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to the drawings.

ばね材料となる炭素鋼線Aは、図示しない巻取りロー
ルなどの供給手段から連続的に供給される。加熱手段1
は、上記鋼線Aをオーステナイト化温度まで急速加熱す
るものであり、例えば通電加熱あるいは高周波誘導加熱
等が好適であるが、通常の加熱炉であってもよい。
The carbon steel wire A serving as a spring material is continuously supplied from a supply unit such as a winding roll (not shown). Heating means 1
Is for rapidly heating the steel wire A to the austenitizing temperature. For example, electric heating or high-frequency induction heating is suitable, but an ordinary heating furnace may be used.

この加熱手段1から送り出される鋼線Aの搬送下流側
に、急冷用の冷却浴2が配置されている。冷却浴2の槽
2aの中には冷却媒体3の一例として溶融鉛が収容され
る。この冷却媒体3は鋼線AのMs点以上の温度(例えば
400〜500℃)に保たれている。冷却浴2の槽2aには、鋼
線Aを通すための孔4,5が開設されている。
A cooling bath 2 for quenching is disposed downstream of the steel wire A sent from the heating means 1. Cooling bath 2 tank
2 a contains molten lead as an example of the cooling medium 3. This cooling medium 3 has a temperature (eg, Ms point)
(400-500 ° C). Holes 4 and 5 for passing the steel wire A are formed in the bath 2a of the cooling bath 2.

冷却浴2の出口部近傍には、一対の減面加工具7,8が
鉛浴中に完全に浸漬されるようにして設けられている。
この加工具7,8は、例えばダイスであり、一例としてダ
イス角2α1,2α(第2図参照)はいずれも30゜,加
工前の線径d0=4.0,d1=3.95mm,d2=3.8mmである。これ
ら加工具7,8は連結手段9によって結ばれているが、加
工具7,8と鋼線Aが充分に冷却されるように、冷却媒体
3が加工具7,8に充分に接しかつ加工具7,8間に冷却媒体
3が自由に流通できるように構成されている。これら加
工具7,8は、冷却媒体3に漬かることで冷却媒体3と同
等の温度に予熱される。
Near the outlet of the cooling bath 2, a pair of surface reduction tools 7, 8 are provided so as to be completely immersed in the lead bath.
The processing tools 7 and 8 are, for example, dies. As an example, each of the die angles 2α 1 and 2α 2 (see FIG. 2) is 30 °, the wire diameters before processing are d 0 = 4.0, d 1 = 3.95 mm, d 2 = 3.8 mm. Although these processing tools 7 and 8 are connected by the connecting means 9, the cooling medium 3 sufficiently contacts the processing tools 7 and 8 and adds heat so that the processing tools 7 and 8 and the steel wire A are sufficiently cooled. The cooling medium 3 can be freely circulated between the tools 7 and 8. These processing tools 7 and 8 are preheated to the same temperature as the cooling medium 3 by being immersed in the cooling medium 3.

更に加工具8の出口側近傍に冷却手段10が設けられて
いる。この冷却手段10は、後段の加工具8から引出され
た鋼線AをMs点以下の温度まで急冷するために使われ
る。この冷却手段10は、一例として鋼線Aの表面に低温
の空気を吹付けるエアーノズル11と、水等の冷却媒体を
吹付けるための水冷ノズル12を備えている。13は水冷却
槽である。なお、鋼線Aの鋼種や外径等によっては、焼
割れを防ぐために油または油に近い性質をもつ冷却媒体
をこの冷却槽13に用いることが望ましい。冷却手段10の
出口側には、引抜き手段の一部を構成するチャック15が
設けられている。
Further, a cooling means 10 is provided near the outlet side of the processing tool 8. The cooling means 10 is used for rapidly cooling the steel wire A drawn from the subsequent processing tool 8 to a temperature below the Ms point. The cooling means 10 includes, for example, an air nozzle 11 for blowing low-temperature air to the surface of the steel wire A, and a water cooling nozzle 12 for blowing a cooling medium such as water. 13 is a water cooling tank. Depending on the steel type and outer diameter of the steel wire A, it is desirable to use oil or a cooling medium having a property close to oil in the cooling tank 13 in order to prevent burning cracks. On the outlet side of the cooling means 10, a chuck 15 constituting a part of the drawing means is provided.

上記構成の装置を用いて高強度ばね材料A′を製造す
るには、第7図中に実線で示されるような温度履歴を経
てオースドローイングを行なうのが理想的である。その
工程の一例につき説明すると、まず引抜き開始時には、
予め先付け加工により縮径されている鋼線Aの先端を冷
却浴2に通し、引抜き用のチャック15でつかむ。加工具
7,8は冷却媒体3とほぼ同一の温度(400〜500℃のMs点
より高く、ノーズより低い温度)まで予熱されている。
そして鋼線Aをチャック15によって第1図中の矢印方向
に引抜くとともに、冷却手段10による急冷すなわち焼入
れを行なう。
In order to manufacture the high-strength spring material A 'using the apparatus having the above configuration, it is ideal to perform ausdrawing through a temperature history as shown by a solid line in FIG. To explain an example of the process, first, at the start of drawing,
The distal end of the steel wire A, which has been reduced in diameter by pre-processing, is passed through the cooling bath 2 and is gripped by the chuck 15 for drawing. Processing tool
7 and 8 are preheated to almost the same temperature as the cooling medium 3 (temperature higher than the Ms point of 400 to 500 ° C. and lower than the nose).
Then, the steel wire A is pulled out by the chuck 15 in the direction of the arrow in FIG.

鋼線Aは、冷却浴2に導入される前に加熱手段1によ
ってオーステナイト化温度(例えば1050℃付近)まで加
熱されており、冷却浴2内において冷却媒体3に触れる
ことにより過冷オーステナイト温度(例えば450℃付
近)まで急冷される。
The steel wire A is heated to the austenitizing temperature (for example, around 1050 ° C.) by the heating means 1 before being introduced into the cooling bath 2, and is contacted with the cooling medium 3 in the cooling bath 2 so that the supercooled austenite temperature ( For example, it is rapidly cooled to around 450 ° C.).

鋼線Aは2つの加工具7,8を通ることによって2段階
的に減面されるから、加工具7,8間における鋼線Aには
引抜きと逆向きの後方張力が生じる。第2図に模式的に
表わされているように、2個の減面加工具7,8を用いて
減面加工する場合、加工具7,8間にはσなる後方張力
が作用する。このため、第3図に示されるように後方張
力が増大するのに伴って引抜き力が増大するが、加工具
7,8に対する面圧(ダイス面圧)は下がる。このため加
工熱の発生が押えられて鋼線Aの表層部に加工硬化性が
発揮されるとともに、表層部におけるひずみの集中が緩
和される。しかも加工具7,8と鋼線Aは冷却媒体3によ
って充分に冷却された状態にある。このため、鋼線Aの
断面内温度分布がおおむね均一に保され、表層部におけ
る変態促進硬化が抑制される。これらの理由により、加
工中において鋼線Aの表層部の組織のほとんどBs点(ベ
イナイト変態開始点)を横切らないようになる。なお、
従来のように1個の加工具を用いて減面する場合にはσ
tなる引抜き応力がA2なる面積に作用する。このため従
来法では表層部のひずみ集中が顕著であり、加工熱の発
生も大きい。
Since the steel wire A is reduced in two stages by passing through the two processing tools 7 and 8, the steel wire A between the processing tools 7 and 8 has a backward tension in the direction opposite to the drawing. As schematically shown in FIG. 2, when the surface reduction is performed using two surface reduction tools 7 and 8, a back tension of σ 1 acts between the processing tools 7 and 8. . For this reason, as shown in FIG. 3, the drawing force increases as the rear tension increases,
The surface pressure (die surface pressure) against 7,8 decreases. Therefore, the generation of processing heat is suppressed, work hardening is exerted on the surface layer of the steel wire A, and the concentration of strain in the surface layer is reduced. Moreover, the processing tools 7, 8 and the steel wire A are in a state of being sufficiently cooled by the cooling medium 3. For this reason, the temperature distribution in the cross section of the steel wire A is kept substantially uniform, and the transformation acceleration hardening in the surface layer portion is suppressed. For these reasons, the structure of the surface layer of the steel wire A hardly crosses the Bs point (start point of bainite transformation) during the working. In addition,
When the surface is reduced by using one processing tool as in the past, σ
The drawing stress t acts on the area A 2 . For this reason, in the conventional method, strain concentration in the surface layer is remarkable, and the generation of processing heat is large.

加工具7,8から引抜かれた鋼線Aは、直ちに冷却手段1
0によってMs点以下の温度まで急冷される。このように
引抜き後に直ちに急冷するようにしたから、過冷オース
テナイト温度域で正しい等温変態を起こさせることがで
きるとともに、引抜き後はきわめて短時間で組織が凍結
される。このため組織的にはほぼ均一なマルテンサイト
が得られる。
The steel wire A drawn from the processing tools 7 and 8 is immediately cooled by the cooling means 1
By 0, it is rapidly cooled to a temperature below the Ms point. Since the quenching is performed immediately after the drawing, a correct isothermal transformation can be caused in the supercooled austenite temperature range, and the tissue is frozen in a very short time after the drawing. For this reason, martensite which is substantially uniform in structure can be obtained.

上記工程を経て焼入れされたばね用材料A′の硬さ分
布の一例を第4図に示す。鋼種はswosc(シリコンクロ
ム添加オイルテンパー線)である。この図は、従来法で
ある単一ダイスでオースドローイングした場合、本実施
例方法(本発明)である2段ダイス(2α=2α
30゜,d0=4.0,d1=3.95,d2=3.8mm)で後方張力を付加
しつつオースドローイングした場合の焼入れ後の硬さ分
布を比較したものである。従来法のように1個の引抜き
ダイス(2α=30゜,d0=4.0,d2=3.8mm)を用いた場
合には、ひずみが表層部に集中するためと加工熱の発生
により、表層部が大きな変態促進を受けて完全にベイナ
イトとなっており、中心部での未変態のオーステナイト
に比べて硬さが大幅に低下するから、この従来材を焼入
れると、表層部はベイナイト,中心部はマルテンサイト
になる。
An example of the hardness distribution of the spring material A 'quenched through the above steps is shown in FIG. The steel type is swosc (silicon chromium added oil tempered wire). This figure shows that when the ausdrawing is performed with a single die, which is a conventional method, a two-stage die (2α 1 = 2α 2 =
(30 °, d 0 = 4.0, d 1 = 3.95, d 2 = 3.8 mm) is a comparison of hardness distribution after quenching when aus drawing is performed while applying backward tension. When one drawing die (2α 2 = 30 °, d 0 = 4.0, d 2 = 3.8 mm) is used as in the conventional method, the strain concentrates on the surface layer and the generation of processing heat causes The surface layer is completely bainite due to the large transformation promotion, and its hardness is significantly lower than that of untransformed austenite at the center. Therefore, when this conventional material is quenched, the surface layer becomes bainite, The center becomes martensite.

これに対し本実施例方法では、変態促進が抑制される
ため、表層部での硬さの低下が適当であり、しかも硬さ
のレベルが上昇している。なお、本実施例においては焼
入れ状態で最表面がある程度硬化し、これを焼戻した状
態では、切欠感受性が低下することにより耐疲労性が向
上する。また、表層部にダイス加工による微細化された
加工層が得られ、このことも長寿命化の一因となる。更
には、従来(1パスで減面する場合)に比べて、後法張
力を働かせた分だけ大きな引抜き力を与えた状態で焼入
れが行なわれるため、全体の硬さも上昇する。なお、引
抜き荷重は従来法では約250Kg fであったが、本実施例
法においては後方張力の分だけ増加し、約310Kg fであ
った。
On the other hand, in the method of the present embodiment, since the transformation promotion is suppressed, it is appropriate to decrease the hardness in the surface layer portion, and the hardness level is increased. In the present embodiment, the outermost surface is hardened to some extent in the quenched state, and in the tempered state, the notch sensitivity is reduced and the fatigue resistance is improved. Further, a fine processed layer is obtained on the surface layer by die processing, which also contributes to a longer life. Furthermore, quenching is performed in a state in which a larger drawing force is applied by the amount of the post-process tension than in the conventional case (when the surface is reduced by one pass), so that the overall hardness also increases. The pulling load was about 250 kgf in the conventional method, but increased in the method of the present embodiment by the amount of the back tension, and was about 310 kgf.

参考として、第4図中に、いわゆる普通調質による焼
入れ材(930℃,5分)と、その焼戻し材の測定データを
併記した。この普通調質材に比べて本発明方法によるオ
ースドロー材は、焼入れ状態においても硬さが高く、し
かも同一の焼戻し条件でも焼戻し硬さが高いことがわか
る。
For reference, FIG. 4 also shows measurement data of a quenched material (930 ° C., 5 minutes) by so-called ordinary tempering and a tempered material thereof. It can be seen that the ausdrawing material according to the method of the present invention has a higher hardness even in a quenched state and a higher tempering hardness under the same tempering conditions as compared with the ordinary tempered material.

上記のようにして後方張力を作用させつつオースドロ
ーイングを行なったばね材料A′に焼戻しを行なうと、
焼戻し軟化抵抗の差によって、表層部に加工硬化の影響
を残した高耐久性材料が得られる。すなわち、本実施例
における焼戻し前の組織には前述した減面加工による加
工ひずみが表層部に残存しており、ひずみが大きいほど
軟化抵抗も大きいため、これを焼戻すと、第5図に示さ
れるように、表面よりもやや内側寄りの表層部に硬い組
織が残る。一例として表層部でHv580,中心でHv540であ
る。このばね材料A′の組織中にはベイナイトもしくは
パーライト変態が生じることが抑制されており、ダイス
加工による微細なマルテンサイト単相を残存させた均一
な組織が得られる。このばね材料A′は、例えば冷間で
コイルばね等に成形される。
When tempering is performed on the spring material A ′ that has been subjected to aus drawing while applying a rearward tension as described above,
Due to the difference in temper softening resistance, a highly durable material having the effect of work hardening on the surface layer can be obtained. That is, in the structure before tempering in this example, the processing strain due to the above-described surface reduction processing remains in the surface layer portion, and the softening resistance increases as the strain increases, and this is shown in FIG. As can be seen, a hard tissue remains on the surface layer slightly inward from the surface. For example, Hv580 at the surface layer and Hv540 at the center. The formation of bainite or pearlite transformation is suppressed in the structure of the spring material A ', and a uniform structure in which a fine martensitic single phase remains by die working is obtained. This spring material A 'is cold-formed into a coil spring or the like, for example.

本実施例で得られたばね材料(swosc)の機械的性質
は以下の通りである。
The mechanical properties of the spring material (swosc) obtained in this example are as follows.

σ=220Kg f mm2で伸び7〜8%, 絞り42%,降伏比0.91以上 σ=200Kg f mm2で伸び8〜9%, 絞り49%,降伏比0.91以上 この2つの例のように、強度・延性バランスに優れた
高強度ばね材料を得ることができた。また、中村式回転
曲げによるσ=±85Kg f mm2の両振り曲げ疲労強度に関
しては、従来法によるものは約20万回で折損したもの
が、本実施例による高強度ばね材料では約3倍の60万回
と寿命が大幅に向上した。なお、前述した先行技術1
(特公昭46−27138号公報)の0.77% C鋼では、σ=1
93〜204Kg f mm2,伸び4.2〜5.5%,絞り43.5〜44.8%で
あるから、本実施例品の方が伸びが良好で加工性がよ
い。また、先行技術2(特公昭57−19168号公報)の0.8
8% C鋼ではσ=150〜156Kg f mm2,絞り40〜43である
から、本実施例品の方が大きな値のσが得られてい
る。
elongation 7% to 8% by σ B = 220Kg f mm 2, diaphragm 42%, elongation 8-9% in yield ratio 0.91 or σ B = 200Kg f mm 2, diaphragm 49%, the yield ratio 0.91 or more as in the two examples In addition, a high-strength spring material excellent in strength-ductility balance was obtained. In addition, regarding the double bending fatigue strength of σ = ± 85 kgf mm 2 by the Nakamura type rotary bending, the conventional method broke about 200,000 times, but the high-strength spring material according to the present example reduced the strength by about 3 times. With 600,000 operations, the life has been greatly improved. In addition, the above-mentioned prior art 1
In the 0.77% C steel of Japanese Patent Publication No. 46-27138, σ B = 1
Since the elongation is 93 to 204 kgf mm 2 , the elongation is 4.2 to 5.5%, and the drawing is 43.5 to 44.8%, the product of this example has better elongation and better workability. In addition, 0.8 of prior art 2 (Japanese Patent Publication No. 57-19168).
In the case of 8% C steel, since σ B = 150 to 156 kgf mm 2 and the aperture is 40 to 43, the σ B of the present example has a larger value.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

前述したように本発明によれば、オースドローイング
に伴う表層部での変態促進効果が抑制されることによ
り、均一で硬さレベルの高い焼入れ組織が得られるとと
もに、表層部でのベイナイトもしくはパーライトなどの
変態が抑制され、等温変態による良質で均一に近いマル
テンサイト組織が得られる。特に、焼戻しが行なわれた
場合には、表層部と深層部との焼戻し軟化抵抗の差によ
って、ばね材料の表層部に加工硬化の影響を残した高耐
久性ばね材料が得られる。
As described above, according to the present invention, by suppressing the transformation promoting effect in the surface layer due to aus drawing, a uniform and high hardness level hardened structure is obtained, and bainite or pearlite in the surface layer. Is suppressed, and a good-quality and nearly uniform martensite structure by the isothermal transformation is obtained. In particular, when tempering is performed, a highly durable spring material having a work hardening effect on the surface layer portion of the spring material can be obtained due to a difference in temper softening resistance between the surface layer portion and the deep layer portion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例装置を概念的に示す略断面
図、第2図は第1図中のダイス部分の拡大図、第3図は
後方張力と引抜き力との関係を示す図、第4図は焼入れ
後の材料表面からの距離と硬さとの関係を示す図、第5
図は焼戻し後の材料表面からの距離と硬さとの関係を示
す図、第6図は加工による変態促進効果を示す恒温変態
曲線図、第7図は材料表面と中心の温度履歴のずれを示
す恒温変態曲線図である。 A……鋼線、1……加熱手段、2……冷却浴、3……冷
却媒体、7,8……加工具、10……冷却手段。
FIG. 1 is a schematic sectional view conceptually showing an apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a die portion in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing the relationship between rearward tension and pulling force. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the distance from the material surface after quenching and hardness.
The figure shows the relationship between the distance from the material surface after tempering and the hardness, FIG. 6 shows the isothermal transformation curve showing the effect of promoting transformation by processing, and FIG. 7 shows the deviation of the temperature history between the material surface and the center. It is a constant-temperature transformation curve diagram. A ... steel wire, 1 ... heating means, 2 ... cooling bath, 3 ... cooling medium, 7, 8 ... processing tool, 10 ... cooling means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−125238(JP,A) 特開 昭53−113715(JP,A) 特公 昭46−27138(JP,B1) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-55-125238 (JP, A) JP-A-53-113715 (JP, A) JP-B-46-27138 (JP, B1)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】鋼線をオーステナイト化温度まで加熱した
のちMs点以上の過冷オーステナイト温度まで冷却すると
ともに、この鋼線を第1の減面加工具に通しながら引抜
きかつ減面後の鋼線を冷却媒体によって加工部の変態促
進を抑制する温度に冷却し、さらに上記減面加工後の鋼
線を上記第1の減面加工具よりも孔の小さい第2の減面
加工具に通しながら引抜くとともにこれら加工具間の鋼
線に引抜き方向とは逆向きの後方張力を与えた状態でオ
ースドローイングを行いかつこの鋼線を冷却媒体によっ
て変態促進を抑制する温度に冷却することを特徴とする
高強度ばね材料の製造方法。
The steel wire is heated to an austenitizing temperature, then cooled to a supercooled austenite temperature above the Ms point, and the steel wire is drawn and reduced while passing the steel wire through a first surface reducing tool. Is cooled by a cooling medium to a temperature that suppresses the promotion of transformation of the processed portion, and the steel wire after the surface reduction is passed through a second surface reduction processing tool having a hole smaller than that of the first surface reduction processing tool. It is characterized by performing aus drawing while applying a backward tension to the steel wire between these processing tools in the opposite direction to the drawing direction and cooling the steel wire to a temperature that suppresses the promotion of transformation by a cooling medium. Of manufacturing high strength spring materials.
【請求項2】上記オースドローイングを行なったのちに
急冷して焼入れを行なうとともに、焼戻しを行なうこと
により、表面からやや内側寄りの表層部の硬さが最大で
かつ表面と中心側の硬さが上記表層部よりも小さくなる
ような硬さ分布の材料を得ることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の高強度ばね材料の製造方法。
2. After the above-mentioned ausdrawing, quenching is performed by quenching and tempering, so that the hardness of the surface layer slightly inward from the surface is maximized and the hardness of the surface and the center side is increased. 2. The method for manufacturing a high-strength spring material according to claim 1, wherein a material having a hardness distribution smaller than the surface layer portion is obtained.
【請求項3】鋼線をオーステナイト化温度まで加熱する
加熱手段と、この加熱手段から送り出される上記鋼線の
搬送下流側に配置されかつ鋼線のMs点以上の温度に保た
れた冷却媒体が収容されていてこの冷却媒体に上記鋼線
を通すことにより鋼線を過冷オーステナイト温度まで冷
却する冷却浴と、上記冷却媒体に浸漬して設けられかつ
上記鋼線を通すことにより第1段階の減面加工を行なう
とともに上記冷却媒体によって上記鋼線の加工部の変態
促進を抑制する温度に保たれる第1の減面加工具と、上
記冷却浴の出口部近傍に上記冷却媒体に浸漬した状態で
上記第1の減面加工具と離間して設けられかつ第1の減
面加工具よりも孔が小さく上記第1の減面加工具から出
てくる上記鋼線を通すことにより第1の減面加工具との
間で上記鋼線に後方張力を与えながら第2段階の減面加
工を行なうとともに上記冷却媒体によって上記鋼線の加
工部の変態促進を抑制する温度に保たれる第2の減面加
工具と、上記第2段階の減面加工終了後の鋼線をMs点以
下の温度まで急冷する冷却手段とを具備したことを特徴
とする高強度ばね材料の製造装置。
3. A heating means for heating a steel wire to an austenitizing temperature, and a cooling medium disposed downstream of the steel wire transported from the heating means and maintained at a temperature equal to or higher than the Ms point of the steel wire. A cooling bath contained therein for cooling the steel wire to a supercooled austenite temperature by passing the steel wire through the cooling medium; and a first stage provided by dipping in the cooling medium and passing the steel wire. A first surface-reduction tool, which is subjected to surface-reduction processing and maintained at a temperature that suppresses the promotion of transformation of the processed portion of the steel wire by the cooling medium, and was immersed in the cooling medium in the vicinity of the outlet of the cooling bath. In this state, the first wire is provided at a distance from the first surface reduction tool and has a smaller hole than that of the first surface reduction tool. After the above steel wire between the surface reduction tool A second surface-reduction processing tool that performs a second-step surface reduction while applying tension, and is maintained at a temperature at which the cooling medium suppresses the promotion of transformation of the processed portion of the steel wire; An apparatus for manufacturing a high-strength spring material, comprising: cooling means for rapidly cooling a steel wire after surface processing to a temperature of Ms point or lower.
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