<第一の実施形態>
 熱間圧延時の変形比の大きい線材では、介� ��物は熱間圧延時に延伸分断させて微細化す� ��ことが有用であることは知られている。本� ��明者らは、こうした情況の下で、凝固後の� ��熱、熱間圧延による介在物形態の変化をも� ��慮して、ばねの疲労特性を向上させるため� ��個々の介在物の組成と形態について、様々� ��角度から検討した。その結果、Sr,Al,Si,Mg,Ca� �濃度を適切に制御することで、酸化物系介� �物の熱延時の変形が著しく促進されて微細� �され易くなることを見出した。

 従来においても、Sr,Mg,Ca等のアルカリ土類� �属元素の微量添加がばねの特性向上に有効� �あることは知られているが(例えば、前記特� ��文献3)、どの成分であっても微量添加しさ� �すれば良いというわけではなく、これらを� �ランス良く含有させることによって、Siキル ド鋼線材の疲労特性が格段に向上し得ること が判明したのである。例えば、CaO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ 三成分系介在物では、一般的に知られている 三元系状態図において、三成分が或る組成範 囲に低融点領域が存在することが知られてい るが、いずれかの成分が高くなるような組成 では、介在物の融点が却って高くなって、線 材の疲労特性が低下することになる。これに 対して、Sr,Al,Si,Mg,Caの濃度を適切に制御する� ��とによって、上記三成分系介在物中の何れ� ��成分も高くなり過ぎず、またいずれかの成� ��がない場合と比べてより変形し易い介在物� ��なるものと考えられる。

 本実施形態のSiキルド鋼線材は、上記の� �くSr,Al,Si,Mg,Ca等の成分をバランスよく含有さ せることを特徴とするものであるが、これら の成分の範囲限定理由は次の通りである。

 [Sr:0.03~20ppm]
 Srは、介在物を複合化して低融点化するた� �になくてはならない成分である。介在物中� �SrOを含有させると、ガラスの安定性はあま� �低下させずに、低融点化させる効果がある� �また、Si濃度の高い鋼中に酸素との結合力の 強いSrを含有させることで、凝固時に、著し� ��SiO ₂ 濃度の高い介在物が生成しても、ある程度の 融点に保つ効果がある。これらの効果を発現 するためには、最低でも0.03ppmのSrが必要であ る。好ましくは0.2ppm以上含有させるのが良い 。一方、Sr濃度が高くなり過ぎると、介在物� ��ほかの成分(Mg,Ca,Al,Si,Mn等)の濃度を下げ、最 も融点が低くなる組成に制御できなくなる。 従って、Sr濃度は20ppm以下とする必要があり� �好ましくは8ppm以下とするのが良い。

 [Al:1~30ppm]
 Alは、Siキルド鋼の介在物組成を低融点化す る効果がある。また、介在物中のCaOなどの濃 度が高くなったときにガラス化を制御する効 果もある。更に、Alは、Ca,Sr等と比べて鋼中� �溶存しやすい成分であり、凝固時に著しくSi O ₂ 濃度の高い介在物が生成するのを抑制する効 果が高い。これらの効果を発揮するためには 、1ppm以上含有させる必要がある。しかしな� �ら、Al含有量が高くなると、凝固時に純粋な Al ₂ O ₃ が生成する危険があるため、30ppm以下とする� ��要がある。尚、介在物の融点を最も下げる� ��適な組成に制御するためには、20ppm以下と� �ることが好ましい。

[Si:0.2~4%]
 Siは、Siキルド鋼の製鋼時における主たる脱 酸剤であり、本実施形態の線材を得るための 必須の元素である。また高強度化にも寄与し 、本実施形態の疲労特性向上効果が顕著にあ らわれる点からも重要な元素である。更には 、軟化抵抗を高め耐へたり性を向上させるの にも有用な元素である。こうした効果を発揮 させるためには、Si含有量は0.2%以上(好まし� �は2%以上)とする。しかしながら、Si含有量が 過剰になると、凝固中に純粋なSiO ₂ が生成する可能性があり、表面脱炭や表面疵 が増加するため疲労特性が却って低下するこ とになる。こうしたことから、Siは4%以下、� �ましくは3%以下とする。

[Mgおよび/またはCa:合計で0.5~30ppm]
 MgやCaは、介在物を最適な複合組成にし、低 融点化するために必須の成分である。Ba単独� ��Mg単独、Ca単独、Al単独を含有させれば、高� ��点の介在物となる。従って、いずれかは必� ��含有させる必要がある。また、MgやCaは酸素 との親和力が強く、純粋なSiO ₂ がまれに生成した場合に、それらを複合組成 に改質しやすいという効果もある。これらの 効果を発揮させるためには、MgやCa(Mg、Ca単独 または併用)の含有量(併用する場合は合計含� ��量)は、0.5ppm以上とする必要がある。尚、好 ましくは各元素を少なくとも0.1ppm以上(但し� �合計含有量は0.5ppm以上)含有させて併用する� ��が良い。しかしながら、これらの元素が過� ��になると、介在物中の他の成分の濃度が低� ��なり、最適な低融点組成が保てなくなる。� ��って、その上限は30ppm(好ましくは、20ppm以� �)とする。

 本実施形態のSiキルド鋼線材においては� �上記各成分をバランスよく含有させること� �よって、疲労特性が向上したものとなるが� �必要によってLiを含有させることも有用であ る。Liは介在物中の結晶を微細にする効果が� ��り、ガラスを安定でなおかつ低融点に制御� ��た本実施形態の鋼において、万が一結晶が� ��成した場合にも、結晶を粗大にしない効果� ��ある。従って、Liを含有させることも有用� �ある。こうした作用を発揮させるためには� �Liは0.2~20ppm含有させることが好ましいが、0.0 3ppm程度の添加によっても、多少の効果は発� �すると考えられ、低濃度の添加によって少� �くとも悪影響を及ぼさないと推定される。

 本実施形態では、ばねの素材として有用� ��Siキルド鋼線材を想定してなされたもので� �り、その鋼種については特に限定するもの� �はないが、Mnは鋼の脱酸に寄与する元素であ り、また焼入れ性を高めて強度向上に寄与す る。こうした観点からMnは0.1%以上含むもので あることが好ましい。但し、Mn含有量が過剰� ��なると、靭性、延性が悪くなるので2%以下� �すべきである。

 ばね用鋼としての基本成分であるC含有量 については、1.2%以下であることが好ましい� �C含有量が1.2%を超えると、鋼材が脆化し、実 用的でなくなる。

 上記基本成分の他は、Feおよび不可避不� �物(例えば0.02%以下のS,0.02%以下のP等)である� �、必要によってCr,Ni,V,Nb,Mo,W,Cu,Ti,Coおよび希� �類元素(REM)よりなる群から選択される1種以� �を含むものであってもよい。これらを含有� �せるときの好ましい含有量は、各々の元素� �よって異なるが、Cr:0.5~3%、Ni:0.5%以下、V:0.5%� ��下、Nb:0.1%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:0. 1%以下、Ti:0.1%以下、Co:0.5%以下、REM:0.05%以下� �ある。

<第二の実施形態>
 本発明者らによる検討の結果、SrO,Al ₂ O ₃ ,SiO ₂ ,MgO,CaOおよびMnOの濃度を適切に制御して、酸� ��物系介在物中の各酸化物成分の割合を適切� ��するようにすれば、酸化物系介在物の熱延� ��の変形が著しく促進されて微細化され易く� ��ることも見出された。

 従来においても、酸化物系介在物系中の各� ��化物の割合を適切にすることは、鋼材の特� ��向上に有効であることは知られているが(例 えば、前記特許文献1~3、5~7)、必ずしも疲労� �度が良好になるとは限らず、これらの成分� �バランス良く含有させることによって、Siキ ルド鋼線材の疲労特性が格段に向上し得るこ とが判明したのである。例えば、CaO-Al ₂ O ₃ -SiO ₂ 三成分系介在物では、一般的に知られている 三元系状態図において、三成分が或る組成範 囲に低融点領域が存在することが知られてい るが、いずれかの成分が高くなるような組成 では、介在物の融点が却って高くなって、線 材の疲労特性が低下することになる。

 本実施形態のSiキルド鋼線材は、線材中� �存在する酸化物系介在物の組成を適切に調� �した点に特徴を有するものであるが、酸化� �系介在物を構成する各酸化物の含有率を定� �た理由は次の通りである。

 [SrO:0.2~15%]
 SrOは、介在物を複合化し低融点化するため� ��はなくてはならない成分である。介在物中� ��SrOを含有させると、ガラスの安定化はあま� ��低下させずに、低融点化させる効果がある� ��この効果を発現させるためには、最低でも0 .2%のSrOが必要であり、好ましくは1%以上とす� ��のが良い。一方、SrO濃度が高くなり過ぎる� ��反対に介在物の融点が高くなる。従って、S rOは15%以下とする必要がある。

 [SiO ₂ :30~90%]
 SiO ₂ は、ガラスを安定な介在物とするのに必要不 可欠な成分であり、最低でも30%は必要である 。一方、SiO ₂ 含有量が過剰になり過ぎると、硬質なSiO ₂ 結晶相が生成し、熱延時の延伸分断が阻害さ れるため、90%以下とする必要がある。

 [Al ₂ O ₃ :2~35%]
 Al ₂ O ₃ は、Siキルド鋼の介在物組成を低融点化する� ��果がある。また、介在物中のCaO等の濃度が� ��くなったときに結晶化を抑制する効果もあ� ��。これらの効果を発現するためには、2%以� �含有させる必要がある。しかしながら、Al ₂ O ₃ の含有量が高くなり過ぎると、介在物中にAl ₂ O ₃ 結晶が生成し、熱延時の延伸分断が阻害され るため、35%以下とする必要がある。

 [MgO:35%以下(0%を含まない)、CaO:50%以下(0%を含 まない)、MgO+CaO:合計含有量が3%以上]
 MgOおよびCaOは、介在物を最適な複合組成に� ��、低融点化するために必須の成分である。M gOおよびCaOのいずれも、単独では高融点であ� ��が、SiO ₂ 酸化物の融点を低下させる効果がある。その 効果を発現させるためには、いずれか或は合 計で3%以上含有させ必要がある。但し、これ� ��の濃度が高くなり過ぎると、介在物の融点� ��高くなったり、MgO,CaOの結晶が生成したりし て、熱延時の延伸分断を阻害する。従って、 上限がある。MgOとCaOでは、結晶生成能に差が あるので上限は異なり、MgOは35%以下、CaOは50% 以下とする。

 [MnO:20%以下(0%を含まない)]
 MnOは、SiO ₂ 系酸化物の融点を低下させる効果があるが、 高Si鋼においてあまり高濃度に制御すること� ��現実的でないため、20%以下とした。

 本実施形態のSiキルド鋼線材においては、� �記各成分をバランスよく含有させることに� �って、疲労特性が向上したものとなるが、� �要によってLi ₂ Oを含有させることも有用である。Li ₂ Oを含有させる場合の範囲設定理由は次の通� �である。

 [Li ₂ O:0.1~20%]
 Li ₂ Oは、介在物中の結晶を微細にする効果があ� �、ガラスを安定でなおかつ低融点に制御し� �本実施形態の鋼において、万が一結晶が生� �した場合にも、結晶を粗大にしない効果が� �る。従って、Li ₂ Oを含有させることも有用である。こうした� �用を発揮させるためには、Li ₂ Oは2%程度以上含有させることが好ましいが、 0.1%程度の添加によっても、多少の効果は発� �すると考えられ、低濃度の添加によって少� �くとも悪いことは起こらないと推定される� �しかしながら、Li ₂ Oの含有量が20%を超えて過剰に含有されても� �の効果が飽和する。

 上記のように介在物中の各成分割合を適� ��に調整したSiキルド鋼線材を用いてばね成� �することによって、疲労特性に優れたばね� �実現できる。

 本実施形態は、ばねの素材として有用なS iキルド鋼線材を想定してなされたものであ� �、その鋼種については特に限定するもので� �ないが、介在物組成を制御するためには、� �酸成分であるSiやMnを0.1%以上含むものである ことが好ましい。より好ましくはSi:1.4%以上� �更に好ましくは1.9%以上である。但し、これ� ��の成分は、過剰に含有されると、鋼材が脆� ��しやすくなるので、Siで4.0%以下、Mnで2.0%以� ��とすべきである。

 Alは酸化物系介在物の組成制御を行うため� �積極的に含有させることも可能であるが、� �過ぎると介在物中のAl ₂ O ₃ 濃度が高くなり断線の原因となる粗大Al ₂ O ₃ が生成する可能性があるので、0.01%以下であ� ��ことが好ましい。

 ばね用鋼としての基本成分であるC含有量 については、1.2%以下であることが好ましい� �C含有量が1.2%を超えると、鋼材が脆化し、実 用的でなくなる。

 上記基本成分の他は、Feおよび不可避不� �物(例えば0.02%以下のS,0.02%以下のP等)である� �、必要によってCr,Ni,V,Nb,Mo,W,Cu,Ti,Coおよび希� �類元素(REM)よりなる群から選択される1種以� �を含むものであってもよい。これらを含有� �せるときの好ましい含有量は、各々の元素� �よって異なるが、Cr:0.5~3%、Ni:0.5%以下、V:0.5%� ��下、Nb:0.1%以下、Mo:0.5%以下、W:0.5%以下、Cu:0. 1%以下、Ti:0.1%以下、Co:0.5%以下である。また� �在物粘性を下げ、より効果を発揮する元素� �してREMを0.05%以下程度添加しても良い。

 上記第一及び第二実施形態のように化学� ��分を適切に調整したSiキルド鋼線材を用い� �ばね成形することによって、疲労特性に優� �たばねが実現できる。

 以下、実施例を挙げて本発明をより具体� ��に説明するが、本発明はもとより下記実施� ��によって制限を受けるものではなく、前・� ��記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を� ��えて実施することも勿論可能であり、それ� ��はいずれも本発明の技術的範囲に含まれる� ��のである。