ばね用鋼の選定：65Mn、ケイ素鋼、クロム・バナジウム鋼種

ばね用鋼がしなければならないこと

ばねは弾性的にエネルギーを蓄え、それを何百万回も繰り返します。支配的な特性は、引張強さに対する高い弾性（降伏）限界、疲労耐性、そしてセット（永久へたり）への耐性です — これらはすべて化学成分だけでなく、表面品質と脱炭に強く影響されます。

鋼種の梯子

鋼	鋼種族	標準的な役割
65Mn	炭素・マンガン	低コストの平ばねと軽いコイルばね、ワッシャー、クリップ
55Si7 / SUP7 系	ケイ素・マンガン	重ね板ばね、より重いコイルばね
SUP9 系	マンガン・クロム	より良い焼入性が必要なコイルばねと重ね板ばね
51CrV4 / 6150	クロム・バナジウム	高応力のコイルばね、ねじりばね、バルブばね

ケイ素とバナジウムが役立つ理由

ケイ素は弾性限界を高め、重要なことに、焼戻しへの耐性を高めます — ケイ素ばねは、素の炭素ばねよりも、与えられた焼戻し温度でその荷重をよりよく保持します。そのため Si-Mn 鋼が重ね板ばねを支配します。クロムはより厚い断面に対する焼入性を加えます；バナジウムは結晶粒を微細化し疲労強度を加え、51CrV4/6150 をエンジンバルブばねとプレミアムサスペンション用途に適したものにします。

65Mn は薄い断面でしか焼入れできず、熱で最初に荷重を失います；クリップ、平ばね、農業用部品ではコストで依然として比類がありません。

硬度と温度

焼入れ・焼戻しした重ね板ばねとコイルばねは通常、約 42–50 HRC の範囲で働きます — 軟らかいと荷重容量を犠牲にし、硬いと疲労寿命を犠牲にして脆性破壊を招きます。使用温度の限界は合金化に従い、おおよそ次の通りです：素の炭素／マンガン鋼種は一般に約 100–120 °C に制限され、ケイ素鋼種はおよそ 200 °C まで、クロム・バナジウム鋼種は約 200–250 °C までです；それを超えると、緩和（温度での荷重喪失）が支配し、特殊合金が引き継ぎます。

疲労は表面の勝負

ショットピーニング、管理された脱炭限界、滑らかな遷移は、鋼種のアップグレードよりも日常的に重要です：ほとんどのばね疲労亀裂は表面欠陥から始まります。鋼と並んで表面状態とピーニングを指定してください。

供給形態が鋼種の全体像を変える

ばねは板、棒、または — 非常によくあることですが — ワイヤ として工場に届き、ワイヤには同じ化学成分族の上に重ねられた独自の鋼の呼称があります。小さな精密ばねは、硬引線またはパテンティングした炭素線（ミュージックワイヤが高品質の端に位置します）を使用します；油焼戻しした Si-Mn および Cr-V/Si-Cr 線はバルブばねとクラッチばねに使用され、ワイヤは既に焼入れ・焼戻しされた状態で納入され、コイラーは成形と応力除去だけを行います。大きなばねは棒から熱間巻きされ、その後完成したコイルとして焼入れ・焼戻しされます。これらの形態を横断してその経路を注記せずに「ばね用鋼」を比較すると誤解を招きます：バルブばねの性能は、そのクロム・バナジウム化学成分と同じくらい、ワイヤの清浄度と表面検査（継ぎ目に対する渦電流試験）に負っています。

セッティング、プリセッティング、緩和

完成したばねはしばしば**プリセット（スクラッギング）**されます — 故意に一度降伏を超えて圧縮されます — 自由長を安定させ、使用可能な応力を高めるためです。温度での時間経過による荷重喪失は緩和と呼ばれ、静かな仕様です：エンジンと高温用途では測定され制限され、静的強度ではなく、通常はそれが、そうでなければ無傷のばねを使用から退かせるものです。