JP2004292928A - 自動車用スタビライザとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来は熱間または温間の成形によって製造されていた自動車用スタビライザを、冷間成形により製造可能にし、性能において従来品にまさるとも劣らないものを提供すること。
【解決手段】重量％で、Ｃ：０．４５〜０．６５％、Ｓｉ：１．２〜２．２％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．７％以下、Ｃｒ：０．３〜１．５％およびＶ：０．１〜０．３％を含有し、ただし、Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦１．８であって、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｕ：０．３０％以下であり、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、（フェライト＋パーライト）が面積率で９０％以上を占め、硬さＨＲＣ３０以上、伸び１５％以上、絞り４０％以上の特性を有する鋼を材料として使用し、冷間成形により自動車用スタビライザを製造する。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用スタビライザとその製造方法に関し、低コストで性能のすぐれた自動車用スタビライザを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に関する技術者にはよく知られているとおり、多くの自動車には、「スタビライザ」が取り付けてあって、前輪どうし、および後輪どうしを結んで、走行中カーブするときの、車体の傾きを軽減する作用をさせている。
【０００３】
従来のスタビライザの製造方法は、捩りに対する反発力の強い鋼、代表的にはばね鋼ＳＵＰ９の棒を材料として用い、これを熱間でスタビライザ形状に成形したのち、焼入れ・焼戻しを行なうか、または、４００〜５００℃の温間で成形することであった。製品の組織は、前者がソルバイトであり、後者がベイナイトである。熱間加工はむろん、温間加工も、スタビライザ製造時のエネルギー消費が大きい。加熱炉を使用するから、多品種・少量生産には向かないという問題もある。その上、曲げ成形時に、ツールマークが発生することが避けられない
【０００４】
そこで、主として省エネの観点から、また、多品種・少量生産を可能にし、ツールマークの問題をなくすことを意図して、冷間でスタビライザを製造することも試みられている。その場合の鋼の組織もまた、ベイナイトまたはソルバイトである。しかし、冷間成形で得られるベイナイトまたはソルバイトは、熱間や温間で成形したものに比べ、機械的性質において見劣りがする。伸びが小さく、疲労強度も低いためであって、熱間・温間で成形したスタビライザ製品の性能に匹敵するものはあらわれていない。
【０００５】
従来、スタビライザにとって重要な性能である疲労強度は、硬度を高めれば改善されると理解されてきた。事実、熱間・温間で成形した部品に関しては、回転曲げ試験のデータで整理すると、高硬度化イコール高疲労強度という結果であって、スタビライザについても同様と考えられる。発明者は、スタビライザを冷間成形により製造する技術の改善を企てて研究の過程において、非調質・冷間成形材の疲労強度は、同一硬さにおいては、（フェライト＋パーライト）組織の方がベイナイトやソルバイトよりも有利であることを見出した。
【０００６】
しかし、（フェライト＋パーライト）組織で得られる硬さには限界があり、硬くするために合金元素を増量すると、（Ｍｎ＋Ｃｒ）が１．８重量％を超えるあたりからベイナイト組織になってしまうため、（フェライト＋パーライト）で到達できる硬さはＨＲＣ３５までである。これより硬い組織はベイナイトが混在し、疲労強度はむしろ低下してしまう。Ｃ量その他の合金元素添加量、材料のサイズなどを考慮に入れると、（Ｍｎ＋Ｃｒ）は１．８重量％以下が望ましい。
【０００７】
そこで発明者らは、（フェライト＋パーライト）の硬さを高め疲労強度を向上させる方策として、Ｓｉの増量によるフェライトの強化と、Ｃ，ＭｎおよびＣｒの適切な添加量の選択によるパーライトの強化とをあわせて行なうことを考え、合金元素の系としてＳｉ−Ｍｎ−Ｃｒを中心とする鋼を設計し、その鋼が、疲労強度が高く、伸び、絞りおよび衝撃値などの機械的性質がすぐれており、しかも限界圧縮率がベイナイトやソルバイト組織のものより高く、したがって冷間成形によりスタビライザを製造する材料として有用であることを確認した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した発明者の新知見を活用して、（フェライト＋パーライト）組織をもち、自動車用スタビライザの材料として好適な鋼を材料とするスタビライザと、その製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の自動車用スタビライザは、重量％で、Ｃ：０．４５〜０．６５％、Ｓｉ：１．２〜２．２％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．７％以下、Ｃｒ：０．３〜１．５％およびＶ：０．１〜０．３％を含有し、ただし、Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦１．８であって、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｕ：０．３０％以下であり、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、（フェライト＋パーライト）が面積率で９０％以上を占め、硬さＨＲＣ３０以上、伸び１５％以上、絞り４０％以上の特性を有する鋼を材料として使用し、冷間成形により製造した自動車用スタビライザである。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明の自動車用スタビライザを製造する方法は、上記の合金組成を有し、（フェライト＋パーライト）が面積率で９０％以上を占め、硬さＨＲＣ３０以上、伸び１５％以上、絞り４０％以上である鋼を、冷間加工により自動車用スタビライザの形状に成形することからなる。
【００１１】
材料とする鋼は、上記した合金成分に加えて、さらにＭｏ：０．０１〜０．１％を含有する合金組成を有していてもよい。この場合を含め、合金組成を上記のように限定した理由は、つぎのとおりである。
【００１２】
Ｃ：０．４５〜０．６５％
Ｃは、材料に硬さを与え、必要な疲労強度を確保する上で重要な成分であって、ある程度の添加を要するが、多量になるとパーライト面積率が増大し、伸びと絞りを低下させるから、０．４５〜０．６５％という狭い範囲から選択した量のＣを存在させる。
【００１３】
Ｓｉ：１．２〜２．２％
本発明においては、前記のように、Ｓｉによるフェライトの強化を図る。このために、少なくとも１．２％という高い添加量を必要とする。しかし、過大な量を添加すると熱間圧延時に脱炭が起こりやすくなるから、２．２％以下のＳｉ量を選ぶ。
【００１４】
Ｍｎ：０．３〜１．５％
Ｍｎは強度の確保に必要であるが、ベイナイト組織を抑制する必要から、あまり多量の添加はできず、上記した０．３〜１．５％の範囲からえらぶ。
【００１５】
Ｎｉ：０．７％以下
Ｎｉは、フェライトの強化に役立つから、なるべく添加したい成分であるが、コスト高を招くので、０．７％までの添加量を選ぶ。
【００１６】
Ｃｒ：０．３〜１．５％
Ｍｎと同様、強度の確保に必要であるが、やはりベイナイト組織を抑制するために、多量の添加は適切でない。０．３〜１．５％の範囲は、こうした観点から決定した。
【００１７】
Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦１．８
前述のように、組織を（フェライト＋パーライト）に保つ上で、この制約があって、上限を超えると、組織がベイナイトの混在するものとなり、疲労強度が低下する。
【００１８】
Ｖ：０．１〜０．３％
耐力の向上と結晶の微細化のために必要な成分である。多量に添加すると巨大な炭化物が晶出してしまい、冷間加工性が低下する。添加効果と炭化物生成とのバランスで、０．１〜０．３％の範囲を定めた。
【００１９】
Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｕ：０．３０％以下
これらはいずれも不純物であり、とくにＰおよびＳは不可避的に、混入してくる。ともに粒界に析出して靱性を損なうので、上記した許容限度０．０３％以内の含有量に止める。Ｃｕは、原料を吟味することで混入を防ぐことができる。上記の０．３０％は許容限度である。
【００２０】
（フェライト＋パーライト）：面積率で９０％以上
硬さ：ＨＲＣ３０以上
伸び：１５％以上
絞り：４０％以上
ベイナイト組織は疲労強度を低くするため、好ましくない。それ以外の、つまりフェライトとパーライトとが優勢でなければならず、両者の合計が面積率にして９０％以上あることを必要とする。ＨＲＣ３０以上の硬さは、疲労強度を確保するために必要である。冷間成形が可能であるためには、伸びが１５％以上、絞りが４０％以上であることを要する。
【００２１】
Ｍｏ：０．０１〜０．１０％
Ｍｏは必須でなく任意添加元素であるが、Ｍｏの存在は材料に靱性を与えるので好ましい。この効果は０．０１％以上の添加で得られる。コストの点から、０．１％までの添加量に止めるのが賢明である。
【００２２】
【実施例】
表１に示す合金組成の鋼を溶製し、インゴットに鋳造した。「従来鋼」は、ＳＵＰ９Ａである。各鋼について組織を調べ、硬さを測定した。引張り試験は、ＪＩＳ４号試験片を用意して行なった。衝撃値は、２ｍｍＵノッチ付きシャルピー試験片を用いて測定した。つぎに、この材料を径１９ｍｍの棒材に圧延し、冷間成形によって自動車用スタビライザの粗形状を与えた。この製品について、疲労強度および限界圧縮率を、つぎのようにして測定した。
［疲労強度］
ＪＩＳ Ｚ ２２７４「金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」に基づいて実施。
［限界圧縮率］
上記の棒材から高さ２２．５ｍｍの円柱状試験片を用意し、据え込んで、割れが生じる限界の圧縮率を記録した。
【００２３】
以上の試験の結果を、表２にまとめて示す。表２のデータから、硬さと疲労強度との関係をプロットして、図１のグラフを得た。図１のグラフから、本発明の実施例は、同じ硬さにおいて比較例より高い疲労強度を有することがわかる。つぎに、硬さと限界圧縮率との関係をプロットして、図２のグラフを得た。図２のグラフは、本発明の材料が比較例にくらべて、鍛造性が格段に高いことを示している。
【００２４】

【００２５】

【００２６】
【発明の効果】
本発明の自動車用スタビライザは、適切な合金組成の選択により、（フェライト＋パーライト）組織を維持し、高い疲労強度を与える高い硬さと、すぐれた機械的性質とを有する鋼を材料とし、冷間成形によって製品とすることができたものである。自動車用スタビライザの製造に当たって、従来はかえりみられなかった冷間成形の採用を可能にしたことは、消費エネルギーの節約に止まらず、多品種・少量生産が容易になることを意味する。合金成分に高価なものはわずかしか使用していないから、本発明の自動車用スタビライザの製造コストは、従来技術によるよりも、著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施データにおける、硬さと疲労強度との関係をプロットして得たグラフ。
【図２】本発明の実施データにおける、硬さと限界圧縮率との関係をプロットして得たグラフ。
【符号の説明】図１および図２において、グラフの右側の略号は、それぞれ下記の意味である。
Ｂ：ベイナイト
α＋Ｐ：フェライト＋パーライト
Ｍ：マルテンサイト

Claims (3)

1. 重量％で、Ｃ：０．４５〜０．６５％、Ｓｉ：１．２〜２．２％、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ｎｉ：０．７％以下、Ｃｒ：０．３〜１．５％およびＶ：０．１〜０．３％を含有し、ただし、Ｍｎ％＋Ｃｒ％≦１．８であって、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｕ：０．３０％以下であり、残部が実質上Ｆｅからなる合金組成を有し、（フェライト＋パーライト）が面積率で９０％以上を占め、硬さＨＲＣ３０以上、伸び１５％以上、絞り４０％以上の特性を有する鋼を材料として使用し、冷間成形により製造した自動車用スタビライザ。
2. 前記した合金成分に加えて、さらにＭｏ：０．０１〜０．１０％を含有する合金組成を有する鋼を材料として使用した請求項１の自動車用スタビライザ。
3. 請求項１または２に規定した合金組成を有し、（フェライト＋パーライト）が面積率で９０％以上を占め、硬さＨＲＣ３０以上、伸び１５％以上、絞り４０％以上である鋼を、冷間加工により自動車用スタビライザの形状に成形することからなる自動車用スタビライザの製造方法。

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