JP2006089783A - 靭性に優れた高強度スタビライザ用鋼およびスタビライザの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、スタビライザ形状に熱間成形後、直ちに水焼入れする高強度スタビライザ用鋼およびスタビライザの製造方法を提供する。
【解決手段】質量％でＣ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、必要に応じてＢ：０．０００５〜０．００５０％、を添加し、その場合は更にＴｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上を添加する。スタビライザ形状に熱間成形後、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れを直ちに行う。
【選択図】 無し
【解決手段】質量％でＣ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、必要に応じてＢ：０．０００５〜０．００５０％、を添加し、その場合は更にＴｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上を添加する。スタビライザ形状に熱間成形後、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れを直ちに行う。
【選択図】 無し
Description
本発明は、高強度スタビライザ用鋼およびスタビライザの製造方法に関し、特にスタビライザ形状に熱間成形後、直ちに水焼入れし、常温および低温靭性に優れたものに関する。
自動車の旋回時にロールを少なくし、乗り心地および走行安定性を向上させる懸架機構上の重要保安部品にスタビライザがある。
スタビライザはばね作用により車体の傾斜を抑えるため、素材となる鋼には十分な強度と耐久性が要求される。
従来、スタビライザはＳ４８Ｃ等の炭素鋼や、ＳＵＰ９等のばね鋼の熱間圧延鋼材を所定の寸法に切断後、熱間で鍛造および曲げ成形を行い、成形後、油焼入れ焼き戻しにより所定の強度に調質して製造されていたが、最近、コストダウンのため、熱処理を省略し、生産性の向上、合理化を図ることが強く要望されるようになってきた。
特許文献１は、熱間圧延後に強加工や焼入れ焼き戻しなどを行わなくとも、熱延ままで１２０〜１５０ｋｇｆ／ｍｍ2の高強度を有し、延靭性に優れ冷間曲げ加工が可能で、ばねやスタビライザ等に加工可能な非調質ばね用圧延線状鋼または棒状鋼に関し、０．１３〜０．３５％Ｃ−０．１〜１．８％Ｓｉ−０．８〜１．８％Ｃｒ系にＮｂ，Ｔｉ、Ｂを添加する成分組成の鋼が記載されている。
特許文献２は、強度が１１５０ＭＰａ以上で冷間加工性が良好な非調質の高強度鋼材に関し、熱間圧延ままの非調質状態で所望の強度を得るため、Ｖを主力元素として、他の析出硬化元素と複合添加した組成の鋼を、低温で熱間圧延後適切な冷却速度で冷却して、スタビライザ等の緩衝・復元機構部材用鋼材とすることが記載されている。
最近、産業界では、コストダウンに加えて、地球環境問題に対する意識の向上から、製造現場において地球環境負荷の小さいことが要望されるようになっている。
スタビライザの場合、素材の成分組成によっては熱間成形後、油焼入れによる焼入れ焼戻し処理が必要とされるが、油廃液の処理は地球環境上負荷となるため、油の利用を回避した工程とすることが望まれている。
また、自動車の使用においては全地球環境での安全性の確保が必要で、重要保安部品であるスタビライザについては常温での靭性のみならず、寒冷地における低温靭性の確保が重要である。
本発明は、熱間成形後直ちに水焼入れし、焼戻しを行わない水焼入れままで、８００N／ｍｍ2級の引張強さと常温靭性として2UＥ20：２００Ｊ／ｃｍ2以上、低温靭性として2UＥ-100：１００Ｊ／ｃｍ2以上の優れた靭性を有するスタビライザ用鋼およびスタビライザの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は上述した観点から鋭意研究を重ねた結果、成分組成を低Ｃ−高Ｍｎ−Ｃｒ系、または低Ｃ−高Ｍｎ−Ｂ−Ｃｒ系にＴｉ，Ｖ，Ｎｂの一種または二種以上を添加した場合、熱間成形後、直ちに水焼入れした後において、Ｓ４８Ｃなどの炭素鋼を油焼入れー焼戻し処理した場合と同等の機械的特性が得られ、特に低温靭性において優れることを見出した。
本発明は以上の知見を基に更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は、
１ 質量％でＣ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、スタビライザ形状に熱間成形後直ちに行う、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れままで優れた靭性が得られる高強度スタビライザ用鋼。
２ 質量％でＣ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、更にＴｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、スタビライザ形状に熱間成形後直ちに行う、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れままで優れた靭性が得られる高強度スタビライザ用鋼。
３ １または２記載の成分組成の鋼をＡｃ3＋５０〜Ａｃ3＋１００℃に加熱後、スタビライザ形状に熱間成形し、当該温度範囲から直ちに水焼入れすることを特徴とする靭性に優れた高強度スタビライザの製造方法。
１ 質量％でＣ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、スタビライザ形状に熱間成形後直ちに行う、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れままで優れた靭性が得られる高強度スタビライザ用鋼。
２ 質量％でＣ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．６０％以下、Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、更にＴｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、スタビライザ形状に熱間成形後直ちに行う、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れままで優れた靭性が得られる高強度スタビライザ用鋼。
３ １または２記載の成分組成の鋼をＡｃ3＋５０〜Ａｃ3＋１００℃に加熱後、スタビライザ形状に熱間成形し、当該温度範囲から直ちに水焼入れすることを特徴とする靭性に優れた高強度スタビライザの製造方法。
本発明によれば、熱間加工によりスタビライザ形状に成形後、直ちに行う水焼入れままで、ＴＳ８００Ｎ／ｍｍ2級で優れた常温および低温靭性を有するスタビライザ用鋼およびスタビライザの製造方法が得られ、地球環境および産業上極めて有用である。
本発明における成分限定理由について説明する。
Ｃ
Ｃは鋼の強度を高めるのに有効で、水焼入れ後の状態で引張り強さ８００Ｎ／ｍｍ2を確保するため少なくとも０．０５％以上とする。一方、０．２０％を超えて添加するとスタビライザ形状にするための曲げ加工性に劣り、靭性も低下するので０．０５〜０．２０％とする。
Ｃは鋼の強度を高めるのに有効で、水焼入れ後の状態で引張り強さ８００Ｎ／ｍｍ2を確保するため少なくとも０．０５％以上とする。一方、０．２０％を超えて添加するとスタビライザ形状にするための曲げ加工性に劣り、靭性も低下するので０．０５〜０．２０％とする。
Ｓｉ
Ｓｉは溶製時の脱酸に必要で、基地の固溶強化やばねとしての耐へたり性を高めるためにも有効なため０．６０％を上限として添加する。
Ｓｉは溶製時の脱酸に必要で、基地の固溶強化やばねとしての耐へたり性を高めるためにも有効なため０．６０％を上限として添加する。
Ｍｎ
ＭｎはＳｉとともに溶製時に脱酸剤として働き、鋼の焼入れ性を高めるため０．３０％以上添加する。一方、１．５０％を超えて添加すると偏析が増加し曲げ加工性や靭性が劣化するため０．３０〜１．５０％とする。
ＭｎはＳｉとともに溶製時に脱酸剤として働き、鋼の焼入れ性を高めるため０．３０％以上添加する。一方、１．５０％を超えて添加すると偏析が増加し曲げ加工性や靭性が劣化するため０．３０〜１．５０％とする。
Ｃｒ
ＣｒはＭｎと同様に焼入れ性を向上し、脱炭の防止にも有効なため０．０５％以上とする。一方、０．８０％を超えて添加すると偏析が増加し、曲げ加工性や靭性が劣化するので０．０５〜０．８０％とする。
ＣｒはＭｎと同様に焼入れ性を向上し、脱炭の防止にも有効なため０．０５％以上とする。一方、０．８０％を超えて添加すると偏析が増加し、曲げ加工性や靭性が劣化するので０．０５〜０．８０％とする。
Ａｌ
Ａｌは母材を微細組織とし靭性を向上させるため０．００５％以上とする。一方、０．０６５％を超えて添加すると酸化物系介在物が増加し、靭性が低下するので０．００５〜０．０６５％とする。
Ａｌは母材を微細組織とし靭性を向上させるため０．００５％以上とする。一方、０．０６５％を超えて添加すると酸化物系介在物が増加し、靭性が低下するので０．００５〜０．０６５％とする。
本発明は以上の成分組成で、仕上圧延温度９００〜１１００℃で熱間圧延し、水焼入れままで高強度と優れた低温靭性が得られるが、更に特性を向上させる場合、Ｂを添加し、更にＴｉ，Ｖ，Ｎｂの一種または二種以上を添加することができる。
Ｂ
Ｂは極めて微量で焼入れ性を向上させ、強度や靭性を向上させるので、添加する場合は０．０００５〜０．００５０％とする。
Ｂは極めて微量で焼入れ性を向上させ、強度や靭性を向上させるので、添加する場合は０．０００５〜０．００５０％とする。
Ｔｉ，V、Ｎｂ
これらの元素はいずれも結晶粒を微細化し、炭窒化物を析出して靭性や強度を向上させるので、添加する場合はＴｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上を添加する。
これらの元素はいずれも結晶粒を微細化し、炭窒化物を析出して靭性や強度を向上させるので、添加する場合はＴｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｖ：０．００５〜０．０５０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上を添加する。
上述した成分組成の鋼を、熱間（棒鋼）圧延する場合は仕上圧延温度を９００〜１１００℃で行うと好ましい。９００℃より低い場合は熱間変形抵抗が大きく、圧延機の寿命が低下する。一方、１１００℃を越えると圧延時に高温割れなどが生じやすくなるため、仕上圧延温度を９００〜１１００℃とすると好ましい。
水焼入れする際の温度は炭化物を十分固溶する温度以上で、オーステナイト結晶粒の粗大化により靭性が低下しない温度以下とすればよく、スタビライザの場合、Ａｃ3＋５０℃以上、Ａｃ3＋１００℃以下とする。
本発明鋼を用いてスタビライザを製造する場合、仕上圧延温度９００〜１１００℃の熱間圧延材を、Ａｃ3＋５０℃以上、Ａｃ3＋１００℃以下に加熱、スタビライザ形状に熱間成形後直ちに水焼入れを行うと、焼戻しを行わない水焼入れままで、８００N／ｍｍ2級の引張強さと常温靭性として2UＥ20：２００Ｊ／ｃｍ2以上、低温靭性として2UＥ-100：１００Ｊ／ｃｍ2以上のスタビライザが得られる。
表１に示す成分組成の鋼を溶製し連続鋳造したブルームより１６０ｍｍ角ビレットを鋼片圧延し、φ２２ｍｍに棒鋼圧延して供試材とした。供試材の成分組成は鋼Ｎｏ．１〜２０を本発明範囲内、鋼Ｎｏ．２１〜３２を本発明範囲外とした。鋼Ｎｏ．３３は現用鋼のＳ４８Ｃの成分組成とした。
これらの供試材をスタビライザ形状に熱間成形を行った後、直ちに水焼入れし、引張試験と衝撃試験を行った。表２に水焼入れの温度（表では加熱温度と表示）および自動変態点測定装置で測定したＡｃ3変態点を示す。水焼入れは所定の温度で６０分保持して水焼入れを行った。
表２では成分組成が本発明範囲の鋼で、焼入れ温度を本発明範囲内：Ａｃ3＋５０〜Ａｃ3＋１００℃として水焼入れした供試材を本発明の実施例１〜４０とし、成分組成または焼入れ温度が本発明範囲から外れるものを比較例１〜２６とした。
比較例１〜１４は成分組成は本発明範囲内であるが焼入れ温度が本発明範囲外の供試材、比較例１５〜２６は成分組成が本発明範囲外で、焼入れ温度が本発明範囲内の供試材である。
表３に引張試験結果と衝撃試験結果を示す。引張試験では、０．２％耐力、引張強さ、伸び、絞りを求めた。衝撃試験は２ｍｍＵノッチ付衝撃試験片を用い、試験温度２０℃、−１００℃での衝撃値を求めた。試験本数は各試験温度で３本行い、表にはその平均値を記載した。
本発明の実施例１〜４０では引張強さ（ＴＳ）が８５５（実施例２４）〜９３８Ｎ／ｍｍ2（実施例２８），２０℃での衝撃値が２１０（実施例２６）〜２６３Ｊ／ｃｍ2（実施例３３），−１００℃での衝撃値が１２６（実施例３８）〜１８９Ｊ／ｃｍ2（実施例１９）が得られた。
一方、比較例１〜２６において、８００N／ｍｍ2級の引張強さと常温靭性として2UＥ20：２００Ｊ／ｃｍ2以上、低温靭性として2UＥ-100：１００Ｊ／ｃｍ2以上の目的の特性に対し、比較例１、３、９、１３、１５、１９は引張強さ、常温靭性、低温靭性が低く、その他の比較例は常温靭性、低温靭性が低い。
以上の試験結果より、請求項１、２記載の成分組成を有する棒鋼を、スタビライザ形状に熱間成形後、Ａｃ3＋５０〜Ａｃ3＋１００℃から直ちに水焼入れを行った場合、高強度と優れた低温靭性が得られることが確認された。
本発明で得られたスタビライザを、引張強さ８００N／ｍｍ2級のスタビライザとして通常試験に用いられる応力振幅±３９７Ｎ／ｍｍ2の耐久試験で評価基準１０万回をクリアー、亀裂や破損などの不具合が発生せず良好な疲労特性を有することが確認された。
尚、現用鋼Ｓ４８Ｃを用いたスタビライザの−１００℃での衝撃値は１０Ｊ／ｃｍ2で、本発明の実施例に対して著しく劣っていた。
Claims (3)
- 質量％で
Ｃ：０．０５〜０．２０％、
Ｓｉ：０．６０％以下、
Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、
スタビライザ形状に熱間成形後直ちに行う、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れままで優れた靭性が得られる高強度スタビライザ用鋼。 - 質量％で
Ｃ：０．０５〜０．２０％、
Ｓｉ：０．６０％以下、
Ｍｎ：０．３０〜１．５０％、
Ｃｒ：０．０５〜０．８０％、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％、
Ａｌ：０．００５〜０．０６５％、
更に
Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％、
Ｖ：０．００５〜０．０５０％、
Ｎｂ：０．００５〜０．０５０％の一種または二種以上、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、
スタビライザ形状に熱間成形後直ちに行う、Ａｃ3＋５０℃〜Ａｃ3＋１００℃からの水焼入れままで優れた靭性が得られる高強度スタビライザ用鋼。 - 請求項１または２記載の成分組成の鋼をＡｃ3＋５０〜Ａｃ3＋１００℃に加熱後、スタビライザ形状に熱間成形し、当該温度範囲から直ちに水焼入れすることを特徴とする靭性に優れた高強度スタビライザの製造方法。
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