JP2017532450A - 熱間成形鋼ばねを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、以下のステップを含む方法によって、熱間成形（１８、１８’、１８’’）によって、鋼線（１）から製造されるばね（３’）またはトーションバー（３’’）に関し、方法は：ａ）鋼線（１）を用意するステップと；ｂ）ステップａ）で提供される鋼線（１）を熱機械成形するステップ（１２）と；ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線（１）を冷却するステップ（１３）と；ｄ）棒（２）を形成するための長さにステップｃ）で冷却された鋼線（１）を切断するステップ（１６）と；ｅ）ステップｄ）で長さに切断された棒（２）を加熱するステップ（１７）と；ｆ）ステップｅ）で加熱された棒（２）を熱間成形するステップ（１８、１８’、１８’’）と；ｇ）ステップｆ）でばね（３’）またはトーションバー（３’’）に熱間成形された棒を焼入れ、および焼戻すステップであって、Ｉ．ステップｆ）でばね（３’）またはトーションバー（３’’）に熱間成形された棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１９）と、ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられたばね（３’）またはトーションバー（３’’）を第１の焼戻し温度まで再加熱するステップと、ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された熱間成形されたばね（３’）または棒（２）を第２の冷却温度まで冷却するステップとを含む、ステップとを含み、ステップｃ）で鋼線（１）を冷却するステップ（１３）において、冷却が、最低再結晶温度未満の温度まで実施されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト微細組織が鋼線（１）内に生成される。【選択図】図１

Description

本発明は、熱間成形ばねおよび／またはトーションバー、熱間成形ばねおよび／またはトーションバーを製造するための方法、ならびに熱間成形ばねおよび／またはトーションバーを製造するための鋼線の使用に関する。

成形された鋼線から作られるばねおよびトーションバーは、従来技術において多数の実施形態において公知である。トーションバーは、例えば、トルク棒ばね、安定化トルク棒またはトーションバーばねとも呼ばれる。鋼ばねおよびトーションバーばねは、特に自動車の中で使用され、鋼ばねは、例えば衝撃吸収システム内で路面凹凸を吸収するために使用され、トーションバーばねは、特に、自動車コーナリング、変化する路面上での自動車走行、および路面の凹凸がある場合に、シャーシの傾斜および歪みに対して安定性を提供するために使用される。ばねおよびトーションバーを提供するための鋼線の成形は、冷間成形方法および／または熱間成形方法によって実行され得る。この成形の前に、鋼線は、ばねおよび強度特性に影響を及ぼす様々な準備工程を経ることができる。例えば、鋼ばねおよび／またはトーションバーばねの製造のために使用されるばね鋼は、構造目的の使用に適した強度および靭性を高め、材料の更なる特定の使用特性を改善するために、熱機械成形（ＴＭＦ）作業を受ける。例えば、高い強度を有するばねおよび／またはトーションバーは、より少ない材料投入によって、したがって、低重量および低材料コストによって製造され得る。従来技術は、熱処理、次いで成形作業を含む複数の様々な方法を開示している。冷間成形の場合、鋼線の靭性および成形性が成形率の増加に伴って冷間凝固の結果として低下するので、鋼線の成形性は制限される。

熱間成形される螺旋状ばねの大量生産では、ＴＭＦが傾斜圧延法の形態で既に使用されているが、しかし、ここでは、作成済みの個々の棒ばねだけに限られる。そのような方法は、独国特許第１０３１５４１８号明細書の中に開示されている。ＴＭＦが、螺旋状ばねの熱間巻取りの直前に、一段階傾斜圧延法によって棒ばねに実施される。熱間成形ばねは、オイルの中で焼入れされ、その結果マルテンサイト組織が得られる。

独国特許第１９８３９３８３号明細書は、捩り応力ばね要素のための鋼鉄の熱機械処理のための方法を記載する。出発材料は、１０８０℃の温度まで急速に加熱され、オーステナイト化される。その後、出発材料はＴＭＦを受け、それによって再結晶を達成する。その後、中間冷却せずに、出発材料は焼入れによって硬化される。

この工程は、ＴＭＦから焼入れまでのすべてのステップが実施される一体型製造ラインの中で実施される。熱機械成形およびしたがって必要とされる焼戻しを直接に連続して実施することによって、以下の不都合な点が発生する。

１．熱機械成形、通常は圧延から生じる鋼線の長さの変化が、そのすぐ後の熱間成形および焼戻しの工程パラメータに直接の影響を及ぼす。

２．熱機械成形、熱間巻取りならびに焼戻しの工程時間および温度を互いに一致させる必要があり、それを実施することは、工程技術の点から困難である。その理由は、熱機械成形のための好適な温度が、鋼線材料のオーステナイト温度のすぐ上の温度に過ぎないが、一方、はるかに高い温度まで加熱することが、熱間成形および焼戻しのために有利であるからである。

３．ＴＭＦと熱間巻取りとの間に、追加の工程ステップを棒に施すことが必要であり（例えば、正確な長さに切断すること）、それが焼入れ硬化前の期間を延長する。したがって、棒はある時間の間、非常に高温に保たれ、それによって、例えば、結晶成長および脱炭など、組織に不利な変化を招く可能性がある。

４．ＴＭＦおよび熱間巻取り装置は、各棒ばねについて異なる実行時間を含む。したがって、製造ラインの処理量が最も遅い工程構成要素によって定められることになり、したがって速い方の工程構成要素が最大生産能力で稼働しておらず、その結果として不経済である。

５．任意の工程構成要素の停止（例えば、保守点検のため、または故障が原因で）によって、全体の製造ラインが停止する。

６．すべての巻取りシステムについて、別個のＴＭＦユニットが用意できている状態に保たれる必要がある。複数の鋼ばねが同時に製造される場合、このことは、相当する数のＴＭＦユニットを意味する。

７．不定の線直径を含む棒ばねの加工は、制御の程度が著しく複雑になることがあるとしても、一体型製造ラインによって現在可能である。

８．熱機械成形についてばねの製造において採用される一段階傾斜圧延操作（前述の独国特許第１０３１５４１８号明細書に相当する）は、４００ｒｐｍ以上の速度で長手軸を中心として鋼線を回転することにつながる。これは個別化された線ばねでは実施可能であるが、しかし、連続した鋼線の場合には実施できない。傾斜圧延の代わりに、二段階穴型圧延操作が使用され得ることは既に公知である。しかし、穴型圧延が採用される場合でも、やはり上記の１〜７の不都合な点が存在する。

独国特許第１０３１５４１８号明細書 独国特許第１９８３９３８３号明細書

したがって本発明の目的は、改良されたばねおよび／またはトーションバー、ならびに改良されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための改良された方法を提供することであり、本発明では前述の不都合な点が回避されている。より詳細には、改良されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための改良された方法は、より安定した製造方法を提供することができ、高品質要求を確実に達成する。更に、改良されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための改良された方法は、既存の方法で、容易で確実な様式で実施されることができる。

この目的は、請求項１に特許請求されるばねおよび／またはトーションバー、ならびに請求項５で特許請求される方法によって達成される。本発明の有利な改良点が、従属請求項の中に明記される。

本発明のばねは、本発明の線ばねが従来の線ばねに比較してより高い靭性を有するという、従来のばねに優る利点を有する。線ばねの靭性がより高いことから、本発明のばねは、より高い応力を受けることができる。本発明のばねの更なる利点は、従来のばねに比較してより低重量であり、使用寿命がより長い点である。更に、本発明のばねは、従来のばねに比較して、より小さい寸法およびより短いばねの長さによって特に設計されることが可能であり、それは、本発明のばねが小さい空間の中にでもやはり配置され得ることを意味する。

本発明のトーションバーは、本発明の線ばねが従来の線ばねに比較してより高い靭性を有するという、従来のトーションバーに優る利点を有する。線ばねの靭性がより高いので、本発明のトーションバーはより高い応力を受けることができる。本発明のトーションバーの更なる利点は、従来のトーションバーに比較して使用寿命がより長い点である。

ばねおよび／またはトーションバーを製造するための本発明の方法には、本発明のばねおよび／またはトーションバーが、従来の線ばねに比較してより高い靭性を含む線ばねを備えるという、従来の方法よりも有利な点がある。本発明の方法の更なる利点は、本発明の方法が容易に、確実に既存の方法の中に一体化され得るという点である。更に、本発明の方法は、
−方法の中でＴＭＦと焼戻しとを分離することによって、例えば、温度などの最適の方法パラメータが、各ステップについて確立されることが可能になる
−方法の中でＴＭＦを下流の製造ステップから分離することによって、最適のスループット率が、各ステップについて確立されることが可能になる
−例えば、所望の長さに正確に切断すること、または不定の鋼線直径および／または棒直径を製造することなど、鋼線および／または棒に追加的に必要とされる任意の工程ステップが、焼入れ硬化前に、工程の持続期間を延長せずに着手され得る
−長期間高温を保つ結果として、鋼線および／または棒の中の組織内に不都合な変化が発生する危険性が低減される
−任意の工程構成要素の停止（例えば、保守点検のため、または故障が原因で）が、全体の製造ラインに悪影響を与えず、他の工程ステップは製造を継続することができる
−すべての巻取りシステムに対して用意のできた状態に個々のＴＭＦユニットを保つ必要がなく、使用されるべき巻取りシステムの選択をＴＭＦユニットから独立して行うことができるので、製造の融通性が向上した
−不定の、特に変化する鋼線直径で棒ばねを製造することが、本発明の方法によって、容易な様式で複雑性を増大させずに可能である
という利点を有する。

したがって本発明は、以下のステップを含む方法によって、熱間成形によって、鋼線から製造されるばねおよび／またはトーションバーを提供し、その方法が、
ａ）鋼線を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される鋼線を鋼線の最低再結晶温度を超えて熱機械間成形するステップであって、前記鋼線が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップと、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線を冷却するステップと、
ｄ）棒を提供するための長さにステップｃ）で冷却された鋼線を切断するステップと、
ｅ）ステップｄ）で長さに切断された棒を少なくとも成形温度まで加熱するステップであって、成形温度が、鋼線の最低再結晶温度を超える温度であり、好適には、オーステナイト開始温度に等しい、またはオーステナイト開始温度より高い温度である、ステップと、
ｆ）ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｅ）で加熱された棒を熱間成形するステップと、
ｇ）ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｆ）で熱間成形された棒を焼戻すステップであって、
Ｉ．ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｆ）で熱間成形された棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップであって、第１の冷却温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップと、
ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられたばねまたはトーションバーをオーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された熱間成形された棒ばねを第２の冷却温度まで冷却するステップであって、第２の冷却温度が少なくとも第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと
を含み、
最低再結晶温度未満の温度までステップｃ）で鋼線を冷却するステップによって、鋼線が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が鋼線内に確立される。

本発明は、更に、ばねおよび／またはトーションバーを製造するための方法を提供し、その方法が、
ａ）鋼線を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される鋼線を鋼線の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップであって、鋼線が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップと、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線を冷却するステップと、
ｄ）棒を提供するための長さにステップｃ）で冷却された鋼線を切断するステップと、
ｅ）ステップｄ）で長さに切断された棒を少なくとも成形温度まで加熱するステップであって、成形温度が、鋼線の最低再結晶温度を超える温度であり、好適には、オーステナイト開始温度に等しい、またはオーステナイト開始温度より高い温度である、ステップと、
ｆ）ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｅ）で加熱された棒を熱間成形するステップと、
ｇ）ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｆ）で熱間成形された棒を焼戻すステップであって、
Ｉ．ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｆ）で熱間成形された棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップであって、第１の冷却温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップと、
ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられたばねまたはトーションバーをオーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された熱間成形された棒ばねを第２の冷却温度まで冷却するステップであって、第２の冷却温度が少なくとも第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと
を含み、
最低再結晶温度未満の温度までステップｃ）で鋼線を冷却するステップによって、鋼線が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が鋼線内に確立される。

本発明の方法は、鋼線（長さに切断するステップが冷却するステップの後に続く場合）または棒ばね（長さに切断するステップが冷却するステップに先行する場合）が、熱機械成形の後に２００℃未満の温度まで冷却されて、パーライト−フェライト組織が冷却された鋼線または棒ばね内に確立されることを特徴とする。パーライト−フェライト組織の形成によって、鋼線または棒ばねが高い柔軟性、したがって処理に対して優れた従順性を特色とする中間状態に鋼線または棒ばねを変える。この柔軟性があるため、方法の中で、ＴＭＦをその後の熱間成形ステップおよび焼戻しステップから分離することを達成することができる。ＴＭＦと熱間成形するステップまたは焼戻しステップとの間の期間内で、硬化された形態にされていないので、鋼線または棒ばねは処理に対してはるかに優れた従順性がある。したがって、次いで鋼線または棒ばねが、更なる処理ステップ、例えば引抜、微粉砕または定尺切断を別々に受けることができる。ＴＭＦにより、この状態の線鋼または棒ばねが、既に微細組織を有するが、それでもやはり柔軟で冷温であり、したがって優れた加工性を含むので、これもまた改善された方法で可能である。

本発明は、更に、熱間成形されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための鋼線の使用を提供し、その使用が、
ａ）鋼線を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される鋼線を鋼線の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップであって、前記鋼線が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップと、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線を冷却するステップと、
ｄ）棒を提供するための長さにステップｃ）で冷却された鋼線を切断するステップと、
ｅ）ステップｄ）で長さに切断された棒を少なくとも成形温度まで加熱するステップであって、成形温度が、鋼線の最低再結晶温度を超える温度であり、好適には、オーステナイト開始温度に等しい、またはオーステナイト開始温度より高い温度である、ステップと、
ｆ）ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｅ）で加熱された棒を熱間成形するステップと、
ｇ）ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｆ）で熱間成形された棒を焼戻すステップであって、
Ｉ．ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｆ）で熱間成形された棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップであって、第１の冷却温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップと、
ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられたばねまたはトーションバーを、オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された熱間成形された棒ばねを第２の冷却温度まで冷却するステップであって、第２の冷却温度が少なくとも第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと
を含み、
最低再結晶温度未満の温度までステップｃ）で鋼線を冷却するステップによって、鋼線が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が鋼線内に確立される。

パーライト−フェライト組織の形成によって、鋼線が高い柔軟性、したがって処理に対して優れた従順性を特色とする中間状態に鋼線を変える。この柔軟性があるため、方法の中で、ＴＭＦをその後の焼戻しステップから分離することを達成することができる。ＴＭＦと焼戻しステップとの間の期間中に、硬化された形態にされていないので、鋼線は処理に対してはるかに優れた従順性がある。

本発明は、ばねまたはトーションバーのいずれかにおいて、あるいは本発明のばね線、あるいはばねおよび／またはトーションバー、またはばね線を製造する方法において、かつばねおよび／またはトーションバーを製造するための鋼線の使用においてのいずれかで実施され得る。

本発明の文脈の中で、ばねは、応力下で撓み、応力が解除される後、元の状態に戻る鋼線からできている構成要素を意味すると理解されたい。より詳細には、ばねは、鋼線から螺旋状または渦巻き状形態に巻かれた、あるいは棒の形態で伸展、または屈曲される構成要素であることができる。ばねの実施例は、螺旋状ばね、特に螺旋状圧縮ばね、螺旋状張力ばね、円錐コイルばね、弾性ばね、可撓性ばね、特に渦巻き状ばね、巻かれたトーションばねおよびそれらの組合せからなるグループから選択される。

本発明の文脈では、トーションバーはバー要素を意味し、トーションバーが両端部において固定される場合、固定された両端部は、バー要素の軸線を中心として互いに対して枢動運動を実施すると理解されたい。より詳細には、機械応力が、棒要素の軸線に対して正接方向に係合するトルクを通して重要な程度に発生する。トーションバーは、例えば、まっすぐなトーションバー、角のあるトーションバー、トーションバーばね、トーションばね、安定化トーションばね、スタビライザー、分割スタビライザーおよびそれらの組合せを意味すると更に理解されたい。

本発明の文脈における熱間成形は、再結晶温度を超えて鋼線を成形することを意味すると理解されたい。より詳細には、例えば熱間成形中、または熱間成形のすぐ後の鋼鉄など、材料が再結晶し、その結果として材料が元の特性を回復する。より詳細には、材料の特性がＴＭＦの中で改良される。例えば、熱間成形は、成形と同時に、材料組織が再結晶することとして言及される。熱間成形の実施例は、熱間巻取り、熱間曲げおよびそれらの組合せである。

再結晶温度は、所与の成形程度を含む冷間成形された組織の場合、制限された時間内で再結晶を完了することにつながる仮焼温度である。再結晶温度は固定値を有さないが、しかし事前の冷間成形の程度および材料の溶融温度、特に鋼鉄の溶融温度に依存する。例えば、鋼鉄の場合、再結晶温度は、特定の鋼鉄の炭素含有量および合金にも依存する。

最低再結晶温度は、再結晶、特に鋼線の組織の再結晶がやはり存在する最も低い温度を意味すると理解されたい。

本発明の文脈でオーステナイト開始温度は、少なくとも部分的にオーステナイト組織への変換が存在する温度を意味すると理解されたい。より詳細には、オーステナイト温度で、少なくとも部分的にオーステナイト組織への変換が存在する。

本発明の文脈で焼戻しは、部分的または完全な焼戻しであることができる。

例えば、ステップｂ）の中の熱機械成形、ステップｅ）の中の加熱、ステップｇ）ＩＩ．の中の再加熱の中で発生する熱伝達、および／または本発明の文脈の中の別の熱伝達は、熱伝導、特に伝導加熱、熱放射、特に赤外線放射、誘導による加熱、対流による加熱、特に加熱ファン、およびそれらの組合せから選択された１つを意味すると理解されたい。

本発明の文脈の中のスタビライザーは、安定化トーションバーを意味するとやはり理解されたい。より詳細には、スタビライザーの部分および／または分割されたスタビライザーもやはり、本発明のスタビライザーを意味するとやはり理解されたい。

ステップｇ）ＩＩ．での再加熱は、その後のステップｇ）ＩＩＩ．での冷却と共に、焼鈍しを意味すると理解されたい。

本発明の好適な実施形態では、ばねおよび／またはトーションバーの製造が、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線によって実施される。より詳細には、本発明の文脈では、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線は、亜共析鋼を意味すると理解されたい。

本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）およびステップｄ）、ならびに／またはステップｄ）およびステップｅ）の順序が所望である。

本発明の好適な実施形態では、ステップｂ）での熱機械成形が、オーステナイト開始温度に等しい温度、またはオーステナイト開始温度より高い温度で、好適にはオーステナイト終了温度に等しい温度、またはオーステナイト終了温度より高い温度で、より好適には、オーステナイト終了温度からオーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲で実行される。

本発明の文脈でオーステナイト終了温度は、オーステナイト組織への変換が完了する温度を意味すると理解されたい。

したがって、好適な実施形態では、この中間状態、すなわち、ＴＭＦ後かつ焼戻し前に、まだ連続鋼線の形態である鋼線が、貯蔵または運搬の目的で巻き上げられ、特に巻き取られることが想定される。鋼線がより柔軟であるほど、このことはより容易に可能である。その後の焼戻しのために、鋼線が再び巻き戻される。したがって、その後の焼戻しがＴＭＦから完全に分離される。

本発明の工程順序は、温度範囲に関して、ＴＭＦから焼戻しを分離することを更に可能にする。ＴＭＦ中の最適の成形温度が、鋼線材料のオーステナイト温度をわずかに超える温度、特に鋼線材料のオーステナイト温度を５０℃未満超える温度であるが、一方、顕著により高い温度への加熱は、焼戻しのために有利である。したがって、好適な構成では、焼戻し温度は、成形温度を超え、特に鋼線材料のオーステナイト温度を５０℃以上超える温度である。工程の中でＴＭＦと焼戻しの分離によって、２つのステップのそれぞれのために最適温度が確立されることが可能になる。

本発明の工程順序の更なる利点は、焼戻しステップおよびＴＭＦの２つの工程を分離することによって、両方の工程が、特定の工程について最適である鋼線のスループット率（必要な）で実施されることを可能にすることである。ＴＭＦにおける鋼線のスループット率は、焼戻しにおけるスループット率と必ずしも同じではない。一体型製造ラインでは、対照的に、２つの工程の遅い方の工程が、両方の工程に対するスループット率を設定し、それは２つの工程の一方が最適な状態下で作動せず、すなわち不経済な様式で作動するということを意味する。

鋼ばねが、熱間成形後にオーステナイト開始温度を超える温度を依然として有することが好ましい。鋼ばねが、熱間成形後に、オーステナイト開始温度に等しい温度またはオーステナイト開始温度未満の温度を有する場合、鋼ばねはオーステナイト開始温度を超える温度まで再加熱される。オーステナイト開始温度を超えるこの温度から進められる焼入れが、焼戻し中に実行され得る。

しかし、好適には、焼入れは、熱間成形後のオーステナイト温度未満に中間冷却せずに実行される。熱間成形工程からの工程の熱が、したがって焼戻しのために利用される。

好適には、この工程は熱間成形された鋼ばねの製造の中で実施され、その工程では個々の棒ばねが、熱間成形ステップの前に鋼線から分離される。

好適には、熱間成形される螺旋状ばねの製造でその工程が採用される。この場合、棒ばねは、鋼ばねを提供するために熱間巻取りされ、熱間巻取り後に初めて螺旋状ばねが焼戻される。

同様に好適には、熱間成形されるトーションバーばねの製造において工程が採用される。この場合、棒ばねが、熱間曲げによって更に加工されて、トーションバーばね、特に自動車のシャーシ用スタビライザーを提供するが、熱間曲げ後に初めてトーションバーばねが焼戻される。

本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）での鋼線の冷却が、少なくとも最低再結晶温度未満の温度まで、好適には２００℃の温度未満、より好適には９０℃の温度未満まで実行される。

ＴＭＦ後の冷却は、パーライト−フェライト組織が確立されることを保証するような低い冷却速度で好適には実行される。この目的のために、当業者は、材料に相当するＴＴＴ曲線を採用することができ、それによって冷却速度を読み取ることが可能である。

理論的には、鋼線が中間冷却後に熱間成形工程のために再加熱される必要があるので、提案される手順は、公知の工程に比較すると不経済であるように見える。しかし、それによって達成される分離が、最初に言及された不都合な点を回避し、それによって技術的観点からより優れており、一体型製造から得られる利点よりも経済的に有利であるとして評価され得るということが発見された。加えて、中間冷却が、熱交換機を含めることによって、制御された様式で実行されることがやはり可能であり、熱交換機によって、冷却からの廃熱がＴＭＦまたは後続の焼戻しにかなり高い効率で再び利用可能となる。

本発明によって、熱間成形される鋼ばね、特に鋼鉄から作られる螺旋状ばねまたはトーションバーばねを製造するために既に前処理された鋼線を使用することが可能になる。鋼線は、２００℃未満の温度、特に室温である。更に、鋼線は、熱機械成形操作を既に受けており、パーライト−フェライト組織を有する。加えて、鋼線は、棒を提供するための長さに既に切断されている。次いで、これらの棒は焼戻され、焼戻しには、以下のステップ、鋼線を鋼線材料のオーステナイト温度を超える焼戻し温度まで加熱し、オーステナイト化するステップが含まれる。その後、棒は熱間成形されて熱間成形鋼ばねを製造し、次いで焼戻し温度に加熱された棒は、焼入れられて棒の中にマルテンサイト組織を形成し、その鋼線を焼鈍す。工程に関して言及される利点および発展が、この使用に応用可能である。

本発明の好適な実施形態では、棒がステップｅ）で、オーステナイト開始温度に等しい温度、またはオーステナイト開始温度より高い温度に、好適にはオーステナイト終了温度に等しい温度、またはオーステナイト終了温度より高い温度まで、より好適には、オーステナイト終了温度からオーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲に加熱される。

本発明の好適な実施形態では、ステップｆ）で熱間成形されたばねまたは棒をステップｇ）Ｉで焼入れることによって、ばねまたは棒の組織が少なくとも部分的にマルテンサイトへ転換することを経験し、ばねまたは棒が少なくともマルテンサイト開始温度にさらされ、それによって、鋼線の焼入れが、好適には、２００℃未満または２００℃に等しい鋼線の第１の冷却温度まで実行される。

本発明の文脈でマルテンサイト開始温度は、少なくとも部分的にマルテンサイト組織への変換が存在する温度を意味すると理解されたい。

本発明の好適な実施形態では、ばねまたはトーションバーを提供するために、ステップｇ）で熱間成形された棒の焼戻しが、鋼線の断面に亘って硬度特性を確立する。例えば、鋼線の硬度は、鋼線の縁部から中心部まで変化することができる。より詳細には、硬度は、鋼線の縁部から中心部まで低下または上昇し、あるいは等しくすることができる。好適には、硬度は、鋼線の縁部から中心部まで低下する。例えば、これは、ステップｄ）からステップｇ）までの１つの後、鋼線を縁部加熱、その後再冷却することによって実行されることができる。

本発明の好適な実施形態では、ステップｇ）の後、更にステップｈ）の中で、ばねまたはトーションバーを提供するために、熱間成形された棒の縁部加熱、続いて再冷却が実行され、それによって、硬度が、熱間成形された棒ばねの縁部から中心部まで上昇する。

本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）の後、更にステップｉ）で、鋼線が巻き取られる。

本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）からステップｇ）までの１つの後に、更にステップｋ）の中で、ばねまたはトーションバーを提供するために、熱間成形された鋼線および／または棒の熱間ショットブラストが、第１の焼鈍し温度未満、特に１５０℃〜５００℃の熱間ジェッティング温度範囲内である熱間ジェッティング温度で実行される。

本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）からステップｇ）までの１つの後、更にステップｊ）の中で、ばねまたはトーションバーを提供するために、熱間成形された鋼線および／または棒の表面処理が実行され、その中で、ばねまたはトーションバーを提供するために、熱間成形された鋼線の表面および／または棒の表面が、少なくとも部分的に除去される。

本発明の好適な実施形態では、製造されたばねおよび／またはトーションバーは、体積で４０％を超える、好適には体積で８０％を超える、より好適には体積で９０％を超える、最も好適には体積で９５％を超えるマルテンサイト含有量を有する。

本発明の好適な実施形態では、工程が、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線によって実施される。

本発明の好適な実施形態では、熱間成形されたばねおよび／またはトーションバーの製造が、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線を使用して実施される。

本発明の好適な実施例
本発明を改善する追加の方法が、本発明の好適な実施例の説明および図面への参照と共に、以下に詳細に考察される。

本発明の一実施形態の本発明の工程の概略図である。 図１による実施形態についての温度のグラフである。 従来技術による工程の概略図である。

図１および図２は、共に以下に説明される。巻き付けられた鋼線１が、リング１０上に設けられている。鋼線１は、約８００℃の第１の成形温度Ｔ_１まで最初に加熱され、第１の成形温度Ｔ_１は、鋼線１の最低再結晶温度を超え、特にこの場合、７８５℃のオーステナイト温度Ａ_Ｃ３を超える温度である、１１。次いで、鋼線１は、熱機械成形１２を受ける。ＴＭＦが鋼線圧延工程の後すぐに行われ、鋼線の温度が依然として所望の成形温度Ｔ_１である場合、加熱１１を省くことができる。

熱機械成形１２は、多段階穴型圧延によって実行され得る。その後、鋼線１は、パーライト−フェライト組織、すなわち柔軟な組織が鋼線１の内部で確立されるような緩やかな速度で冷却される１３。冷却は、室温または周囲温度で簡単に保管されることによって任意の追加的介入なしに実行され得るが、しかし、冷却は好適には制御された様式で実行される。追加的にまたは別法として、冷却は、鋼線１の巻取り１４中、または巻取り１４後に実行可能であり、巻取り１４は、柔軟な微細構造状態にあるので容易に可能である。廃熱を工程に戻すことができるように、冷却のための熱交換機を設けることができる。

次いで鋼線１が巻き取られる場合、鋼線１は、１つの工程場所から次の工程場所へ運送され、そこで更に加工されることができる。図２では、このことは巻取り１４後の温度グラフの中の途切れた部分によって図示されている。次いで、ばね製造者は熱機械成形１２によって前処理された鋼線１を鋼線製造者から購入することができ、ＴＭＦのために必要な設備を社内に維持する必要がない。このことは、ばね製造者にとっての空間および資本コストを節約する。

任意の所望期間の保管および／または運送後に、鋼線１の熱間成形１８’、１８’’および焼戻しが開始し、結局はＴＭＦの後すぐに行う必要がない（または配置の点から）。巻戻し１５後に、鋼線１は個々の棒２に切断される１６。鋼線１の切断に関係して、例えば、洗浄、矯正、研削および／または剥離などの追加的加工ステップが、鋼線１または切断された棒２に実施され得る。

その後、熱間成形１８’、１８’’の準備のために、棒２が、オーステナイト温度Ａ_Ｃ３を超える第２の成形温度Ｔ_２まで加熱される１７。この場合には、第２の成形温度Ｔ_２は約９５０℃である。加熱は非常に迅速に実行され、好適には、誘導手段または伝導手段によって実施される。加熱は、少なくとも５０Ｋ／ｓ、好適には少なくとも１００Ｋ／ｓの加熱速度で実行される。その後、棒２は、螺旋状ばね３’を提供するために熱間巻取り１８’、またはトーションバー３’’を提供するために熱間曲げ１８’’を受ける。温度の顕著な変化なしに（ばね３の温度は、熱間成形１８’、１８’’中、及び焼入れ前に、わずかに低下する可能性があるが）、焼入れ１９が、例えば油浴で実行され、それによって、製造されるばね３の中にマルテンサイト組織を確立する。その後、ばね３は焼鈍される２０。

従来技術による工程が、図３に概略的形態で示されている。発明性のある概念から逸脱して、棒２を提供するための切断が、ＴＭＦの実施前に行われる。ＴＭＦ１２は、熱間成形１８、１８’、１８’’および焼入れ１９と共に一体型製造ラインの中で実施された。ＴＭＦのために加熱された鋼線１が、焼入れを除いて、オーステナイト温度を超える温度に保たれた。

実施の観点から、本発明は、上記に特定される好適な実施例に限定されない。その代わり、基本的に異なる種類の実施の中でも提示される解決策を利用する複数の考えられる変形が存在する。特許請求の範囲、構造または３次元配置の詳細を含む説明または図面から明らかであるすべての特徴および／または利点が、それ自体で、または多様な異なる組合せの中で本発明にとって必須であってよい。

上記に説明される種類のばねおよび／またはトーションバーは、例えば、自動車の製造、特に自動車のシャーシの製造の中で使用される。

１ 鋼線
２ 棒
３ ばね
３’ 螺旋状ばね
３’’ トーションバー
１０ リング
１１ 加熱
１２ 熱機械成形（ＴＭＦ）
１３ 冷却
１４ 巻取り
１５ 巻戻し
１６ 長さに切断
１７ 加熱
１８ 熱間成形
１８’ 熱間巻取り
１８’’ 熱間曲げ
１９ 焼入れ
２０ 焼鈍し

Claims (15)

1. 以下のステップを含む方法によって、熱間成形（１８、１８’、１８’’）によって、鋼線（１）から製造されるばね（３’）またはトーションバー（３’’）であって、方法が、
   ａ）鋼線（１）を用意するステップと、
   ｂ）ステップａ）で提供される前記鋼線（１）を前記鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）であって、前記鋼線（１）が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップ（１２）と、
   ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された前記鋼線（１）を冷却するステップ（１３）と、
   ｄ）棒（２）を提供するための長さにステップｃ）で冷却された前記鋼線（１）を切断するステップ（１６）と、
   ｅ）ステップｄ）で長さに切断された前記棒（２）を少なくとも成形温度（Ｔ２）まで加熱するステップ（１７）であって、前記成形温度（Ｔ２）が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度を超える温度であり、好適には、前記オーステナイト開始温度に等しい、または前記オーステナイト開始温度より高い温度である、ステップ（１７）と、
   ｆ）ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｅ）で加熱された前記棒（２）を熱間成形するステップ（１８、１８’、１８’’）と、
   ｇ）ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を焼戻すステップであって、
   Ｉ．ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１９）であって、前記第１の冷却温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップ（１９）と、
   ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられた前記ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を、前記オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
   ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された前記熱間成形されたばね（３’）または棒（２）を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、前記第２の冷却温度が、少なくとも前記第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと
   を含み、
   前記最低再結晶温度未満の温度までステップｃ）で前記鋼線（１）を冷却するステップ（１３）によって、前記鋼線（１）が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が前記鋼線（１）内に確立されることを特徴とする、ばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
2. ステップｃ）およびｄ）、ならびに／またはステップｄ）およびｅ）の順番が、所望であることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
3. ステップｂ）で前記熱機械成形するステップが、前記オーステナイト開始温度に等しい温度、または前記オーステナイト開始温度より高い温度で、好適には前記オーステナイト終了温度に等しい温度、または前記オーステナイト終了温度より高い温度で、より好適には、前記オーステナイト終了温度から前記オーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲で実行されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
4. ステップｃ）で前記鋼線を前記冷却するステップ（１３）が、少なくとも前記最低再結晶温度未満の温度、好適には２００℃の温度未満、より好適には９０℃の温度未満まで実行されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
5. ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法が、
   ａ）鋼線（１）を用意するステップと、
   ｂ）ステップａ）で提供される前記鋼線（１）を前記鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）であって、前記鋼線（１）が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップ（１２）と、
   ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された前記鋼線（１）を冷却するステップ（１３）と、
   ｄ）棒（２）を提供するための長さにステップｃ）で冷却された前記鋼線（１）を切断するステップ（１６）と、
   ｅ）ステップｄ）で長さに切断された前記棒（２）を少なくとも成形温度（Ｔ２）まで加熱するステップ（１７）であって、前記成形温度（Ｔ２）が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度を超える温度であり、好適には、前記オーステナイト開始温度に等しい、または前記オーステナイト開始温度より高い温度である、ステップ（１７）と、
   ｆ）ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｅ）で加熱された前記棒（２）を熱間成形するステップ（１８、１８’、１８’’）と、
   ｇ）ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を焼戻すステップであって、
   Ｉ．ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１９）であって、前記第１の冷却温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップ（１９）と、
   ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられた前記ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を前記オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
   ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された前記熱間成形されたばね（３’）または棒（２）を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、前記第２の冷却温度が、少なくとも前記第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと
   を含み、
   前記最低再結晶温度未満の温度までステップｃ）で前記鋼線（１）を冷却するステップ（１３）によって、前記鋼線（１）が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が前記鋼線（１）内に確立されることを特徴とする、ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
6. ステップｃ）およびｄ）、ならびに／またはステップｄ）およびｅ）の順番が、所望であることを特徴とする、請求項５に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
7. ステップｂ）で前記熱機械成形するステップが、前記オーステナイト開始温度に等しい温度、または前記オーステナイト開始温度より高い温度で、好適には前記オーステナイト終了温度に等しい温度、または前記オーステナイト終了温度より高い温度で、より好適には、前記オーステナイト終了温度から前記オーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲で実行されることを特徴とする、請求項５または６のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
8. ステップｃ）で前記鋼線を前記冷却するステップ（１３）が、少なくとも前記最低再結晶温度未満の温度、好適には２００℃の温度未満、より好適には９０℃の温度未満まで実行されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
9. ステップｅ）で前記棒（２）を前記加熱するステップ（１７）が、前記オーステナイト開始温度に等しい温度、または前記オーステナイト開始温度より高い温度まで、好適には前記オーステナイト終了温度に等しい温度、または前記オーステナイト終了温度より高い温度まで実行されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
10. ステップｆ）で熱間成形された前記ばね（３’）または前記棒（２）をステップｇ）Ｉ．で前記焼入れるステップ（１９）によって、前記ばねまたは棒の組織が少なくとも部分的にマルテンサイトへ転換することを経験し、前記ばね（３’）または前記棒（２）が少なくともマルテンサイト開始温度にさらされ、それによって、前記熱間成形されたばね（３’）または前記棒（２）を焼入れるステップ（１９）が、好適には２００℃未満または２００℃に等しい前記鋼線（１）の前記第１の冷却温度まで実行されることを特徴とする、請求項５から９のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
11. ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を前記焼戻すステップが、前記鋼線の断面に亘って硬度特性を確立することを特徴とする、請求項５から１０のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
12. ステップｇ）の後、更にステップｈ）の中で、ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、熱間成形された前記棒の縁部を加熱し、続いて再冷却するステップが実行され、それによって、前記硬度が、前記熱間成形されたばね（３’）または棒（２）の縁部から中心部まで上昇することを特徴とする、請求項５から１１のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
13. ステップｃ）の後、更にステップｉ）の中で、前記鋼線（１）が巻き取られる（１４、１５）ことを特徴とする、請求項５から１２のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
14. ステップｃ）からステップｇ）までの１つの後、更にステップｊ）の中で、ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、熱間成形された前記鋼線（１）および／または前記棒の表面処理が実行され、その処理では、ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、熱間成形された前記鋼線（１）の表面および／または前記棒の表面が少なくとも部分的に除去されることを特徴とする、請求項５から１３のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
15. 請求項１から４のいずれか一項に記載の熱間成形されたばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための鋼線（１）の使用であって、
    ａ）鋼線（１）を用意するステップと、
    ｂ）ステップａ）で提供される前記鋼線（１）を前記鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）であって、前記鋼線（１）が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップ（１２）と、
    ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された前記鋼線（１）を冷却するステップ（１３）と、
    ｄ）棒（２）を提供するための長さにステップｃ）で冷却された前記鋼線（１）を切断するステップ（１６）と、
    ｅ）ステップｄ）で長さに切断された前記棒（２）を少なくとも成形温度（Ｔ２）まで加熱するステップ（１７）であって、前記成形温度（Ｔ２）が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度を超える温度であり、好適には、前記オーステナイト開始温度に等しい、または前記オーステナイト開始温度より高い温度である、ステップ（１７）と、
    ｆ）ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｅ）で加熱された前記棒（２）を熱間成形するステップ（１８、１８’、１８’’）と、
    ｇ）ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を焼戻すステップであって、
    Ｉ．ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を提供するために、ステップｆ）で熱間成形された前記棒を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１９）であって、前記第１の冷却温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップ（１９）と、
    ＩＩ．ステップＩ．で焼入れられた前記ばね（３’）またはトーションバー（３’’）を前記オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
    ＩＩＩ．ステップＩＩ．で再加熱された前記熱間成形されたばね（３’）または棒（２）を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、前記第２の冷却温度が、少なくとも前記第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと
    を含み、
    前記最低再結晶温度未満の温度までステップｃ）で前記鋼線（１）を冷却するステップ（１３）によって、前記鋼線（１）が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が前記鋼線（１）内に確立されることを特徴とする、鋼線（１）の使用。

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