JP2990615B2 - 高強度鋼製スウェーバーおよびその製造方法 - Google Patents

高強度鋼製スウェーバーおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高強度鋼製スタビライザまたはスウェーバー
およびその製造方法に係り、特に、所定の幾何学形状
（例えば、形状）を有するスウェーバー（swaybar）で
あって、好ましい方位の粒子または集合組織を有する高
強度鋼で形成されたスウェーバーに関するものである。
また、本発明は高強度鋼素材をスウェーバーに冷間加工
または温間加工する方法に関する。公知のスウェーバー
については、とりわけ米国特許第2961253号、同第32180
53号および同第3315252号で説明されている。
従来技術、および発明が解決しようとする課題 スウェーバーは、自動車等のボディを安定化するため
に使用される。例えば、カーブに沿って走行する際に、
車両の慣性によって生じる横揺れを防止するためにスウ
ェーバーが使用される。このスウェーバーの機能を好適
に保証するために、高弾性率すなわち硬直性を有する高
強度鋼でスウェーバーを形成することが重要である。
従来、鋼製スウェーバーは、鋼素材を所望形状に熱間
鍛造することにより形成されている。熱間鍛造技術は当
該技術分野において周知である。典型的な熱間鍛造で
は、スウェーバーを製造するために使用される鋼素材
は、当初、鋼の再結晶温度より十分上の約1100℃（2000
゜F）またはそれ以上の温度に加熱される。鋼素材は、
この温度でスウェーバーに鍛造されるが、スウェーバー
の最終形状が得られると、完成されたスウェーバーの機
械的特性は、使用される鋼および望まれる最終的な機械
的特性に依存して、その後の焼きならしまたは焼入れお
よび焼戻し処理により形成される。鋼素材を最終形状に
熱間鍛造することにより、ランダム方位を有する粒子を
含む鋼が製造される。
更に、熱間鍛造中に達した温度において、鋼の実質的
なスケールおよび脱炭が生じる場合がある。このスケー
ルおよび脱炭面は、最終部材を得るために除去する必要
があるので、公知の熱間鍛造技術の中には、所定量の材
料の無駄を生じさせるもの、およびスケールを除去する
上で必要な追加処理ステップにより経費の増加を生じさ
せるものがある。さなに熱間鍛造は、鋼素材を鍛造温度
に加熱するために消費されるエネルギの故にコスト高で
ある。製造費は、焼入れおよび焼戻しが実施される場
合、オーステナイト化および焼戻し中のエネルギ消費の
増加ならびに追加処理ステップを含めることと関連する
費用のために、更に増大する。
課題を解決するための手段 本発明によるスウェーバーは、少なくとも１つの湾曲
部のある所定形状を有する高強度鋼製バーを含み、セグ
メント（湾曲部）位置でスウェーバーの強度を増すべ
く、高強度鋼の結晶粒が、少なくともスウェーバーのセ
グメントに沿う好ましい方位（集合組織すなわち繊維組
織）を有する。
スウェーバーは、高強度鋼製であり、少なくとも一部
すなわちセグメントに沿って、好適方位の鋼結晶粒また
は集合組織を有する。或る形態によれば、スウェーバー
の大部分の長さまたは全長に沿って、鋼結晶粒が好適方
位を有する。この集合組織は、スウェーバーの長手方向
軸線に沿う強度を増すために、この長手方向軸線にほぼ
平行であることが好ましい。
本発明による、高強度鋼からスウェーバーを製造する
方法は、降伏強度と引張り強度とを有する高強度鋼素材
を用意する段階と、所定温度で高強度鋼素材のセグメン
トを成形して、少なくとも１つの湾曲部を有する所定形
状のスウェーバーになす段階とを含み、セグメントが好
ましい方位の結晶粒（集合組織すなわち繊維組織）を有
し、それによってスウェーバーの降伏強度と引張り強度
が高強度鋼素材と実質的に同等またはそれ以上であるよ
うに前記成形が行われる。
本発明の一観点によれば、該製造方法が冷間成形を含
み、該冷間成形によって、その後の焼きなまし処理を要
することなく、スウェーバーの降伏強度と引張り強度
が、高強度鋼素材と実質的に同等またはそれ以上とな
る。
本発明の他の観点によれば、本発明方法は、高強度鋼
素材を温間成形する段階を含み、該温間成形によってス
ウェーバーの降伏強度と引張り強度が高強度鋼素材と実
質的に同等またはそれ以上になされる。
かくして、高強度鋼製スウェーバーの製造方法は、高
強度鋼素材を冷間成形するか、または温間成形する段階
を含み、それによってスウェーバーの降伏強度と引張り
強度が高強度鋼素材と実質的に同等またはそれ以上にな
される。好ましくは、所望の降伏強度と引張り強度を有
するスウェーバーが、別の強化処理段階を要することな
く製造される。
他の特徴によれば、鋼素材の一部すなわちセグメント
が冷間加工または温間加工され、もって、製造されたス
ウェーバーの対応するセグメントの強度が増加する。こ
の追加強度は、スウェーバーをその所定の幾何学形状に
維持するのを助ける。すなわち、形成されたスウェーバ
ーのそれらの部分はその形状を維持するための追加的強
度強化機構（すなわち、歪み硬化）を有する。
ランダム結晶粒組織を有する熱間鍛造鋼製の従来公知
のスウェーバーと対照的に、本発明のスウェーバーは好
ましい方位の粒子または集合組織を有する高強度鋼で形
成される。さらに対照的に、この新規な方法は所望の高
強度特性を有する鋼素材から高強度鋼スウェーバーを製
造することを含む。この方法は、鋼素材をスウェーバー
に冷間加工または温間加工することを含み、もって、ス
ウェーバーの降伏強度および引張り強度が鋼素材のそれ
とほぼ同等またはより大きくなる。これらの方法によれ
ば、鋼素材は、予め存在する集合組織および（または）
その後にそれに形成される集合組織を保持することが可
能であり、スウェーバーは追加処理ステップを必要とせ
ずに製造可能である。
本発明の原理、目的、効果は、下記詳細な説明により
更によく理解されるだろう。
スウェーバーは、好適には、少なくとも約600MPa（90
000psi）の降伏強度と、少なくとも約800MPa（120000ps
i）の引張り強度を有する高強度鋼素材で形成される。
実施例 本発明は幅広い範囲の各種幾何学形状を有するスウェ
ーバーに係る。この一形状が第１図に示されている。ス
ウェーバー10は、長手方向軸線12を有する、図示のよう
な所定の幾何学形状体である。スウェーバー10は、好ま
しい方位を有する鋼結晶粒15または集合組織を含む高強
度鋼で形成される。スウェーバー10の鋼結晶粒15は、長
手方向軸線12（第1A図参照）に対してほぼ平行であるこ
とが好ましい。
本発明の好ましい実施例によるスウェーバーは、鋼素
材の長手方向軸線に平行な集合組織化された結晶粒を有
する高強度鋼素材で形成され、もって、これらの集合組
織化された結晶粒の方位が、冷間加工または温間加工後
の製造されたスウェーバーの長手方向軸線に対してほぼ
平行になる。代替例として、スウェーバーは、ランダム
方位を有する結晶粒を含む高強度鋼素材で形成され、も
って、加工中に（すなわち、鋼素材からスウェーバー
に）変形される結晶粒のみが集合組織化される。
最も好ましい形態において、スウェーバーは、少なく
とも約600MPa（90000psi）、好ましくは少なくとも約90
0MPa（130000psi）の降伏強度と、少なくとも約800MPa
（120000psi）、好ましくは少なくとも約1025MPa（1500
00psi）の引張り強度とを有する高強度鋼素材で形成さ
れる。その後、これらの鋼素材は所定の幾何学形状を有
するスウェーバーに、150℃（300゜F）より低い温度で
冷間加工されるかまたは約150℃（300゜F）からほぼ鋼
の再結晶温度までの温度範囲内で温間加工される。完全
な再結晶を防止する温度で鋼素材を加工（すなわち、永
久変形）することにより、好ましい方位の鋼結晶粒また
は集合組織を有するスウェーバーが製造される。好まし
い実施例において、高強度鋼スウェーバーを製造する方
法は、上記降伏強度および引張り強度ならびに鋼素材の
長手方向軸線に平行な好ましい方位を有する高強度鋼素
材を提供することを含む。
スウェーバーが形成される際の温度は、使用される鋼
の化学組成に関連する。鋼素材がスウェーバーに冷間加
工されるとき、高強度鋼は重量％で下記組成により例示
可能である： 炭素： 約0.30〜約１％ マンガン： 約2.0〜約2.5％ バナジウム： 約0.35％以下 鉄： 残部 より好ましい形態において、高強度鋼は重量％で下記組
成を有する： 炭素： 約0.50〜約0.55％ マンガン： 約2.0〜約2.5％ バナジウム： 約0.03〜約0.15％ 鉄： 残部 温間加工プロセスが使用される場合、高強度鋼は重量％
で下記組成により例示可能である： 炭素： 約0.03〜約0.65％ マンガン： 約0.30〜約2.5％ バナジウム： 約0.35％以下 鉄： 残部 より好ましい形態において、高強度鋼は重量％で下記成
分により例示可能である： 炭素： 約0.50〜約0.55％ マンガン： 約1.20〜約1.65％ バナジウム： 約0.03〜約0.15％ 鉄： 残部 上記成分において、コロンビウム、シリコンおよびア
ルミニウムを全体的にまたは部分的にバナジウムの代わ
りに使用可能であるが、バナジウムが強度および延性の
観点から好ましい。
鋼素材が本発明によるスウェーバーに冷間加工される
場合、スウェーバーの降伏強度および引張り強度は鋼素
材とほぼ同じかまたは大きくなり、その後の焼なましス
テップは不要である。鋼素材がスウェーバーに温間加工
または冷間加工される場合、これにより製造されるスウ
ェーバーは更に強度を増大する必要はない。
本発明方法において出発材料として使用される高強度
鋼素材は、当該技術分野において公知である好適方法で
製造される。或る形態において、本発明によるスウェー
バーを製造する上で使用される高強度鋼素材は、熱間減
厚加工されかつ冷間引抜き加工され、上記降伏強度と引
張り強度とを有し、鋼素材の長手方向軸線に平行な好ま
しい方位の粒子を持つ鋼素材を形成する。この方法の一
例が米国特許第3904445号明細書に開示されている。
米国特許第3904445号は、Ｕ字状ボルトを含むねじ付
ファスナを製造するのに特に有用な形式の高強度鋼棒材
を製造するための処理手順を開示している。開示された
プロセスにおいて、所定の開示された範囲内の化学的性
質を有する鋼は最終板厚10％〜15％の範囲に熱間減厚加
工される。その後、熱間減厚加工された鋼棒材は、迅速
に空冷のために、個々の長さに切断または分離される。
この時点で、製造された鋼棒材は、約ASTM No.5〜８の
微粒組織を有し、これらの結晶粒はランダム方位を有す
る。その後、個々の長さの熱間減厚加工された鋼素材は
最終寸法に至るまで冷間加工される。最終ステップは、
冷間仕上げから形成される残留応力を減少させるため
の、制御された応力除去ステップである。この応力除去
は金属の機械的特性を比較的不変の状態とする。この応
力除去ステップは、所定長の鋼棒材を約１時間の間、温
度約260〜450℃（500〜850゜F）に加熱することを含む
が、必要または不必要な場合がある。したがって、この
鋼棒材は本発明によるスウェーバーを製造するための高
強度鋼の出発材料を形成するために使用可能である。
商業的に最も入手し易い鋼は多結晶体（すなわち、多
数の結晶粒から成るもの）である。各結晶粒は、結晶組
織全体を通じて反復するパターンで存在する金属原子を
有する。鋼部材の結晶粒は、金属が形成される際の温度
を含む、多数の要因に依存して、ランダム方位、好まし
い方位またはこれら両方位を有してもよい。鋼は塑性ま
たは永久変形される場合、その再結晶温度以上の温度で
熱間加工される。温間加工の場合、鋼は永久変形される
前に、一般的にその再結晶温度より低い温度に予熱され
る。冷間加工は一般的に約室温で実施される。
熱間鍛造のように熱間加工される鋼はランダム方位
（第２図参照）を有する結晶粒18を有する。すなわち、
各結晶粒の組織方位は結晶粒ごとに異なる。このランダ
ム方位の結果として、一般的に鋼の機械的特性は均質
（すなわち、全方向において同じ）となる。対照的に、
鋼を冷間加工または温間加工すると、影響を受けた鋼結
晶粒（すなわち、永久変形された結晶粒）はこれらの鋼
結晶粒が変形される方法に従って（すなわち、好ましい
方位に）配向され、その結果、一般的に少なくとも鋼の
変形部の機械的特性は本質的に均質となる。再結晶温度
以上の温度での加工は集合組織化された結晶粒の形成を
防止するのみならず予め存在する集合組織を除去する。
集合組織化された結晶粒はランダム方位を有する結晶粒
より好ましい方位の方向に沿って強度が増大する（すな
わち、高弾性率を有する）。例えば、鋼棒材を冷間圧延
または押出し加工することにより、鋼棒材の結晶粒が延
伸され、鋼棒材の長手方向軸線（第1A図参照）に平行な
好ましい方位に再配向される。この方位の結果として、
鋼棒材はその長手方向軸線に沿って強度が最も増大す
る。従って、高強度鋼結晶粒を集合組織化するかまたは
すでに集合組織化された結晶粒をそのままとする形成加
工が望ましい。冷間加工または温間加工は予め存在する
集合組織化された結晶粒を保持可能とするのみならずこ
の処理は集合組織化を増すことが可能である。
冷間加工および温間加工は永久変形箇所において鋼の
強度を増大することが可能であるので、当初はランダム
配向された結晶粒を有する鋼素材または鋼棒材でさえ、
冷間加工または温間加工により永久変形される部分また
はセグメントにおいて強度を増大することが可能であ
る。したがって、結晶粒がランダムに配向され、冷間加
工または温間加工により永久的に湾曲される鋼棒材また
は鋼素材はその全長に沿う他の点におけるより湾曲部に
沿って強度を増大することが可能である。同様に、鋼棒
材の長手方向軸線に平行な好ましい方位を有する結晶粒
を含み、冷間加工または温間加工により永久的に湾曲さ
れる鋼棒材もその全長に沿う他の点におけるより湾曲部
に沿って強度を増大することが可能である。鋼棒材が湾
曲されると、鋼棒材の集合組織化された結晶粒も長手方
向軸線（第1A図参照）に追従して湾曲する。しかし、所
定の永久変形度の場合、冷間加工は温間加工より大きな
強度を増大する効果を有する。
図面の簡単な説明 第１図は本発明によるスウェーバーの斜視図である。
第1A図は好ましい方位を有する鋼結晶粒を示す、第１
図の円で囲んだ領域の長手方向部に沿う拡大金属組織図
である。
第２図はランダム方位の鋼結晶粒（18）を示す、公知
例による熱間鍛造スウェーバーの対応セグメントの金属
組織拡大断面図である。
10:スウェーバー、12:長手方向軸線、15,18:鋼結晶粒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 38/12 Ｃ２２Ｃ 38/12 Ｆ１６Ｆ 1/14 Ｆ１６Ｆ 1/14 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C21D 8/00,9/00 F16F 1/14 - 1/16 B60G 21/055

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの湾曲部のある所定形状を
    有する高強度鋼製バーを含むスウェーバー（10）におい
    て、 前記高強度鋼の結晶粒（15）が、少なくとも前記湾曲部
    の湾曲方向に沿う集合組織を有し、前記湾曲部における
    前記スウェーバー（10）の強度を増すことを特徴とする
    スウェーバー。
  2. 【請求項２】前記スウェーバー（10）の大部分の長さに
    沿う方向の集合組織を有する請求項１に記載されたスウ
    ェーバー。
  3. 【請求項３】前記集合組織を有する前記スウェーバー
    （10）を得るべく、前記湾曲部が、前記高強度鋼の再結
    晶温度未満の温度で、該高強度鋼素材を所定形状に永久
    変形することによって形成されて成る請求項１または請
    求項２に記載されたスウェーバー。
  4. 【請求項４】前記湾曲部が、約150℃（300゜F）よりも
    低い温度で永久変形されて成る請求項３に記載されたス
    ウェーバー。
  5. 【請求項５】前記高強度鋼が、少なくとも600MPa（9000
    0psi）の降伏強度と、少なくとも800MPa（120000psi）
    の引張り強度を有する請求項１から請求項４までのいず
    れか１項に記載されたスウェーバー。
  6. 【請求項６】前記高強度鋼が、重量％で、 炭素： 0.30％〜約１％ マンガン： 0.30％〜2.5％ バナジウム： 最高0.35％ 鉄： 残部 以上の各元素を含む請求項１から請求項５までのいずれ
    か１項に記載されたスウェーバー。
  7. 【請求項７】前記高強度鋼が、炭素:0.30％〜0.65％、
    パナジウム:0.03％〜0.35％を含む請求項６に記載され
    たスウェーバー。
  8. 【請求項８】降伏強度と引張り強度とを有する高強度鋼
    素材を用意する段階と、 所定温度で前記高強度鋼素材を成形して、少なくとも１
    つの湾曲部を有する所定形状のスウェーバーになす段階
    とを含む、高強度鋼からスウェーバーを製造する方法に
    おいて、 前記湾曲部が湾曲方向に沿う集合組織を有し、それによ
    って前記スウェーバーの降伏強度と引張り強度が前記高
    強度鋼素材と実質的に同等またはそれ以上であるよう
    に、前記成形が行われることを特徴とする高強度鋼から
    スウェーバーを製造する方法。
  9. 【請求項９】前記高強度鋼素材は、予め熱間減厚加工さ
    れるとともに冷間引抜き加工されている請求項８に記載
    された高強度鋼からスウェーバーを製造する方法。
  10. 【請求項１０】前記高強度鋼素材の集合組織が、前記高
    強度鋼の再結晶温度未満の温度で成形される請求項８ま
    たは請求項９に記載された高強度鋼からスウェーバーを
    製造する方法。
  11. 【請求項１１】前記高強度鋼素材が、約150℃（300゜
    F）よりも低い温度で成形される請求項８から請求項10
    までのいずれか１項に記載された高強度鋼からスウェー
    バーを製造する方法。
  12. 【請求項１２】前記高強度鋼が、少なくとも600MPa（90
    000psi）の降伏強度と、少なくとも800MPa（120000ps
    i）の引張り強度を有する請求項８から請求項11までの
    いずれか１項に記載された高強度鋼からスウェーバーを
    製造する方法。
  13. 【請求項１３】前記高強度鋼が、重量％で、 炭素： 0.30％〜約１％ マンガン： 0.30％〜2.5％ バナジウム： 最高0.35％ 鉄： 残部 以上の各元素を含む請求項８から請求項12までのいずれ
    か１項に記載された高強度鋼からスウェーバーを製造す
    る方法。
  14. 【請求項１４】前記高強度鋼が、炭素:0.30％〜0.65
    ％、バナジウム:0.03％〜0.35％を含む請求項13に記載
    された高強度鋼からスウェーバーを製造する方法。
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