WO2004106574A1 - ステアリングラック用棒鋼、その製造方法、およびそれを用いたステアリングラック - Google Patents

ステアリングラック用棒鋼、その製造方法、およびそれを用いたステアリングラック Download PDF

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steering rack
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Atsuhiko Ohta
Makoto Kamei
Kazuhiro Watanabe
Yukinori Kanaike
Osamu Tsukamoto
Masakazu Ikeda
Gorou Anan
Hiroshi Itoziri
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Koyo Seiko Co., Ltd.
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    • Y10T74/19642—Directly cooperating gears
    • Y10T74/1967—Rack and pinion

Definitions

  • the present invention relates to a steering rack used for a steering gear of an automobile, a method thereof, and a steering rack using the same.
  • Automobile steering is classified into two types: hydraulically assisted power steering (hydraulic power steering) and electric power assisted steering (electrically powered power steering).
  • Hydraulic power steering which has been the mainstream in the past, assists the steering force with pressure oil discharged from an oil pump that operates using engine output.
  • hydraulic power steering uses a part of the engine output as a power source, and thus has the problem of lowering the fuel efficiency of automobiles.
  • the electric power steering assists the electric power steering with the electric power from the battery. 2. Description of the Related Art Electric power steering devices are becoming more popular in recent years because they can improve the fuel efficiency of automobiles as compared with the hydraulic power steering.
  • the steering rack that extends in the left and right direction includes
  • Such steering racks include ⁇ S45C steel (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-17847'2 and 62-180018), medium carbon steel (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-153336). And JP-A-2001-79639).
  • ⁇ S45C steel for example, see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-17847'2 and 62-180018
  • medium carbon steel for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-153336
  • JP-A-2001-79639 JP-A-2001-79639
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-8189 discloses a steel for steering racks, which is B-added and induction hardened: ⁇ , a steel for steering racks that bends without generating brittle fracture even when a load is applied. It is listed.
  • This steering rack steel is a quenched and omitted steel, and the tissue is difficult to be ferrite-norlite.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a steering rack for a steering rack, which has improved abrasion resistance, has excellent impact characteristics, and can prevent the growth of cracks, and a steering rack using the same.
  • the present inventors have found that, even if the amount of C is increased, the addition of B can prevent a decrease in custom-made hammering.
  • the present inventors have found that if the crack is controlled within the range, the bending performance can be enhanced, and even if a crack occurs once, the crack can be prevented from penetrating and penetrating.
  • C 0.5-0.6% by mass
  • Si 0.5-0.5% by mass
  • Mn 0.2-1.5% by mass
  • B 0 0.005 to 0.003% by mass
  • Ti 0.05 to 0.05% by mass
  • A1 0.005 to 0.1% by mass
  • N 0
  • a steel bar for a steering rack containing 0.02 to 0.02% by mass. Assuming that the diameter of the steel bar for the steering rack is D, the quenched structure at a depth of 4 from the surface of the steel is adjusted to satisfy the following conditions D, II)) and ⁇ ⁇ ).
  • Tempered bainite paper The total area percentage of the tempered martensitic paper is 30 to L0%.
  • the recycled pearlite fiber has a noble percentage of 0-5 °%.
  • the pregnancy rate is 50-100% for the martensite Otori and the regenerated palmite organization ⁇ I ⁇ .
  • the steering wheel may further contain Cr. Further, it may contain free-cutting elements (S, Pb, Bi, Te, Mg, Ca, rare earth elements, Zr, etc.).
  • the steel bar for a steering rack according to the present invention is obtained by quenching a slab obtained by rolling a slab from 780 ° C. or more to a total of 30 to 100% of the payinite and martensitic structures at a depth of D / 4. % (Area percentage) and then put it in a furnace heated to a temperature of 660 to 720 ° C for a short time of 20 minutes or less, then cool it to room temperature.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between time and temperature at the time of manufacturing when manufacturing a steel bar for a steering rack according to the present invention.
  • Fig. 2 shows the I-shaped disk I dog used in the Iido example.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an electric power steering apparatus including a steering rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a partially broken side view of the steering rack, and is a cross-sectional view taken along line 4B-4B of FIG. 4A and FIG. 4A.
  • Figure 5 shows the MS of the device with ⁇ force 1 » ⁇ 3 ⁇ 4.
  • FIG. 6 is a top view of the power device.
  • Figure ⁇ shows the structure of the fiber device of the force impact ⁇ .
  • Figure 8 is a W ⁇ diagram of the bend device.
  • Fig. 9 shows the device of the ⁇ force resistant ⁇ device.
  • FIG. 11A is a schematic side view of a test piece
  • FIG. 11B is a schematic view of an apparatus for a bending fatigue test.
  • the steering wheel according to the present invention has a C: 0.50 to 0.60% by mass, Si: 0.05 to 0.5% by mass, Mn: 0.2 to: L. 5% by mass, B: 0. 0005 to 0.003% by mass, Ti: 0.005 to 0.05% by mass, A1: 0.0005 to 0.1% by mass, N: 0.002 to 0.02% by mass. Further, it preferably contains 1.5% by mass or less (not including 0% by mass) of Cr. The balance contains Fe and inevitable impurities.
  • the reason why the content of C is set to 0.50% by mass or more is to sufficiently enhance wear resistance when used as a steering rack (for example, a steering rack for electric power steering).
  • the preferred C content is 0.52% by mass or more.
  • the content of C is 0.60 mass% or less, preferably 0.58 mass% or less, and more preferably 0.56 mass% or less.
  • the reason why the content of Si is set to 0.05% by mass or more is to reduce the amount of steel.
  • the preferred Si content is 0.10% by mass or more, particularly 0.15% by mass or more.
  • the content of Si is set to 0.5% by mass or less, preferably 0.35% by mass or less, and more preferably 0.30% by mass or less.
  • the reason why the Mn content is set to 0.2% by mass or more is not only to enhance the ⁇ of the steel material, but also to enhance the propensity to introduce a payinite structure, thereby enabling bending deformation when the steel material is processed into a steering rack. This is to enhance the performance.
  • the preferred Mn content is 0.5% by mass or more, particularly 0.7% by mass or more.
  • the content of Mn is set to 1.5% by mass or less, preferably 1.3% by mass or less, and more preferably 1.2% by mass or less.
  • the content of B is set to 0.0005% by mass or more in order to secure impact resistance even in the steel of the present invention in which the C content is increased.
  • the preferred B content is 0.0007% by mass or more.
  • the content of B is 0.003% by mass or less, preferably 0.1% by mass.
  • T i suppresses BN generation by combining with N in steel to form T iN
  • the content of Ti is 0.005% by mass or more, preferably 0.010% by mass or more, and more preferably 0.012% by mass or more. However, if the Ti content is too high, the impact characteristics of the steering rack 14 will decrease. Therefore, the content of Ti is 0.05% by mass or less, preferably 0.1% by mass.
  • the reason for containing A1 and N is that by forming A1N, the austenite grains at high ⁇ can be finely reduced.
  • the content of A1 is 0.00
  • the content of ⁇ is 0.002% by mass or more, preferably 0.003% by mass or more, and more preferably 0.004% by mass or more.
  • the content of A1 is set to 0.1% by mass or less, preferably 0.08% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less.
  • the N content is 0.02% by mass or less, preferably 0.01% by mass or less, more preferably 0.007% by mass or less.
  • the Cr is contained for the purpose of improving wettability.
  • the lower limit of the Cr content is not particularly limited, but is, for example, about 0.05% by mass, preferably about 0.08% by mass, and more preferably about 0.10% by mass.
  • the content of Cr is, for example, 1.5% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less, and more preferably 0.50% by mass or less.
  • the column for the steering rack of the present invention may contain a free-cutting element (S, Pb, Bi, Te, Mg, Ca, a rare earth element, Zr, etc.) as necessary.
  • a free-cutting element S, Pb, Bi, Te, Mg, Ca, a rare earth element, Zr, etc.
  • the amounts of these free-cutting elements are, for example, S: 0.06% by mass or less (not including 0% by mass), Pb: 0.0% by mass.
  • rare earth element examples include Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy ⁇ Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
  • the steel bar for a steering rack according to the present invention has a paper woven fabric having a depth of D / 4 (D indicates the diameter of the steel bar) from the surface of the steel bar, and has the following 1), 2) and 3). It has been adjusted as follows.
  • TB + TM The total of the tempered bainite structure and the tempered martensite structure [hereinafter referred to as “TB + TM”] is 30 to 100% (percentage of responsibility)
  • the portion at the depth DZ4 from the above surface is also simply referred to as the DZ4 portion below.
  • the martensitic paper weave is a structure introduced by quenching and tempering the rolled shelves, which had a high circumference of ⁇ when the steering rack was used. It is effective in preventing.
  • the steering rack has a high circumference and the fiber insertion part (crane part) is extremely hard, so if a large bend is applied, a crack will occur in the high circumference layer near the root of the steering tooth (usually near D / 4).
  • the bainite structure and the tempered martensitic structure remain in the high-perimeter portion and the non-high-perimeter portion, cracks generated in the high-perimeter layer will be formed inside. This can prevent the steering rack itself from cracking.
  • the total (TB + TM) of the pay-nite braided and tempered martensite weave in the D / 4 portion was set to 30% or more. It is preferably at least 40%, more preferably at least 50%.
  • the recycled pearlite structure is paper woven that is introduced during pregnancy I, and is a pearlite structure that is distinguished from the as-rolled steel pearlite structure. Unlike recycled tinite tempered, payinite and m-tempered martensitic structures, regenerated pearlite not only does not help to prevent crack growth and penetration, but rather bends when more regenerated pearlite structures are included. Performance is reduced. Therefore, the content of recycled perlite fiber should be 5% or less. Preferably 4
  • the total (T B + TM + RP) of these three fibers introduced by quenching and pregnancy is 50% or more, preferably 60% or more, and more preferably 70% or more.
  • the diameter of the steering rack for use in the present invention is not particularly limited, but is generally about 10 to 40 mm, preferably about 15 to 38 mm, more preferably about 15 to 38 mm in consideration of processing into a steering rack. It is about 20 to 36 mm.
  • the above-mentioned steering rack conversion is performed, for example, by rolling a billet of Seijin Seongjo, removing the resulting steel bar, introducing a bainite structure and a martensitic structure, and then performing a high-temperature short-term pregnancy. You can do this by doing a training.
  • the temperature is set at 780 ° C. or more, preferably 800 ° C. or more. If the calorific power of quenching is too S, T B + TM + R P after pregnancy tends to be small. In addition, a soft ferrite layer is formed, which results in a shortage of steering rack boats.
  • the upper limit of the sickle is, for example, 860 ° C, preferably about 850 ° C. Kae If Jg is too high! Sometimes the bending of the steel bar tends to increase.
  • the cooling condition is that the total amount of the paynite yarn imine and martensite structure in the above-mentioned part introduced by the above is 30% (area percentage) or more, preferably 40%. (Area percentage) or more, more preferably 50% (area percentage) or more.
  • Such cooled cows can be determined according to the steel fiber or the like. For example, an area of about 800 to 300 ° C. (preferably about 75 to 350 ° C.) It is preferable to cool at a cooling rate of 30 to 80 ° C./sec, preferably 40 to 70 ° C./sec.
  • the intermediate obtained by introducing the payinite fabric or martensite obtained in this way can be obtained with a time t of not more than 20 minutes, preferably not more than 15 minutes including the process, with reference to FIG. Pregnancy difficult, air-cool to room temperature.
  • the ambient temperature T2 of the furnace used for pregnancy is about 660 to 720 ° C, preferably about 680-700 ° C.
  • the atmosphere of the furnace ⁇ ST 2 is set to 660 ° C or more, even if the S is short for 20 minutes or less, the Beaker's hardness can be reduced iffied (for example, 320 HV or less), and it is possible to enhance the sharpness when machining the teeth of the steering rack later.
  • the atmosphere 2 of the furnace is preferably set at 680 to 700 ° C.
  • the total area percentage of pregnancy bainite paper and tempered martensite fiber is 30 ⁇ : L00%, and the regenerated palmite structure is area percentage. Control the tempered bainite so that the total area percentage of the tempered bainite knitted and tempered martensite structure and the reclaimed pearlite structure is 50 to 100%.
  • the tempering is not too high or the pregnancy time does not change within the above tempering conditions (660 ° or more, within 20 minutes).
  • the thus-obtained steering rack of the present invention has excellent abrasion characteristics while having improved abrasion resistance, and also has excellent bending deformability. It is extremely useful for racks (particularly steering racks for electric power steering).
  • Example 1-3 6 Steel materials having the components shown in Tables 1 and 2 below were prepared and extended to a column having a diameter of 30 mm. After heating as shown in Tables 1-2, the legs were cooled down to room temperature. In addition, in the $ cooling, other tissues were controlled by changing the amount of water and the cooling time. The cooled steel was fired by staying in the furnace heated to the ambient temperature shown in Tables 1 and 2 for the time shown in Tables 1 and 2. After weeping, he was allowed to cool down.
  • the microstructure of the ⁇ / 4 part of the steel bar after the tempering and the structure of the D / 4 part after the tempering were observed by electron microscopy (magnification: 500 ⁇ ), and the martensite «Pobibenite group and the tempered martensite were observed.
  • the area ratio of the Kumihiro! ⁇ M Shibeinite and the regenerated palite structures were determined.
  • Experimental Examples 1 to: L9 is suitable for both components and fibers and is included in the technical scope of the present invention.
  • Experimental Examples 20 to 36 are for L9 because at least one of the components and the tissue is inappropriate. Out of range of invention.
  • the following fiber was used to examine the Mf wettability (bending deformation ability), the strength of the steel bar, and the durability of the steel bar after turning into a steering rack.
  • the bar steel was crocheted to a diameter of 27.5 mm and then cut to form black teeth.
  • the depth of the rack teeth is about D / 4.
  • a steering rack was prepared by irradiating the teeth with high frequency under the following conditions.
  • Heating method moving (moving 3.0 mm / sec)
  • the column after pregnancy was made 27.5 mm in diameter by removing the bow I and then cutting out the JIS No. 3 U notch test from the DZ4 section, and went high around the notch forming side.
  • Takashu-nada ⁇ ⁇ cows were the same as the bent fiber; ⁇ except that the displacement was 3.5 mm seconds.
  • the obtained test piece was subjected to a Charpy impact test (test temperature: room temperature) in accordance with JIS-Z2242, and a straight line was obtained.
  • a disc with the same characteristics as the one obtained in the experimental example was prepared. That is, a steel material having the same composition as in the column of the experimental example was melted, forged to a diameter of 53 mm by hot ⁇ ig, and cut into a disk of 15 mm in thickness. I did IX with cattle.
  • a semi-circular plate (upper diameter: 44 mm, upper thickness: 3 m 111; lower diameter: 50111111, lower thickness: 5 mm) is rolled into a semi-circular plate as shown in Fig. Of the high frequency class.
  • High frequency In the case of ⁇ , the bending was the same as the above, except that the displacement was 2.5 mm / sec.
  • the obtained disc was subjected to a pin-on-disc wear test to measure the loss on wear of the fiber pieces. The detailed conditions of the worn fiber are as follows.
  • Circumferential speed 0.05 m / sec
  • Pin SUJ2 [Diameter 5mm, Rockwell hardness (H C) 64]
  • [B + I] indicates the sum of the bainite structure and the martensite structure
  • [TB + TM] indicates the sum of the tempered payinite structure and the martensite structure
  • [RP] indicates the regenerated pearlite structure.
  • [TB + TM + RP] indicates the total of the tempered bainite structure, the tempered martensite structure, and the regenerated pearlite structure. .
  • [B + M] indicates the total of the bainite structure and the martensite structure
  • [TB + TM] indicates the total of the tempered bainite structure and the martensite structure
  • [RP] indicates the regenerated pearlite structure.
  • [TB + TM + RP] indicates the total of tempered bainite structure, tempered martensite structure, and regenerated pearlite structure.
  • Experimental Examples 20 to 28 are examples in which the component ⁇ is inappropriate. That is, in Experimental Example 20, the amount of carbon was insufficient, and thus the wear resistance was insufficient. In Experimental Example 21 on the contrary, the K content is insufficient because of the large amount of C.
  • Fiber examples 32 to 34 have too much recycled pearlite fiber, resulting in insufficient bending ability.
  • the bending capacity was insufficient due to the shortage of martensite yarn and the regenerated pearlite texture due to pregnancy.
  • the wear resistance is improved, the hitting characteristics are excellent, and the cracks are reduced. ⁇ Penetration can be prevented.
  • FIG. 3 is a diagram showing the structure of the Mizuru power steering device including the steering rack using the steering rack »
  • the IHJ Electric Power Steering System (EPS) 1 has a steering shaft 3 connected to a steering member 2 such as a steering wheel, and a universal joint 4 connected to the steering shaft 3.
  • Intermediate shaft connected via 5
  • a pinion shaft 7 connected to the intermediate shaft 5 via a universal joint 6, and rack teeth 8 a corresponding to a pinion 7 a provided at the tip end of the pinion shaft 7.
  • rack teeth 8 a as a free end.
  • the steering rack 8 is provided in the housing 17 fixed to the vehicle body, and is directly movable back and forth through a plurality of bearings, not shown. A pair of ends of the steering rack 8 protrude to both sides of the nosing 17, and an end 9 is connected to each end. Each evening load 9 is evacuated to a corresponding steering train 10 via a corresponding knuckle arm (not shown).
  • the steering shaft 3 When the steering shaft 3 is rotated by operating the member 2, the rotation is caused by the pinion 7 a and the rack teeth 8 a to move the steering rack 8 along the left and right direction of the vehicle. Is converted. This achieves the steering ⁇ 10.
  • the steering shaft 3 is divided into an input shaft 3a connected to the member 2 and an output shaft 3b connected to the pinion shaft 7, and these input and output shafts 3a and 3b
  • a torque sensor 12 that detects the steering torque by the relative rotation change feS between the input and output shafts 3a and 3b via the transmission chamber 11 and the torque detection result of the torque sensor 12 is , ECU (Electric Control Unit) 13. Based on the torque detection result and the vehicle speed detection result provided from a vehicle speed sensor (not shown), the ECU 13 controls the electric motor 15 for the pavement assistance through the drive circuit 14 for $ 1. .
  • the output rotation of the electric motor 15 is decelerated via the mechanism 16 and transmitted to the pinion shaft 7 via the output shaft 3 b and the intermediate shaft 5, and is converted into the direct drive of the steering rack 8. Males are assisted.
  • the mechanism includes a small gear 16a such as a worm shaft that is rotatably connected to a rotating shaft (not shown) of the electric motor 15 and a gear that meshes with the small gear 16a and is integrated with the output shaft 16b.
  • a gear mechanism including a dog gear 16b such as a worm wheel that is rotatably connected can be exemplified.
  • FIG. 4A is a partial cross-sectional side view of the steering rack 8, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view along the line B.
  • the steering rack 8 includes a main body 20 having a diameter of 1), a flat portion 21 provided on a part of a peripheral surface 20 a of the main body 20, and a rack tooth forming portion 22 provided on the flat portion 21. Is provided.
  • the flat portion 21 extends a predetermined length in parallel with the axis 23 of the main body 20 and has a predetermined width.
  • the rack tooth forming portion 22 includes the rack teeth 8a of the above-mentioned 3 that are provided in multiple numbers, and the teeth 24 provided on the adjacent rack teeth 8a.
  • the steering rack 8 is formed by using the steering rack of the present invention described above. That is, ⁇ S for the steering rack used in the steering rack 8 is as follows: C: 0.50 to 0.60% by mass, Si: 0.05 to 0.5% by mass, Mn: 0.2 to 1.5% by mass. , B: 0.0005-0.003% by mass, Ti: 0.005 to 0.05% by mass, A1: 0.0005 to 0.1% by mass, and N: 0.002 to 0.02% by mass. It contains.
  • the tempered structure at the depth D / 4 from the surface of the column is as follows!),! ]) Fill the mochi of m) and m).
  • Tempered bainite paper ⁇ ⁇ Tempered martensite structure has a total area percentage of 30 to 100%.
  • gliding 8 preferably 1.5% by mass or less (excluding 0% by mass) of Cr is contained.
  • S 0.06% by mass or less (not including 0% by mass)
  • Pb 0.3% by mass or less (0%)
  • Bi 0.2% by mass or less (excluding 0% by mass)
  • Te 0.1% by mass or less (excluding 0% by mass)
  • Mg 0.01% by mass or less
  • Ca 0.01% by mass or less (excluding 0% by mass)
  • Rare earth element 0.01% by mass or less (excluding 0% by mass)
  • Zr 0.3% by mass
  • At least one selected from the following (not including 0% by mass) is contained.
  • the carbon content of the steel forming the steering rack 8 is 0.50 to 0.60% by mass.
  • the carbon content is set to 0.50% by mass in order to increase the wear resistance f of the rack teeth 8a by subjecting the steel material to a high-frequency wave described later.
  • the content should be 0.60% by mass or less, preferably 0.58% by mass or less, and more preferably 0.58% by mass or less.
  • the steel forming the steering rack 8 contains 5 to 3 Oppm.
  • the addition of 5 ppm or more of B strengthens the grain boundaries in the high-peripheral and X-reduced portions, increases toughness, and can significantly improve bending deformability (cracking resistance), while 3 O ppm Even if B is contained, the effect is improved. Therefore, it is preferable to set the content in the range of 5 to 30 ppm.
  • a hardened layer 25 is provided on at least the toothed teeth forming portion 22 of the steering rack 8 by high circumference and tempering performed after the formation of the racked teeth 8a.
  • the inversion of the rack tooth forming portion 22 is set to be from 680 to 800 HV in Beakers hardness.
  • the effective hardened layer depth d of the hardened layer 25 at the root 24 between the teeth 8 a is 0.1 to 1.5 mm from the surface of the root 24. Is preferably within the range.
  • the effective hardened layer depth d of the hardened layer 25 is defined as the distance from the surface to a position of a hardness of 450 HV and corresponds to the effective hardened layer depth.
  • the effective hardened layer depth d of the hardened layer 25 at the root 24 is more than 1.5 mm, a local impact will occur at one point in the longitudinal middle of the steering rack 8 when a high impact is applied.
  • the steering rack 8 On ⁇ a may not be able to move.
  • the effective hardened layer depth of the hardened layer 25 is less than 0.1 mm, there is a possibility that the bending conveyance near the root of the rack tooth 8a may be insufficient. Therefore, by setting the effective hardened layer depth d of the hardened layer 25 at the tooth bottom 24 to be in the range of 0.1 to 1.5 mm, the root bend ⁇ g of the rack teeth 8a can be secured.
  • the steering ring 8 is designed to bend gently when a large load is applied, so as to ensure emergency steering performance.
  • the effective hardened layer depth d of the hardened layer 25 at the root 24 is more preferably 0.3 to: L.2 mm.
  • the rack tooth 8a is formed such that the root of the tooth is located at a depth of about D / 4. Therefore, on the peripheral surface 20 a of the main body 21, the depth 27 from the surface of the portion 26 radially opposed to the rack tooth forming portion 22 is (3-4) D portion 27 [(3 / 4) Part D 27) is a view of the part that was removed and the part that was not.
  • the total area percentage of martensitic fibers embraced by tempered bainite paper weave is 30 ⁇ : L 0%, and the regenerated palite structure is in area percentage. It is set so as to be 0 to 50%, and the total area percentage of the martensite and the regenerated pearlite tissue which has been conceived to be pregnant is 50 to 100%. This can be observed by an electron micrograph of the cut surface of the steering rack 8.
  • the steer of the present invention having the aforementioned structure and structure (for example, the components and structures of Experimental Examples 1 to 19).
  • a flat portion 21 is formed by milling a part of the peripheral surface of the ring rack, and a broaching process is performed on the flat portion 21 to form a rack tooth forming portion 22 including a plurality of rack teeth 8a.
  • the rack tooth forming section 22 is subjected to a high lap of seawater with a heating time of 5.5 seconds and a water cooling time of 10 seconds, for example, and then pregnancy is performed at 170 ° C. for 1.5 hours, for example.
  • 680 to 800 HV is applied to the surface of the rack tooth forming portion 22 with a beaker hardness, and the steering rack 8 is operated.
  • the required wear resistance and required bending strength of the rack teeth 8a can be secured. Also, the (3/4) tempered bainite remaining in the D section 27 and the tempered martensite prevent the propagation into the interior of the crack, thereby preventing the steering rack 8 from being broken into two parts. Can be prevented.
  • the steering rack can be bent under a large load while ensuring root bending ⁇ ⁇ ⁇ . 8 The entire vehicle will bend gently to ensure emergency steering performance.
  • the effective hardened layer depth d is preferably 0.3 to: L.2 mm from the surface of the tooth bottom 24.
  • a flat portion 21 is formed by cutting and a rack tooth 8a is formed on the flat portion 21 to form a rack tooth.
  • the rack tooth forming section 22 was subjected to a high cycle time of 5.5 seconds for calorie heat and 10 seconds for cooling time with water cooling, and then pregnancy was performed at 170 ° C for 1.5 hours.
  • the hardened layer 25 was provided on the rack tooth forming portion 22 to make the rack bar difficult.
  • the inversion of the rack tooth formation portion 22 is 710 HV.
  • the effective depth d of the hardened layer 25 of the tooth root portion 24 of the tooth formation portion 22 is 0.7 mm from the surface of the tooth Jg 24.
  • the rack tooth formation portion In the comparative example, a normal high pregnancy is applied to the rack tooth formation portion.
  • the surface ffi ⁇ of the rack teeth is 650 HV. (3Z4)
  • the total area percentage of the martensite structure is 70%, as compared with tempered bainite fiber, and the recycled paper woven is 20% in area percentage.
  • the depth of conjugation of the hardened layer at the root is 0.3 mm from the surface of the root.
  • a test device as shown in Fig. 5 was used.
  • the steering rack 8 of the embodiment or the steering rack of the comparative example was fixed to the housing 17, and both ends of the built-in housing 17 were fixed to the fixed columns 31, respectively. Fix the steering rack 8 in the neutral position, Drive torque was applied to the pinion shaft 7 from the mouth 32 connected to the shaft 7. The horse-torque was increased to reach 3 ⁇ 4 @.
  • the load when cracks occurred in the steering rack was 180 J in the comparative example, whereas it was 188 J in the comparative example, and the difficult boat was compared with the ⁇ fe ⁇ degree of the comparative example. , Was found to be about 62% increase.
  • the test equipment shown in Fig. 6 was used.
  • the steering rack 8 of the embodiment or the steering rack of the comparative example was assembled in a housing 17, and both ends of the housing 17 were fixed to fixed columns 31 via mount rubbers 33, respectively.
  • the steering rack 8 was fixed to the neutral position via 34, and the end of the steering rack 8 was pushed by the load cylinder 35 via the load cell 36, and a load was applied until crack generation sound was heard.
  • the output of the dynamic strain gauge 37 attached to the mouth cell 36 was described in the recorder 38.
  • the crack initiation load of the ⁇ 5 ⁇ cases was 92 Nm on average, while the crack initiation load of the comparative example was 51 N.m on average, and the Satsumi jewel of the Wei example was comparatively higher. It was found to be about 80% higher than _
  • the test equipment shown in Fig. 1 was used.
  • the steering rack 8 of the embodiment and the steering rack of the comparative example were assembled in a housing 17, and both ends of the housing 17 were fixed to a pair of fixed arms 40 fixed to fixed columns 39.
  • the housing 17 is placed upright so that the end near the pinion shaft 7 faces upward.
  • Pinion shaft ⁇ is fixed to the support column 41 in the neutral position.
  • a receiving member 42 was fixed to the end of the steering rack 8 near the pinion shaft 7.
  • a weight 44 supported vertically by a guide bar 43, and a load cell 45 is fixed below the weight 44.
  • the weight of the weight 4 to which 4 5 is fixed is 100 kg, and the distance between the mouth cell 45 and the receiving member 42 is set to 20 cm, and the weight 44 and the load cell 45 are dropped. Receiving member 4 2 and the number of drops before reaching the magnetic member was examined.
  • the dynamic strain meter 46 was connected to the load cell 45, and the output of the dynamic strain meter 46 was sent to the electromagnetic oscilloscope 47.
  • the comparative example turned on average three times, whereas the difficult example reached on average 15 times. It was found that the ??-force impact strength of the example was much better than the comparative example. Bending ⁇
  • a test device as shown in FIG. 8 was used.
  • the steering rack 8 of the embodiment or the steering rack of the comparative example was assembled in the housing 17, and both ends of the housing 17 were fixed to fixing columns 48, respectively. With the steering rack 8 protruding as far as possible from the end of the housing 1 near the pinion shaft, the receiving cell 49 fixed to the other end of the steering rack 8 is moved by the load cylinder 50 to the load cell 51. The steering rack 8 was subjected to a bending load until a load was obtained.
  • a test device as shown in FIG. 9 was used.
  • the steering rack 8 of the embodiment or the steering rack of the comparative example was assembled in the housing 17, and both ends of the housing 17 were fixed to fixed columns 54, respectively.
  • Servo actuators 55 were connected to both ends of the steering rack 8, respectively.
  • the pinion shaft 7 is connected to the pinion shaft 7 via the joint 56 and the torque mechanism 57, and the horseback torque is applied to the pinion shaft 7 by the pinion shaft 58. .
  • the horse kinetic torque was 5 ON ⁇ ⁇ , and the number of repetitions was 30,000 at a frequency of 0.1 to 0.2 Hz.
  • the average value of the comparative example was 27.8 ⁇ m, whereas the average value was 8.7 zm, and it was estimated that the difficult example decreased by about 70 compared to the comparative example.
  • a test apparatus as shown in FIG. 10 was used.
  • the steering rack 8 of the embodiment or the steering rack of the comparative example was incorporated in a housing 17, and both ends of the housing 17 were fixed to fixed columns 59.
  • the pinion shaft 7 is fixed to the neutral position via the joint 60, and the steering from the servo actuator 61 via the evening rod 9 connected to the end of the steering track 8 near the pinion shaft 7
  • An axial force was applied to the rack 8.
  • the axial force applied to the steering rack 8 was set to 9.8 kN, and the operation was performed around the magnetic member at 5 Hz.
  • the J: dani comparative example was damaged after 350,000 times, while the example did not reach the magnetic member even after 700,000 times. Bending fatigue
  • a fiber piece 62 shown in FIG. 11A was made from the same material as the difficult example.
  • 3 ⁇ 462 is a substantially thin shaft with a total length L of 90 mm.
  • a narrow portion 65 is formed with a cross-sectional curvature of R5 centered on a position at a distance N of 40 mm from one end 62a of 62.
  • the minimum diameter R of the constriction 65 is 8 mm.
  • One end 62 a side of the constricted portion 65 forms a cylindrical portion 63 having a diameter P of 12 mm.
  • the tapered portion 64 of the 1Z20 taper is formed such that the diameter of the tapered portion 62b is gradually increased as the tapered portion 62b goes to the portion 62b of the tapered portion with the constricted portion 65 interposed therebetween.
  • the maximum diameter Q of the taper section 64 is 14 mm. Similar comparative pieces were prepared for comparative examples.
  • the bending fatigue fiber of the fiber piece 62 or the comparative piece was welded using the device shown in FIG. 11B. ! ⁇ Fix the remaining tapered portion 64 to the fixed tapered hole 67 with the part with the distance M up to 5 O mm protruding cantilevered from one end 62 of the piece 62. did.
  • a bending load is repeatedly applied at a frequency of 20 Hz by a load cylinder 69 through a rolling roller 68 near one end 62a of the fixed piece 62, and the stress and the number of repetitions are measured. , S—N curves were determined.
  • the stress of the comparison piece is 127 OMPa, while the stress of the piece 62 is 145 OMPa, and the fatigue ⁇ g force It was improved by 15% ⁇ SE.

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Abstract

Ｃ：０．５０～０．６０質量％、Ｓｉ：０．０５～０．５質量％、Ｍｎ：０．２～１．５質量％、Ｂ：０．０００５～０．００３質量％、Ｔｉ：０．００５～０．０５質量％、Ａｌ：０．０００５～０．１質量％、及びＮ：０．００２～０．０２質量％を含有するステアリングラック用棒鋼を提供する。棒鋼の直径をＤとして、棒鋼の表面から深さＤ／４の部分の焼入れ・焼戻し組織が、下記 I) 、II)及びIII ）の条件を満たす。　I）焼戻しベイナイト組織及び焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積百分率が３０～１００％である。　II）再生パーライト組織の面積百分率が０～５０％である。　III）焼戻しベイナイト組織、焼戻しマルテンサイト組織、及び再生パーライト組織の合計の面積百分率が５０～１００％である。

Description

明細書
ステアリングラック用棒鋼、その^方法、およびそれを用いたステアリングラヅ ク
<漏分野 >
本発明は、自動車のステアリングギアに使用するステアリングラヅク用 «、その ^^法、 およびそれを用いたステアリングラヅクに関するものである。
<背景漏 >
自動車のステアリングは油圧によってパヮ一アシス卜されるタイプ (油圧式パワー ステアリング） と、電気によってパワーアシス卜されるタイプ（電動式パワーステア リング） とに 領される。
油圧式パワーステアリングは、従来の主流をなしており、エンジン出力を利用して 稼働するオイルポンプから吐出される圧油によつて操舵力をアシストするものであ る。しかし油圧式パワーステアリングでは、エンジン出力の一部を動力源として使用 するため、 自動車の燃費が低下するという問題があった。
これに対して、電動式パワーステアリングは、バッテリーからの電気工ネルギ一で ¾ϋする電動モ一夕一によって翻它カをアシストする。電動パワーステアリング装置 は、前記油圧式パワーステアリングと比較すると、 自動車の燃費を向上させることが できるため、 近年その普及が進みつつある。
自動車にぉ ヽて、 左右方向に延びるステアリングラックには、
1)自動車力凝石などに乗り上げて衝撃を受けても破損しない禾 MJSの優れた ¾«撃特 性、
2)曲け) ¾力力乍用しても »しない特性（fflf!J i性)、 及び
3) ラック歯の耐 注
が要求される。
このようなステアリングラックには、 ^ S45C鋼（例えば、特開昭 62— 1 7847 '2号公報及び特開昭 62-180018号公報参照)、 中炭素鋼（例えば、 特開 2000— 153336号公幸及び特開 2001-79639号公報参照)など 力 用されている。また、高周灘入によって表画化層を形成することによって耐 驚毛性を高めると共に、 曲げ応力に対する ¾g (H!Jれ注） をも高めている。
例えは 1¾周¾¾ れによってステアリングラックの曲け ¾J¾を高めたとしても、過 大な負荷が作用して高周波 ¾λ層で一旦亀裂が発生すると、この亀裂が内部にまで進 展し、 薩に至るおそれがある。
さらに近年普及が進んでいる S¾式パワーステアリングでは、ステアリングラヅク とピニオンギアとの接触面圧が油圧式パワーステアリングに比べて高くなる傾向に あり、 S 4 5 C鋼では耐摩耗性が不足する。また中炭素鋼において、仮に Cを多めに 麵して耐摩耗注を高めたとしても、 薩^ ^生力 ¾S下する。
例えば特開平 1 0— 8 1 8 9号公報には、 Bを添加して高周波焼入した:^、、 負荷が作用しても脆性破壊を発生せずに曲げ変形するステアリングラック用鋼が記 載されている。このステアリングラヅク用鋼は、焼入れ娠し画省略鋼であり、組 織は難的にフェライト ·ノ 一ライトである。
本発明の目的は、耐摩耗性が改善されながらも 撃特性にも優れており、 しかも 亀裂の進展を防止できるステアリングラヅク用^ その製造方法及びそれを用いた ステアリングラックを することにある。
<発明の開示 >
本発明者らは、 C量を増量しても Bを添加すれば麵撃特注の低下を防止できるこ と、さらには^しべィナイト糸鳳 Hしマルテンサイト び再生パ一ライト 組織を所定の範囲に制御すれば曲げ ¾ 能が高めら 一旦亀裂が発生しても亀裂の 藤 ·貫通を防止できることを見出し、 本発明を した。
すなわち、 本発明は、 C： 0. 5 0- 0. 6 0質量％、 S i： 0. 0 5 - 0. 5質 量％、 Mn： 0 . 2〜1 . 5質量％、 B： 0. 0 0 0 5〜0. 0 0 3質量％、 T i ： 0. 0 0 5 ~ 0. 0 5質量％、 A 1 ： 0 . 0 0 0 5〜0. 1質量％、 及び N : 0. 0 0 2 - 0. 0 2質量％を含有するステアリングラック用棒鋼を提供する。上記のステ アリングラック用棒鋼の直径を Dとして、 の表面から深さ 4の部分の焼入 れ 娠し組織が、下記 D、 II) )及び ΠΙ )の条件を満たすように調整されている。
I)焼戻しべィナイト紙 «び焼戻しマルテンサイト紙織の合計の面積百分率が 3 0〜； L 0 0 %である。 Π)再生パ一ライト繊の丽貴百分率が 0〜 5◦%である。
ΙΠ )娠しべイナィト 紘 娠しマルテンサイト鳳 及び再生パ一ライト組 織の^ I†の應百分率が 50-100%である。
なお上言己ステアリングラヅク用«は、 さらに、 Crを含有してもよい。 また、快 削性元素（S、 Pb、 Bi、 Te、 Mg、 Ca、希土類元素、 Z rなど） を含有して いてもよい。
本発明のステアリングラヅク用棒鋼は、 鋼片を圧延して得られる を 78 0°C以上から焼入れして深さ D/4の部分のペイナイト«¾びマルテンサイト組 織を合計で 30-100% (面積百分率） とした後、 ¾660〜720°Cの雰囲気 にカロ熱した炉に入れて 20分以下の短時間!^し を行い、室温まで冷却する ことにより^ iすることができる。
<図面の簡単な説明 >
図 1は本発明のステアリングラヅク用棒鋼を製造するときの蒙«時の時間と温 度の関係を示すグラフ図である。
図 2は ¾i矣例で用いる ΐί暖ディスクの形 I犬を示す である。
図 3は本発明の一実施の形態のステアリングラヅクを含む電動パワーステアリン グ装置の ¾m成を示 m¾図である。
図 4Aは、ステアリングラックの一部破断側面図であり、図 4ΒΊま図 4Aの 4B— 4 B線に沿う断面図である。
図 5は ΙΕλ力 1»^¾の 装置の MSである。
図 6 力 の 装置の «図である。
図 Ίは 力衝^^の纖装置の である。
図 8は曲け ¾¾¾の 装置の W§図である。
図 9は ΙΕλ力耐^ ¾の 装置の である。
図 10 食の隱装置の である。
図 11 Aは試験片の概略側面図であり、図 11Bは曲げ疲労試験の |«装置の概略 図である。
<発明を実施するための最良の开態 > 本発明のステアリングラヅク用^ fま、 C: 0.50〜0. 60質量％、 Si： 0. 05-0. 5質量％、 Mn: 0. 2〜： L. 5質量％、 B： 0. 0005〜0. 003 質量％、 Ti： 0. 005〜0. 05質量％、 A1： 0. 0005〜0. 1質量％、 N： 0. 002〜0. 02質量％を含有する。 また、 好ましくは、 1. 5質量％以下 (0質量％を含まず）の C rを含有する。なお残部に F e及び不可避的不純物が含ま れる。
上言 の！ ¾¾®由は、 以下の通りである。
Cの含有量を 0. 50質量％以上とするのは、 ステアリングラック （例えば、電動 式パワーステアリング用のステアリングラック）としたときの耐摩耗性を十分に高め るためである。好ましい Cの含有量は、 0. 52質量％以上である。ただし Cの含有 量が多過ぎると、ステアリングラックの耐衝撃特性が低下する。そのため、 Cの含有 量は、 0. 60質量％以下、 好ましくは 0. 58質量％以下、 さらに好ましくは 0. 56質量％以下にする。
Siの含有量を 0. 05質量％以上とするのは、鋼材の赚を行うためである。好 ましい Siの含有量は、 0. 10質量％以上、特に 0. 15質量％以上である。ただ し S iの含有量が多過ぎると、ラヅク歯を形成する際の被削性カ¾下する。そのため Siの含有量は、 0. 5質量％以下、好ましくは 0. 35質量％以下、 さらに好まし くは 0. 30質量％以下にする。
Mnの含有量を 0.2質量％以上とするのは、鋼材の^ ^を高めるためだけでな れ性を高めてペイナイト組織を導入し易くすることにより、鋼材をステアリング ラヅクに加工したときの曲げ変形能を高めるためである。好ましい Mnの含有量は 0. 5質量％以上、特に 0. 7質量％以上である。ただし Mnの含有量が多過ぎると、高 周波焼入れによる硬化層が深くなりすぎ、曲げ変形能力氐下する。そのため Mnの含 有量は、 1. 5質量％以下、好ましくは 1. 3質量％以下、 さらに好ましくは 1. 2 質量％以下にする。
Bの含有量を 0. 0005質量％以上とするのは、 C量を多くした本発明鋼でも耐 衝撃特性を確保するためである。好ましい Bの含有量は、 0. 0007質量％以上で ある。ただし Bの含有量を多くし過ぎると、有害な: B系化^ Jを生成して 11«撃特! "生 が却って低下する。 そのため Bの含有量は、 0. 003質量％以下、 好ましくは 0.
0025質量％以下、 さらに好ましくは 0. 0020質量％以下にする。
T iは鋼中の Nと結びついて T iNを形成することによって BNの生成を抑制し、
Bによる前言改カ果を確保するのに有効である。従って Tiの含有量は、 0. 005質 量％以上、好ましくは 0. 010質量％以上、 さらに好ましくは 0. 012質量％以 上である。ただし T iの含有量を多くし過ぎると、ステアリングラックの 撃特 14 が却って低下する。 そのため Tiの含有量は、 0. 05質量％以下、 好ましくは 0.
04質量％以下、 さらに好ましくは 0. 035質量％以下にする。
A 1及び Nを含有させるのは、 A1Nを形成させることにより、高周 ¾¾λれ時の オーステナイト粒を微細ィ匕することができるためである。 A1の含有量は、 0. 00
05質量％以上、好ましくは 0. 010質量％以上、 さらに好ましくは 0. 020質 量％以上である。また Νの含有量は、 0. 002質量％以上、好ましくは 0. 003 質量％以上、 さらに好ましくは 0. 004質量％以上でぁる。ただし Al、 Νの含有 量を多くし過ぎると ST衝撃特注力氐下する。そのため、 A 1の含有量は、 0.1質量％ 以下、好ましくは 0.08質量％以下、さらに好ましくは 0.05質量％以下にする。
Nの含有量は 0. 02質量％以下、好ましくは 0. 01質量％以下、 さらに好ましく は 0. 007質量％以下とする。
Crを含有させるのは、 ¾^れ性を向上させるためである。 Crの含有量の下限は 特に限定されないが、例えば、 0.05質量％程度、好ましくは 0.08質量％渡、 さらに好ましくは 0. 10質量％程度である。ただし Crの含有量が多過ぎると、高 周 Μλれによる硬化層が深くなり過ぎ、曲げ変形能が不足する。そのため Crの含 有量は、例えば、 1. 5質量％以下、好ましくは 1. 0質量％以下、 さらに好ましく は 0. 50質量％以下にする。
なお本発明のステアリングラック用欄は、必要により快削性元素（S、 Pb、 B i、 Te、 Mg、 Ca、希土類元素、 Zrなど） を含有していてもよい。 これら快削 性元素の量は、例えば、 S： 0. 06質量％以下（0質量％を含まない)、 Pb： 0.
3質量％以下 （0質量％を含まない)、 Bi： 0. 2質量％以下（0質量％を含まな レ、)、 Te： 0. 1質量％以下（0質量％を含まない)、 Mg:0. 01質量％以下（0 質量％を含まない)、 Ca： 0. 01質量％以下（0質量％を含まない)、希土類元素 (REM): 0. 01質量％以下（0質量％を含まない)、 Zr： 0.3質量％以下（0 質量％を含まない）程度である。これら快削性元素は、戦で又は 2種以上を組み合 わせて働口できる。
希土類元素としては、 Sc、 Y、 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 G d、 Tb、 Dyヽ Ho、 E r、 Tm、 Yb、 Luを例示することができる。
そして本発明のステアリングラック用棒鋼は、棒鋼の表面から深さ D/4 (Dは棒 鋼の直径を示す） の部分の れ'娠し紙織が、 下記 1)、 2)及び 3)のように 調整されている。
1)焼戻しべィナイト組織と焼戻しマルテンサイト組織の合計 [以下、 「TB + T M」 と表記する がある]が 30〜100% (丽責百分率）
2)再生パ—ライト組織が。〜 50% (醒百分率）
3)娠しべイナィ卜組紘娠しマルテンサイト«および再生パ一ライト組 織の合計 [以下、 TB + TM+RP」と表記する: ^がある]が 50〜： L 00% (面 積百分率）
上言 の表面から深さ DZ4の部分を以下では単に DZ4部ともいう。
以下、 これらの組爆啣を行う理由について説明する。
顧しペイナイト組搬び焼戻しマルテンサイト紙織は、圧延後の棚を焼入.焼 戻しすることによって導入される組織であり、ステアリングラヅクとしたときに高周 «λϋで した の MS'貫通を防止するのに有効である。
すなわちステアリングラヅクは高周、纖入れ部（鶴部）が極めて硬いために大き な曲げを施すと、 ステアリング歯の根元付近（通常、 D/4部付近）の高周滅 れ 層に割れが発生しゃす 、ものの、高周 れ部と高周 れされなかつた部分と の に娠しべイナィ卜組織や焼戻しマルテンサイト組織が残存していれば、高周 れ層で発生した亀裂が内部に ίΙΜするのを防止でき、ステアリングラヅク自体 の割れを防止できる。 そのため D/4部分のペイナイト組输汲び焼戻しマルテンサ イト 1¾織の合計 (TB + TM) を 30%以上とした。好ましくは 40%以上であり、 さらに好ましくは 50 %以上である。 再生パ一ライト組織は、娠し I呈で導入される紙織であり、圧延まま鋼のパーラ ィト組織とは区別されるパ一ライト組織である。再生パ一ライト凝贜は、 tins焼戻し ペイナイト組 m¾び焼戻しマルテンサイト組織とは異なって亀裂の進展 ·貫通を防止 するのに役立たないばかりか、再生パ一ライト組織ばかりが多くなると、むしろ曲げ 変形能が低下する。従って再生パーライト纖は 5 o%以下とする。好ましくは 4
0 %以下、さらに好ましくは 3 0 %以下である。また再生パーライト«が少なくな ると、 衝，注がさらによくなる傾向もある。
また れ '娠しによつて娠しべイナィト組霞び娠しマルテンサイト紙織 を導入しても、圧延まま材からのフェライト -パ一ライト組織や軟質なフェライト組 織カ つていると、 やはり敏の難 ·貫通を防止できない。
したがって、 これら圧延まま材からの «は «する必要があり、換言すれば, しべイナィト組 »び焼戻しマルテンサイト組織を多くする必要がある。これら焼入 れ'娠し I呈によって導入される 3纖の合計 (T B + TM+RP)は、 5 0 %以 上、 好ましくは 6 0 %以上、 さらに好ましくは 7 0 %以上である。
本発明のステアリングラヅク用■の直径は特に限定されないが、ステアリングラ ヅクに加工することを考慮すると、通常、 1 0〜4 0 mm程度、好ましくは 1 5〜3 8 mm程度、 さらに好ましくは 2 0〜 3 6 mm程度である。
上記の様なステアリングラック用翻は、 例えば、 上言誠 城の鋼片を圧延し、 得られる棒鋼を れしてべィナイト組 «びマルテンサイト組織を導入した後、高 温'短時間の娠し麵を行うことによって できる。
このような製造方法において れの加嫌渡は、 7 8 0°C以上、好ましくは 8 0 0°C以上とする。焼入れのカロ辦 力 Sすぎると、娠し後の T B + TM+R Pが小 さくなる ί頃向がある。また柔らかいフェライト層を生成してしまい、ステアリングラ ヅクの艘が不足する。加鎌 の上限は、例えば、 8 6 0°C離、好ましくは 8 5 0 °C程度である。加謝 Jgが高すぎると! 時に棒鋼の曲がりが大きくなる傾向が める。
！ ¾\れの冷却条件は、該! ^れによって導入される上記の 部でのペイナイト 糸 im¾びマルテンサイト組織の合計が 3 0 % (面積百分率）以上、好ましくは 4 0 % (面積百分率）以上、 さらに好ましくは 5 0 % (面積百分率）以上になるように行う 必要がある。このような 御冷却の 牛は、鋼の繊などに応じて ¾i¾定できるが、 例えば、 8 0 0〜3 0 0 ° C (好ましくは 7 5 0〜3 5 0。 C)程度の領域を、 冷却速度 3 0〜8 0 ° C/秒、（好ましくは 4 0〜7 0。 C/秒）で冷却するのが好ま しい。
このようして得られたペイナイト ¾織やマルテンサイ卜«が導入された中間体 は、図 1を参照して、 程を含めて 2 0分以下、好ましくは 1 5分以下の麵時 間 tで娠し腿を難し、室温まで空冷する。娠し讓に使用する炉の雰囲気温 度 T 2は 6 6 0〜7 2 0°C程度、 好ましくは 6 8 0-7 0 0°C程度とされる。
炉の雰囲^ ST 2を 6 6 0 ° C以上とすれば、 2 0分以下の短時間の Sしであ つても、 しされたときのビヅカース硬さを iffi咸でき（例えば 3 2 0 HV以下にす ることができ）、 後にステアリングラヅクのラヅク歯を加工するときの切肖叻口ェ性を 高めることができる。なお、炉の雰囲^ ¾¾Τ 2は好ましくは 6 8 0〜 7 0 0 ° Cで める。
上記の DZ4部 2 7で、娠しべイナィト紙織と焼戻しマルテンサイト繊の合計 の面積百分率が 3 0〜： L 0 0 %であって、再生パ一ライト組織が面積百分率で。〜 5 0 %であり、且つ焼戻しべィナイト組紘焼戻しマルテンサイト組織および再生パ一 ライト組織の合計の面積百分率が 5 0〜1 0 0 %となるように、焼き厳の紙織を制 御するためには、上記の焼戻し条件（6 6 0 ° 。以上、 2 0分以内）の範囲内で、焼 戻し か高過ぎたり娠し時間が羅ぎたりしないことが好ましい。
娠し が高過ぎたり し時間が; ¾愚ぎたりすると、制御冷却によって導入し たべイナィト組織およびマルテンサイト組織の面積百分率力 ¾減し易くなり、かつパ —ライト組織が再生し易くなり、 曲げ特性力 s(氏下してしまうからである。
このようにして得られた本発明のステアリングラヅク用；^|は、耐摩耗性が改善さ れながらも麵撃特性にも優れており、 しかも曲げ変形能にも優れているため、ステ アリングラック（特に電動式パワーステアリング用のステアリングラック）に極めて 有用である。
麵例 1〜3 6 下記の表 1〜2に示す成分の鋼材を し、直径 3 0 mmの欄に压延した。次い で表 1 ~ 2に示す に加熱した後、室温まで 脚冷却することによって! ¾^れした。 なお該 $卿冷却では、水量や水冷時間を変えて «の組織を制御した。冷却した■ は、表 1〜 2に示す雰囲気温度に加熱した炉に表 1〜 2に示す時間滞留させることに よって焼庚した。 涙し後の^ ¾ま放冷した。
後の棒鋼の ϋ / 4部の組紘及び焼戻し後の の D/ 4部の組織を電子顕 謹で観察し （倍率 5 0 0 0倍)、 マルテンサイト«¾びべィナイト組 並びに 焼戻しマルテンサイト組紘 !^Mしべイナィト組亂及び再生パ一ライト組織の面積 率を求めた。
実験例 1〜： L 9は、成分および纖の双方が適切であって本発明の技術的範囲に含 ま 実験例 2 0〜3 6は、成分および組織の少なくとも一方が不適切であって本発 明の 範囲から外れる。
また; ¾Hし後の棒鋼をステアリングラヅクにしたときの Mf ϋれ性 （曲げ変开能)、 薩" Ι^生、 耐^ m生を調べるため、 以下の纖を行った。
曲け丽
顧し後の棒鋼を弓股き加工して直径 2 7. 5 mmにした後、切削してラヅク歯を 形成した。ラック歯の深さは約 D/4程度である。次いで下記の条件で歯部を高周波 れすることとによってステアリングラヅクを調製した。
高周 «X 牛
麵コイル：面^ λれ用 （直径 4 0 mm、厚さ 2 mm)
m± \ 4. O kV
： 4. 5 A
周灘： 4 0 kH z
加熱方式：移動 れ（移動遊 3 . 0 mm/秒）
脚：ソリュブル油と水との混合灘
得られたステアリングラックを用い、支点間距離を 4 0 0 mm、押圧箇所をステア リングラックの歯の反対側とする 3点曲げ瞧を行い、 下 に従って讓した。
X：高周波焼入層で発生した亀裂が内部にまで進展 '貫通し、ステアリングラック が 2つに破断した
〇： *¾カ 中で止まり、 に至らなかった
衝¾¾
娠し後の欄を弓 I抜きカロェして直径 27. 5mmにした後、 DZ4部から J I S 3号 Uノヅチ試 ¾j÷を切り出し、ノヅチ形成側の麵を高周 れした。高周灘 λ ^牛は、移動避を 3. 5mm 秒とする以外は、前記曲げ纖の;^と同じとし た。得られた試験片を J I S-Z 2242に従ってシャルピー衝"^験（試謝显度： 室温） を ί亍ぃ、 直を求めた。
m m.
実験例で得られた!^し■と同じ特徴を有する円板を調製した。すなわち実験例 の欄と同じ成分の鋼材を溶製し、熱間 ^igによって直径 53 mmに鍛伸し、厚さ 1 5 mmの円板に切断した後、 各^^例と同様の ^(牛で IX しを行った。
次いで図 2に示すような 2微狱の半円板（上段の直径 44 mm、上段の厚さ 3 m 111;下段の直径50111111、下段の厚さ 5 mm)に W¾ロェし、上段部の ¾ϋを高周波 類 Ιλれした。高周波! ¾λ¾件は、移動逸 を 2. 5 mm /秒、とする以外は、前記曲げ 謹の：^と同じとした。得られた «ディスクに対してピンオンディスク摩耗試験 を行い、纖片の摩耗減量を測定した。なお摩耗纖の詳細条件は、下記の通りであ る。
潤滑：誠
¾t表面粗さ： RaO. 25 zm
周速： 0. 05m/秒
面圧： 0. 05GPa
ピン： SUJ2 [直径 5mm、 ロックウェル硬さ （H C) 64]
結果を表 1〜2に示す。 O
O 表 1
鋼材組成（単位 =質 ¾%:残部は Fe及び不可避的不純物） 焼入れ工程 焼戻し； i程
d o Ο 摩耗 曲げ
験 加熱 組織 炉 滞留 組織 組織 組織 減
O C卜
Mn 試験 S 例 C S! 寸g e B Ti Cr AI N [B+M] 時間 [TB+T ] [RP] [TB+TM+RP] kmg)
(。c) (面積％) (°C) (分） (面積％) (面積％) (面積。/ &)
Λ 0.52 0. 20 0.83 0.0016 0.021 ― 0.041 0.0040 810 90 690 10 90 0 90 〇 56 10
2 0.56 0. 18 0. 89 0. 0014 0.022 ― 0.040 0.0042 810 90 690 10 90 0 90 O 51 6
3 0.53 1. 06 0.0012 0.023 ― 0.048 0.0049 820 90 690 10 90 0 90 o 52 8
4 0.54- 0.22 0.0017 0.020 ― 0.040 0.0044 820 90 690 10 90 0 90 o 54 7
5 0.54 0. 24 0. 88 0.0008 0.022 ― 0.0042 820 90 690 10 90 0 90 o 51 フ
6 0.53 0. 24 0.76 0.0018 0.022 ― 0.045 0.0044 830 90 690 10 90 0 90 o 52 6
7 0.54 0.20 0.フ 5 0. 0010 O. 01 S ― ο 0.048 0.0047 820 90 690 10 90 0 90 o 53 7 ο
a 0.53 0. 22 0.82 0.0014 0. 023 ― 0.040 0.0041 820 90 690 10 90 0 90 o 53 6
9 0. 54 0.23 0.83 0. OO11 0.022 0. 13 0.050 0.0041 830 SO 690 10 90 0 90 o 53 7
10 0.54 0. 24- Ο.82 O. OOI 6 0.020 0. 21 0.048 0.0046 820 90 690 10 90 0 90 〇 54 8
11 0.53 0.0013 0.021 ― 0. 049 0.0041 820 90 690 10 90 0 Θ0 〇 52 9
12 0.54 0.21 0.75 0.0014 0.022 ― 0.042 0.0049 830 80 690 10 80 0 80 o 51 8
13 0.53 0.23 0.73 0.0012 0.022 ― 0.048 0.0043 830 70 690 10 70 0 70 o 51 8
14 0.53 0.24 0.74 0.0013 0.021 ― 0.046 0.0045 820 60 690 10 60 0 . 60 〇 52 8
15 0.53 0. 20 0. 83 0.0011 0.021 ― 0.047 0.0044 810 90 690 10 90 0 90 o 53 7
16 0.54 0.23 0.0012 0.021 ― 0.040 0.004-1 820 90 690 5 90 0 90 o 52 8
17 0.55 0.24 0. 86 0. 0013 0. 022 一 0.048 Q.0047 820 720 10 70 20 90 o 50 フ
18 0.54 0. 21 O.86 0.0010 0.022 ― 0.04フ 0.0049 840 90 690 10 90 0 90 o 53 7
19 0.53 0.22 0.77 0.0013 0.022 ― 0.040 0.0044 820 90 690 10 90 0 90 o 51 S
[B + I ]はべイナイト組織及びマルテンサイト組織の合計を、 [TB+TM]は焼戻ペイナイト組織及びマル亍ンサイト組織の合計を、 [RP]は再生パーライト組織を示す。
[TB+TM + RP]は焼戻べイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織、及び再生パーライト組織の合計を示す。 .
3 表 2
Figure imgf000014_0001
[B+M]はべイナイト組織及びマルテンサイ卜組織の合計を、 [TB+TM]は焼戻べイナイト組織及びマル亍ンサイト組織の合計を、 [RP]は再生パーライト組織を示す。
[TB+TM+RP]は焼戻べイナイト組織、烧戻マルテンサイト組織、及び再生パーライト組織の合計を示す。
表 2のうち実験例 2 0〜2 8は成分^が不適切な例である。すなわち実験例 2 0 では C量が不足しているため、耐摩耗性が不十分である。実験例 2 1は逆に C量が多 いため K ^^性が不十分である。
実験例 2 2では Mn量が少なく焼入性に劣る為、^ しべイナィト«¾び し マルテンサイト糸纖の ^4が不足しており、 曲け 能が不十分である。
実験例 2 3は Mn量が翻となっているため、高周職入れの際に硬化層が深くな つてしまい、 曲げ変开 が不十分となる。
例 2 4〜2 7では、 B又は T i量が不適切であるために耐衝撃注が不十分であ る。
実験例 2 8は C r量が翻であるため、高周 れの際に硬化層が深くなってし まい、 曲げ^^倉が不十分となる。
また実験例 2 9〜3 6から明らかなように、成分設計が適切であっても、謹が不 適切であると諸特注が不十分となる。すなわち実験例 2 9〜3 1では焼戻しべィナイ ト組 βび焼戻しマルテンサイト組織の合 I†*が不足しており、曲げ変形能が不十分 となる。
纖例 3 2〜3 4では再生パ一ライト繊が多すぎるため、曲げ 能が不十分と なる。実験例 3 5〜3 6では、 娠しべイナィト紙紘 娠しマルテンサイト糸職 及び再生パ一ライト組織の合計量が不足しているため、 曲げ変形能が不十分となる。 これらに対して実験例 1〜： L 9は、成分^"及 urn織の両方が適切であるため、耐 衝撃特性及ひ曹摩耗性の両方に優れており、 しかも亀裂の顯 '貫通を防止できる。 本発明のステアリングラヅク用■によれば、成分及び組織の両方が適切に $1脚さ れているため、耐摩耗性が改善されながらも 撃特性にも優れており、 しかも亀裂 の ίΙ ·貫通を防止することができる。
次いで、図 3は上述した本発明のステアリングラック用 »|を用いたステアリング ラヅクを含む Miパワーステアリング装置のネ鶴構成を示 ¾図である。
図 3を参照、して、 IHJパワーステアリング装置 (E P S： Electric Power Steering System) 1は、 ステアリングホイールのような操蛇部材 2に連結しているステアリ ングシャフト 3と、ステアリングシャフト 3に自在継手 4を介して連結される中間軸 5と、中間軸 5に自在継手 6を介して連結されるピニオン軸 7と、 ピニオン軸 7の先 端部に設けられたピニォン 7 aに嚙み合うラック歯 8 aを有して自動車の左右方向 に延びる ¾f由としてのステアリングラック 8とを備える。
ステアリングラヅク 8は車体に固定されるハウジング 1 7内に図示しなレ、複数の 軸受を介して直^ f主復動自在に 寺されている。ステアリングラック 8の一対の端部 はノヽウジング 1 7の両側へ突出し、各端部にはそれそれ夕イロヅド 9が結合されてい る。各夕イロヅド 9は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向用 の輜 1 0に避されている。
ill它部材 2が操作されてステアリングシャフ卜 3が回転されると、この回転がピニ オン 7 aおよびラック歯 8 aによって、自動車の左右方向に沿ってのステアリングラ ヅク 8の直^!動に変換される。これにより、操向用の^^ 1 0の が達成される。 ステアリングシャフト 3は、 它部材 2に連なる入力軸 3 aと、 ピニオン軸 7に連 なる出力軸 3 bとに分割されており、 これら入、出力軸 3 a , 3 bはトーシヨンノー
1 1を介して同一の車 |Μ で相対回転可能に互いに連結されている。
ト一シヨンバ一 1 1を介する入、出力軸 3 a , 3 b間の相対回転変 feSにより操舵 トルクを検出するトルクセンサ 1 2が設けられており、このトルクセンサ 1 2のトル ク検出結果は、 E CU (Electric Control Unit ：電子制御ュニヅト） 1 3に与えら れる。 E C U 1 3では、 トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速 検出結果等に基づいて、駆動回路 1 4を介して ί翮舗助用の電動モ一夕 1 5の馬隱を $卿する。
電動モ一夕 1 5の出力回転が 機構 1 6を介して減速されて、出力軸 3 b、中間 軸 5を介してピニオン軸 7に伝達さ ステアリングラヅク 8の直 動に変換され て、 ί雄が補助される。
機構としては、電動モータ 1 5の図示しない回転軸に一体回転可能に連結され るウォーム軸等の小歯車 1 6 aと、この小歯車 1 6 aに嚙み合うと共に出力軸 1 6 b に一体回転可能に連結されるウォームホイ一ル等の犬歯車 1 6 bとを備えるギヤ機 構を例示することができる。
図 4 Aはステアリングラヅク 8の部分断面側面図であり、図 4 Bは図 4 Aの 4 B— 4 B線に沿う断面図である。ステアリングラック 8は、直径 1)の¾^の本体 20と、 この本体 20の周面 20 aの一部に設けられた平坦部 21と、この平坦部 21に設け られラック歯开成部 22とを備える。
平坦部 21は、 本体 20の軸線 23に平行に所定長さで延び所定幅を有している。 ラック歯形成部 22は、複 i¾¾けられる上言 3のラック歯 8 aと、隣接するラック歯 8 a に設けられる歯^ 24とを含む。
ステアリングラヅク 8は上述した本発明のステアリングラック用^!を用いて形 成される。すなわち、ステアリングラック 8に用いられるステアリングラック用^ S は、 C： 0. 50〜0. 60質量％、 Si： 0. 05〜0. 5質量％、 Mn: 0. 2 〜1. 5質量％、 B： 0. 0005-0. 003質量％、 Ti： 0. 005〜0. 0 5質量％、 A1： 0. 0005〜0. 1質量％、及び N: 0. 002-0. 02質量％ を含有する。
また、欄の直径を Dとして、欄の表面から深さ D/ 4の部分の れ '焼戻し 組織が、 下記!）、 ！]) )及び m )の餅を満たす。
I)焼戻しべィナイト紙 βぴ焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積百分率が 3 0〜100%である。
Π)再生パーライト組織の薩百分率が 0〜50%である。
ΙΠ )娠しべイナィト糸亂 顯しマルテンサイト紙 及び再生パーライト組 織の^ tfの 百分率が 50〜： L 00%である。
ステア、)ングラヅク 8を形成するための上記のステアリングラック用棒鋼におい て、 好ましくは、 1. 5質量％以下（0質量％を含まず） の Crが含有される。
また、ステアリングラヅク 8を形成するためのステアリングラヅク用^!には、さ らに S： 0. 06質量％以下 （0質量％を含まない)、 Pb： 0. 3質量％以下 (0 質量％を含まない)、 Bi： 0. 2質量％以下（0質量％を含まない)、 Te： 0. 1 質量％以下 （0質量％を含まない)、 Mg： 0. 01質量％以下 （0%を含まない)、 Ca： 0. 01質量％以下（0質量％を含まない)、 希土類元素： 0. 01質量％以 下 （0質量％を含まない)、 Zr： 0. 3質量％以下 （0質量％を含まない） から選 択される少なくとも一種が含有される。 上記のように、 ステアリングラック 8を形成する鋼の炭素含有量は 0. 5 0〜0 . 6 0質量％である。炭素含有量を 0. 5 0質量％とするのは、鋼材に後述する高周波 れを施すことにより、 ラック歯 8 aの耐摩耗 f生を高めるためである。ただし、炭 有量が 0. 6 0質量％を超えると、ステアリングラック 8の薩撃特 f生力 下し、 また、高周 時に焼割れを生じ易くなる。そのために、 含有量は、 0. 6 0質量％以下、好ましくは 0. 5 8質量％以下、 さらに好ましくは 0 . 5 8質量％以 下にする。
また、ステアリングラック 8を形成する鋼には、 Βが 5〜3 O p pm含有されてい る。 5 p p m以上の Bの添加により高周、 «Xれされた部分の粒界を強化し、靱性を 増加させて曲げ変形能（耐割れ性）を格段に向上させることができる一方、 3 O p p mを超える Bを含有させても、その効果が馳するので、 5〜 3 0 p p mの範囲に設 定されることが好ましい。
ステアリングラヅク 8の少なくともラヅク歯形成部 2 2には、ラック歯 8 a形成後 に施された高周 および焼戻しによって硬化層 2 5が設けられている。ラック歯 形成部 2 2の表翻さがビヅカース硬さで 6 8 0〜8 0 0 HVに^されている。
6 8 0 HV未満であると、ラック歯形成部 2 2の表 βさが十分でなくなり、曲げ 疲労に対する疲労限界力 ¾くなる一方、 8 0 0 HVを超えると、 ¾ϋ部の執'注力 ¾下 し、 負荷あるいは準 Θ¾負荷に対する曲け が不足するからである。
そこで、ラック歯形成部の表面硬さを 6 8 0〜8 0 0 HVとすることで、曲げ疲労 に対する疲労限界を高くすると共に静的又は準静的負荷に対する十分な曲け強度を 確保するようにした。
また、ラック歯形成部 2 2において、ラヅク歯 8 a間の歯底部 2 4での硬化層 2 5 の有効硬化層深さ dは、歯底部 2 4の表面から 0 . 1〜 1 . 5 mmの範囲にあること が好ましい。ここで、硬化層 2 5の有効硬化層深さ dは、表面から 4 5 0 HVの硬さ の位置までの距離で定義さ 有効硬化層深さに相当する。
歯底部 2 4における硬化層 2 5の有効硬化層深さ dが 1 . 5 mmを超える^には、 高い衝撃を受けたときに、ステアリングラヅク 8の長手方向の中間部の 1箇所で局部 的に屈曲して山形状に曲がる傾向にあり、その結果、ステアリングラック 8上をピニ オン Ί aが移動できなくなるおそれがある。一方、硬化層 2 5の有効硬化層深さ が 0 . 1 mm未満では、 ラック歯 8 aの歯元付近の曲げ搬が不足するおそれがある。 そこで、歯底部 2 4での硬化層 2 5の有効硬化層深さ dを 0 . 1〜 1 . 5 mmの範 囲とすることで、ラック歯 8 aの歯元曲げ^ gを確保しつつ大荷重負荷時にステアリ ングラヅク 8全体が緩やかに曲がるようにし、非常時のステアリング性能を確保する ようにしている。歯底部 2 4での硬化層 2 5の有効硬化層深さ dは、より好ましくは 0. 3〜： L . 2 mmである。
通例、ラヅク歯 8 aは D/4程度の深さに歯底部が位置するように形成されている。 したがって、本体 2 1の周面 2 0 aにおいて、ラック歯形成部 2 2と径方向に対向す る部分 2 6の表面からの深さが （3ノ4 ) Dの部分 2 7 〔（3 /4 ) D部 2 7ともい う）は、 れされた部分と れされなかった部分との »觀にあたる。
上記 ( 3/4 ) D部 2 7では、焼戻しべィナイト紙織と娠しマルテンサイト繊 の合計の面積百分率が 3 0〜： L 0 0 %であって、再生パ一ライト組織が面積百分率で 0〜5 0 %であり、且っ娠しべイナィト糸進娠しマルテンサイト よび再 生パ一ライト組織の合計の面積百分率が 5 0〜 1 0 0 %であるように設定されてい る。これは、ステアリングラヅク 8の切断面の電子顕微鏡写真により観察することが できる。
万一、大荷重を受けたラヅクノ '一が な曲け ¾ を生じてその一部にクラックが 生じたとしても、上記の ( 3/4 ) D部に少なくとも 3 0 %の面積百分率で残存して いる焼戻しべィナイト組織と焼戻しマルテンサイト糸扁がクラックの伝搬を防止す ることで、ラックバ一が割れて 2分割するような徹員を防止することができる。また、 上記の ( 3/4 ) D部で再生パーライト組織の面積百分率を 5 0 %以下とするのは、 勒性を 下させないためである。
また、上言己歯底部 2 4の表面から 0 . 1 mm深さまで残留フェライ卜が発生してい ないことが好ましい。残留フェライ卜が発生していると、 的に強度を低下させる おそれがあるので、 これを排除するためである。
次いで、本ステアリングラック 8の製造方法について説明する。前述した成^!誠 および組織（例えば実験例 1〜 1 9の成分«および組織）を有する本発明のステア リングラヅク用■の周面の一部にフライス加工を施すことにより、平坦部 21を形 成し、この平坦部 21にブローチ加工を施すことにより、複数のラック歯 8aを含む ラヅク歯形成部 22を形成する。次いで、ラック歯形成部 22に、例えば加熱時間 5. 5秒、水冷による冷却時間 10秒の高周灘入れを施した後、例えば 170° Cで 1. 5時間の条件で娠し«を^ gし、ラック歯形成部 22の表面でビヅカース硬さで 680〜 800 H Vを し、 ステアリングラヅク 8を开城する。
このようにして得られステアリングラヅク 8では、上記した如く、ラック歯 8 aと して必要な耐摩耗性と必要な曲け強度を確保することができる。 また、 (3/4) D 部 27に残存する焼戻しべィナイト«と焼戻しマルテンサイト Ιϋがクラヅクの 内部への伝搬を防止することで、ステアリングラヅク 8が 2分割して割れるような破 損を防止することができる。
しかも、 歯底部 24の硬化層 25の有効硬化層深さ dを歯底部 24の表面から 0. 1〜1. 5mmとすることで、歯元曲げ ¾ ^を確保しつつ大荷重負荷時にステアリン グラック 8全体が緩やかに曲がるようにし、非常時のステアリング性能を確保するこ とが可能となる。有効硬化層深さ dは歯底部 24の表面から好ましくは 0. 3〜： L . 2 mmである。
以下、 »例を挙げて本発明のステアリングラックをより具体的に説明する。 鐘例
C含有量 0. 53質量％、 Si含有量 0. 23質量％、 Mn含有量 0， 8質量％、 S含有量 0. 018質量％、 Cr含有量 0. 30%、 B含有量 0. 015%である鋼 材を用いて、 によって直径 30mm®«にした後、カロ «S780° Cに加熱 し、次いで室温まで制御冷却した。冷却した棒鋼は、 m ^ e 6 o° cにカロ熱し た炉に 15分滞留させることによって顯しした。娠し後の棚は放冷した。より 好ましくは、上記加熱温度は 820° Cであり、焼戻し時の雰囲気温度は 690 ° C である。
このようにして得られた■を引抜き加工して直径 27. 5 mmにした後、切削加 ェにより平坦部 21を开成し、該平坦部 21にラック歯 8 aを开 してラック歯形成 部 2 2とした。次いで、 ラック歯形成部 2 2にカロ熱時間 5 . 5秒、水冷による冷却時 間 1 0秒の高周 ¾¾λれを施した後、 1 7 0 ° Cで 1 . 5時間の条件で娠し を 難し、ラック歯形成部 2 2に硬化層 2 5を設けて、難例のラックバ一を難した。 難例では、ラック歯形成部 2 2の表翻さが 7 1 0 HVである。ラヅク歯形成部 2 2の背面部 2 6の表面からの深さ （3Ζ4 ) D部 2 7で、娠しべイナィト糸纖と 焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積百分率が 9 0 %であって且つ再生パ一ライ ト組織が面積百分率で 0 %である。ラヅク歯形成部 2 2の歯底部 2 4の硬ィ匕層 2 5の 有 ¾Γ深さ dが歯 Jg¾ 2 4の表面から 0. 7 mmである。 t\M \
C含有量 0. 4 6質量％、 S i含有量 0. 1 9質量％、 Mn含有量 0. 8 6質量％、 S含有量 0. 0 5 3質量％、 C r含有量 0 . 1 3質量％であって、 Bを含有しない鋼 材を用いて、圧延によって欄に形成した後、カロ謝 5 0 ° Cに加熱し、次いで 室温まで冷却した。冷却した欄は、雰囲 6 1 0 ° Cに加熱した炉に 3 0分以 上滞留させることによって^ Hしした。； ^し後の棒鋼は放冷した。このようにして 得られた棒鋼を用い、以後は»例と同様にして、比,のステアリングラックを製 造した。
比較例では、 ラック歯形成部に通常の高周 娠しが施される。ラック歯 の表 ffi ^さが 6 5 0 HVである。 （3Z4) D部で焼戻しべィナイト系纖と顧しマ ルテンサイト組織の合計の面積百分率が 7 0 %であって且つ再生パ一ライト紙織が 面積百分率で 2 0 %である。歯底部の硬化層の有交深さが歯底部の表面から 0 . 3 m mである。
これら難例および J:國を各々 2個用いて以下の纖を難した。 ΙΕΛカ歸 ¾
図 5に示すような試験装置を用いた。実施例のステアリングラヅク 8ないし比較例 のステアリングラックをハウジング 1 7に,組み込 ハウジング 1 7の両端をそれぞ れ固定支柱 3 1に固定した。中立位置にてステアリングラック 8を固定し、ピニオン 軸 7に連結した口一夕リ一ァクチユエ一夕 3 2からピニオン軸 7に駆動トルクを与 えた。馬隱トルクを増大させていき、 ¾@に至らせた。
ステアリングラックに亀裂が発生するときの荷重は»例が 3 0 5 Jであるのに 対して、比較例が 1 8 8 Jであり、難例の 艘が比較例の ¾fe ^度と比較して、 約 6 2 %増であることが判明した。
図 6に示すような試験装置を用いた。実施例のステアリングラック 8ないし比較例 のステアリングラックをハウジング 1 7に組み込 ハウジング 1 7の両端をそれそ れ固定支柱 3 1にマウントラバ一 3 3を介して固定した。ピニオン軸 7をジョイント
3 4を介して中立位置に固定し、ステアリングラック 8の端部を負荷シリンダ 3 5に よりロードセル 3 6を介して押し、亀裂発生音を廳、するまで荷重を負荷した。口一 ドセル 3 6に された動歪み計 3 7の出力をレコーダ 3 8に言凝した。
その結果、 ¾5¾例の亀裂発生荷重が平均で 9 2 N · mであるの対して、比較例の亀 裂発生荷重が平均で 5 1 N . mであり、魏例の薩弓嫉が比»_|の薩搬と比較 して、 約 8 0 %増であることが判明した。 Xカ^
図 Ίに示すような試験装置を用いた。実施例のステアリングラヅク 8ないし比較例 のステアリングラックをハウジング 1 7に組み込 ハウジング 1 7の両端を固定支 柱 3 9に固定された一対の固定アーム 4 0に固定した。ハウジング 1 7はピニオン軸 7に近い側の端部が上になるように立てて配置する。ピニオン軸 Ίは中立位置で固定 支柱 41に固定する。ピニオン軸 7に近い側のステアリングラヅク 8の端部に受け部 材 4 2を固定した。
受け部材 4 2の上方には、ガイドバ一 4 3により上下動自在に支持された重錘 4 4 が設けられ、この重錘 4 4の下部にはロードセル 4 5が固定されている。ロードセル
4 5を固定した重錘 4 の重さは 1 0 0 K gであり、口一ドセル 4 5と受け部材 4 2 との距離を 2 0 c mとして、重錘 4 4およびロードセル 4 5を落下させて受け部材 4 2に衝突させ、 磁員に至るまでの落下回数を調べた。
ロードセル 4 5に動歪み計 4 6を接続し、動歪み計 4 6の出力を電磁オシロスコ一 プ 4 7に言^した。
纖の結果、比較例が平均で 3回で翻に至ったのに対して、難例は平均で 1 5 回で «に至つた。実施例の^ λ力衝撃強度が比較例よりも格段に優れていることが 離された。 曲げ^
図 8に示すような試験装置を用いた。実施例のステアリングラヅク 8ないし比較例 のステアリングラックをハウジング 1 7に組み込 ハウジング 1 7の両端をそれそ れ固定支柱 4 8に固定した。ステアリングラック 8をピニオン軸に近い側のハウジン グ 1 Ίの端部から ¾^限突出させた 態で、ステアリングラヅク 8の «に固定した 受け部材 4 9を負荷シリンダ 5 0によりロードセル 5 1を介して押し、ステアリング ラック 8に^負荷力得られるまで曲け荷重を負荷した。
ロードセル 5 1に接続された動歪み計 5 2の出力を荷重計 5 3に導き、荷重を測定 した。その結果、 最大負觀重は、 難例が 8 . 6 ΚΝであり、比翻は 7. 4 ΚΝ であった。これにより、 ^例は比 »Jとして比較して約 1 6 %増の曲け を持つ ことが鶴された。また、 ヒもヽ破断することなく「曲がる」ことが鶴された。 Έ - im
図 9に示すような試験装置を用いた。実施例のステアリングラック 8ないし比較例 のステアリングラヅクをハウジング 1 7に組み込 ハウジング 1 7の両端をそれぞ れ固定支柱 5 4に固定した。ステアリングラック 8の両端にそれぞれサーボアクチュ エー夕 5 5を連結した。ピニオン軸 7にジョイント 5 6およびトルクメ一夕 5 7を介 して口一夕リーアクチユエ一夕 5 8を接続し、該ロ一夕リーアクチユエ一夕 5 8によ りピニオン軸 7に馬隱トルクを与える。馬区動トルクは 5 O N · πιとし、周波数 0. 1 〜0. 2 H zにて繰り返し回数を 3万回とした。
論終了後、 ピニオンへの嚙み合い部分の摩耗量を測定したところ、鎌例が平均 8. 7 zmであるのに対して、比較例が平均 2 7. 8〃mであり、難例は比較例よ りも約 7 0 が減少することが^ Eされた。
図 1 0に示すような試験装置を用いた。実施例のステアリングラヅク 8ないし比較 例のステアリングラヅクをハウジング 1 7に組み込み、ハウジング 1 7の両端をそれ それ固定支柱 5 9に固定した。ピニオン軸 7をジョイント 6 0を介して中立位置に固 定し、ピニオン軸 7に近い側のステアリングラヅク 8の端部に連なる夕ィロヅド 9を 介して、 サーボアクチユエ一夕 6 1からのステアリングラック 8に軸力を負荷した。 ステアリングラヅク 8に負荷される軸力を 9 . 8 kNとし、周 « 5 H zにて磁員に 至るまで実施した。その結果、 J:匕較例は 3 5万回で破損に至ったのに対して、実施例 は 7 0万回にても磁員に至らなかった。 曲げ疲労謹
難例と同様の素材にて図 1 1 Aに示す纖片 6 2を作成した。 ¾ 6 2は、全 長 Lが 9 0 mmのほぼ細の軸である。|¾^ 6 2の一端 6 2 aから距離 Nが 4 0 m mの位置を中心として、 くびれ部 6 5を R 5の断面湾曲を持って形成する。 くびれ部 6 5の最小直径 Rは 8 mmである。くびれ部 6 5を挟んで一端 6 2 a側が直径 Pが 1 2 mmである円柱部 6 3となっている。また、 くびれ部 6 5を挟んでfei耑 6 2 b側が 御耑 6 2 b側にいくに従って次第に拡径する 1 Z2 0テ一パのテ一パ部 6 4となつ ている。テ一パ部 6 4の最大直径 Qは 1 4 mmである。比較例についても同様の比較 片を作成した。
纖片 6 2ないし比較片の曲げ疲労纖を、図 1 1 Bに示す赚装置を用いて魏 した。！ ¾片6 2の一端 6 2 aから距離 Mが 5 O mmまでの部分を片持ち状に突出さ せる状態にて、残りのテーパ部 6 4を固 6 6のテーパ状の 孔 6 7に固定し た。固定された»片6 2の一端 6 2 a付近に転動ローラ 6 8を介して負荷シリンダ 6 9によって周 «2 0 H zで曲げ荷重を繰り返し負荷し、応力と繰り返し回数を測 定して、 S— N曲線を求めた。 ,の結果、 S— Ν曲線の平滑化部分（応力が する部分）において、比較片の 応力が 127 OMP aであるのに対して、 片 62の応力が 145 OMP aであり、 疲労^ g力 15%向上することが^ SEされた。

Claims

請求の範囲
1. C: 0. 50〜0. 60質量％、 Si： 0. 05〜0. 5質量％、 Mn： 0. 2 〜1. 5質量％、 B： 0. 0005~0. 003質量％、 Ti： 0. 005 ~0. 0 5質量％、 A1： 0. 0005-0. 1質量％、及び N: 0. 002〜0. 02質量％ を含有し、
棚の直径を Dとして、欄の表面から深さ DZ4の部分の れ，娠し繊が、 下記])、 II)及び III )の条件を満たすように調整されているステアリングラック用
I)娠しべイナィト«¾び娠しマルテンサイト纖の合計の面積百分率が 3 0〜： 100%である。
Π)再生パーライト繊の醒百分率が 0〜 50%である。
πι )娠しべイナィト糸鼠 娠しマルテンサイト糸 及び再生パーライト組 織の^ の 百分率が 50〜； L 00%である。
2.請求の範囲第 1項に記載のステアリングラック用 において、 1. 5質量％以 下（0質量％を含まず）の Crを含有する。
3. 請求の範囲第 1項に言 3¾のステアリングラヅク用棚において、
さらに S： 0. 06質量％以下 （0質量％を含まない)、 Pb： 0. 3質量％以下 (0質量％を含まない)、 Bi： 0.2質量％以下（0質量％を含まない)、 ΤΘ:0. 1質量％以下（0質量％を含まない)、 Mg: 0.01質量％以下（0%を含まない)、 Ca： 0. 01質量％以下 （0質量％を含まない)、 希土類元素： 0. 01質量％以 下 （0質量％を含まない)、 Zr： 0. 3質量％以下 （0質量％を含まない） から選 択される少なくとも一種を含有するステアリングラック用^!。
4. C： 0. 50〜0. 60質量％、 Si： 0. 05〜0. 5質量％、 Mn: 0. 2 〜1. 5質量％、 B： 0. 0005〜0. 003質量％、 Ti： 0. 005〜0. 0 5質量％、 A1： 0. 0005〜0. 1質量％、及び N: 0. 002〜0. 02質量％ を含有する鋼片を腿し、
圧延により得られた棚を 780°C以上から! ¾\れして、棒鋼の表面から深さ D/4 (Dは棒鋼の直径を示す）の部分のペイナイト組厳びマルテンサイト組織の を爾責百分率で 30〜 100 %とした後、
¾660〜720°Cの雰囲気温度 (こ加熱した炉に入れて 20分以下の短時間焼 戻 を行い、室温まで冷却することにより、上言 3«の表面から深さ D/4の部 分の再生パーライト組織を面積百分率で 0〜50%とすると共に、上言 3^1の表面か ら深さ DZ4の部分の娠しべイナィト糸進娠しマルテンサイト糸 S«び再生パ —ライト紙織の合計を面積百分率で 50~100%とするステアリングラック用棒 鋼の製造方法。
5.請求の範囲第 4項に記載のステアリングラック用権綱の製 法 において、 上言藤片が 1. 5質量％以下（0質量％を含まず） の Crを含有する。
6. 請求の範囲第 4項に言纖のステアリングラヅク用欄の^^法において、 上言灘片が、 さらに S： 0. 06質量％以下 （0質量％を含まない)、 Pb： 0. 3質量％以下 （0質量％を含まない)、 Bi： 0. 2質量％以下 （0質量％を含まな い)、 Te:0. 1質量％以下（0質量％を含まない)、 Mg: 0.01質量％以下（0% を含まない)、 Ca： 0. 01質量％以下 （0質量％を含まない)、 希土類元素： 0. 01質量％以下 （0質量％を含まない)、 Zr： 0. 3質量％以下 （0質量％を含ま ない）から ¾尺される少なくとも一種を含有する。
7.請求の範囲第 1項、第 2項又は第 3項に記載のステアリングラック用■を用い て开城されるステアリングラヅク。
8.請求の範囲第 7項に議のステアリングラヅクにお!、て、
本体と、上記本体の周面の一部に形成さ ui 数のラヅク齒を含むラヅク歯形成部と を備え、
少なくともラヅク歯形成部に高周灘入 l i理及び焼き戻し画が施された硬化 層が設けら
上記ラヅク歯形成部の表醒さがビヅカース硬さで 680〜800HVである。
9. 請求の範囲第 8項に言 B¾のステアリングラヅクにおいて、
上記本体は、ラヅク歯形成部と径方向に対向する部分と、上記ラック歯形成部と径 方向に対向する部分の表面から深さ （3/4) D (Dは «Iの直径を示す）の部分と を含
上記深さ （3ノ4) Dの部分の焼入れ'娠し糸扇が、 下記 I)、 ID及び ΠΙ )の ^(牛を満たすように調整されている。
I)焼戻しべィナイト組 «び焼戻しマルテンサイト組織の合計の面積百分率が 3 0〜； I 0 0 %である。
Π)再生パ一ライト組織の丽責百分率が 0〜5 0%である。
in )娠しべイナィト組紘 娠しマルテンサイト糸 及び再生パ一ライト組 織の^ の面積百分率が 5 0〜 1 0 0%である。
1 0. 請求の範囲第 8項に言 B¾のステアリングラックにおいて、
上記ラヅク歯开 $成部 ίま歯底部を含
上記歯底部における有効硬化層深さが歯底部の表面から 0. 1〜 1 . 5 mmである。
1 1 . 請求の範囲第 8項に言纖のステアリングラックにおいて、
上記ラヅク歯形成部は歯 ^を含
上記歯底部における有効硬化層深さが歯底部の表面から 0. 3〜； L . 2 mmである。
1 2. 請求の範囲第 8項に言3¾のステアリングラヅクにおいて、
上記ラヅク歯形成部は歯底部を含
上記歯底部の表面から 0. 1 mmの深さまでの領域に残留フェライトが含まれない。
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