专利名称：实心稳定杆、实心稳定杆用钢材和实心稳定杆的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种实心稳定杆、实心稳定杆用钢材和实心稳定杆的制造方法，该实心稳定杆用于在车辆行驶时保证该车辆的稳定性。
背景技术：
稳定杆连接在车辆的车宽方向上位于两侧的悬架上。在车辆行驶时由稳定杆控制车辆的横向侧倾。稳定杆有由实心钢材制成的实心稳定杆和由中空钢材制成的中空稳定杆。近些年，为减轻车辆的重量，人们越来越多地使用中空稳定杆。例如在专利文献I中公开有用于制造中空稳定杆的焊接钢管，在专利文献2中公开有中空稳定杆的制造方法。专利文献I :日本发明专利公开特开2004-11009号专利文献2 :日本发明专利公开特开2005-76047号但是与中空稳定杆相比，实心稳定杆易于确保具有所需的强度。另外，后者的制造成本较低。因此中空稳定杆的需要虽在增加，但是人们仍然较多地使用实心稳定杆。上述两种稳定杆的区别在于中空和实心这一点。因此所需的钢材的特性必然有所不同。下面具体说明其不同点。在稳定杆的制造方法中包括成型工序、淬火工序和回火工序。在成型工序中，为使钢材呈稳定杆的形状，对钢材进行弯折加工。此时若是中空稳定杆用钢材，其径向方向上的 中心部为一空洞。因此使其弯曲变形时所受到的阻力原本就较小。所以易于进行弯折加工。相对于此，若是实心稳定杆用钢材，其径向方向上的中心部也是该钢材。因此使其弯曲变形时所受到的阻力原本就较大。所以难以进行弯折加工且回弹量也较大。因此与制造中空稳定杆相比，制造实心稳定杆时对降低回弹量的要求较高。还有，与中空稳定杆相比，由于对实心稳定杆的强度要求较高，因此受其影响回弹量会进一步加大。所以在制造中空稳定杆时，其回弹量不会达到成为问题的程度，但在制造实心稳定杆时，必须考虑回弹量来选择原材料等。另外，在淬火工序中对经弯折加工后的钢材进行淬火处理。此时若是中空稳定杆，其径向方向上的中心部为一空洞。因此不要求钢材具有较高的淬火性能。相对于此，若是实心稳定杆，其径向方向上的中心部也是该钢材。因此为了使所述实心稳定杆硬化至径向方向上的中心部，要求钢材具有良好的淬火性能。另外，若是中空稳定杆，其径向方向上的中心部为一空洞。因此在淬火工序中被骤冷时，外周面和内周面之间的收缩差(冷却速度差)较小。所以不易产生淬火裂纹。相对于此，若是实心稳定杆，其径向方向上的中心部也是该钢材。因此在淬火工序中被骤冷时，夕卜周面和径向方向上的中心部之间的收缩差(冷却速度差)较大。所以易于产生淬火裂纹。像这样，与中空稳定杆用钢材相比，若是实心稳定杆用钢材要求其不易产生淬火裂纹。即，与中空稳定杆用钢材相比，要求后者具有较高的耐淬火裂纹性能。还有，如上所述，与中空稳定杆相比，实心稳定杆易于确保具有所需的强度。因此对强度要求较高的车辆中多使用实心稳定杆。但是为提高强度，增加对提高强度有效果的C等的含量，因这样做会降低上述弯折加工性能或耐淬火裂纹性能，所以与中空稳定杆相比，在制造强度优异的实心稳定杆时有时出现以下问题即使将用于中空稳定杆的技术不加改动地应用于实心稳定杆，也难以获得所需的特性。如上面说明的那样，即使将中空稳定杆用钢材不加改动地应用于实心稳定杆用钢材，因对双方要求的特性完全不同，所以无法满足对弯折加工性能、淬火性能、耐淬火裂纹性能、强度等特性的所有要求。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明的目的是提供一种实心稳定杆、实心稳定杆用钢材和实心稳定杆的制造方法。即，本发明的目的在于提供如下技术在制造满足弯折加工性能、淬火性能、耐淬火裂纹性能的实心稳定杆时不产生上述技术问题，而且还提供强度优异的实心稳定杆、实心稳定杆用钢材和实心稳定杆的制造方法。技术方案(I)中，为实现该目的，本发明所述的实心稳定杆是对实心稳定杆用钢 材进行冷成型、淬火、回火加工而制成的，以质量百分比来计，上述实心稳定杆用钢材含有O. 24 O. 40% 的 C、0. 15 O. 40% 的 Si,O. 50 1· 20% 的 Mn,O. 03% 以下的 Ρ、0· 30% 以下的 Cr、O. 01 O. 03%的Ti,O. 001(Γ0. 0030%的B，满足下式(I)的条件，余下部分由Fe和难以避免的不纯净物构成，经上述回火处理后的径向方向上的中心部的硬度为400HV以上，经上述回火处理后的该径向方向上的中心部的马氏体比例为80%以上。I. 24 < (2C+0. ISi+O. 4Mn+0. 4Cr) X {1+(1. 5B-300B2) X240} < I. 7…式(I)在上述技术方案(I)的基础上，技术方案(2)中，优选上述C的下限值为O. 25%、上述Mn的上限值为I. 00%、上述式(I)的下限值为1.4。在上述技术方案(I)或者(2)的基础上，技术方案(3)中，优选满足下式(2)的条 件。(Si/C) < I. 5…式(2)在上述技术方案(I) (3)的任意一项的基础上，技术方案(4)中，经上述回火处理后的拉伸强度为1200MPa以上、O. 2%屈服强度为IlOOMPa以上，室温下的冲击韧性值为70J/cm2以上。采用本方案时能够获得兼具高强度和高韧性的实心稳定杆。技术方案(5)中，为实现该目的，以质量百分比来计，本发明所述的实心稳定杆用钢材含有 O. 24 O. 40% 的 C、0. 15 O. 40% 的 Si,O. 50 1· 20% 的 Mn,O. 03% 以下的 Ρ、0· 30% 以下的Cr,O. 01 O. 03%的Ti,O. 0010、. 0030%的B，满足下式(I)的条件，余下部分由Fe和难以避免的不纯净物构成，在加热温度1000°C以下条件下进行精轧，轧制后的硬度为200HV以下。I. 24 < (2C+0. ISi+O. 4Mn+0. 4Cr) X {1+(1. 5B-300B2) X240} < I. 7…式(I)在技术方案上述(5)的基础上，技术方案(6)中，优选上述C的下限值为O. 25%、上述Mn的上限值为I. 00%、上述式(I)的下限值为1.4。在上述技术方案(5)或者(6)的基础上，技术方案(7)中，优选满足下式(2)的条件。(Si/C) < I. 5…式(2)技术方案(8)中，为实现该目的，本发明所述的实心稳定杆的制造方法中所用的实心稳定杆用钢材含有O. 24 O. 40%的C、0. 15 O. 40%的Si,O. 50 1· 20%的Mn,O. 03%以下的Ρ、0· 30%以下的Cr、0. 0Γ0. 03%的Ti、0. 001(Γ0. 0030%的B，满足下式(I)的条件，余下部分
由Fe和难以避免的不纯净物构成，在加热温度1000°C以下条件下进行精轧，轧制后的硬度为200HV以下。上述制造方法包括成型工序，对上述实心稳定杆用钢材进行冷弯折加工；淬火工序，对经成型加工后的该实心稳定杆用钢材进行淬火处理；回火工序，对经淬火处理后的该实心稳定杆用钢材进行回火处理。I. 24 < (2C+0. ISi+O. 4Mn+0. 4Cr) X {1+(1. 5B-300B2) X240} < I. 7…式(I)在上述技术方案(8)的基础上，技术方案(9)中，优选上述C的下限值为O. 25%、上述Mn的上限值为I. 00%、上述式(I)的下限值为1.4。在上述技术方案(8)或者(9)的基础上，技术方案(10)中，优选满足下式(2)的条件。
(Si/C) < I. 5…式(2)发明效果本发明所述的实心稳定杆用钢材经过成分最优化处理，既能保持所需的淬火性能、耐淬火裂纹性能、弯折加工性能，还可获得能满足强度、韧性等机械特性的性能。将弯折加工性能、耐淬火裂纹性能、机械特性一项一项地与现有钢材相比时，虽然并非具有明显优异程度的性能，但与现有钢材的部分特性能满足要求而其他特性不满足要求的情况相比，本发明的最大特点是经产品的最优化设计而能满足所有的特性要求。
图I表示作为本发明的一个实施方式的实心稳定杆的立体图。
具体实施例方式下面说明本发明的实心稳定杆、实心稳定杆用钢材、实心稳定杆的制造方法的实施方式。<实心稳定杆用钢材>[构成实心稳定杆用钢材的各成分的含量]首先说明构成实心稳定杆用钢材的各成分的含量。(C)C是经淬火、回火处理后为确保实心稳定杆具有所需强度的不可或缺的成分。之所以使C的含量在O. 24质量百分比(下面适当地记作“％”)以上，是因为不足O. 24%时实心稳定杆的强度降低的缘故。另外还因为实心稳定杆用钢材的淬火性能变差的缘故。基于同样理由优选C的含量在O. 25%以上。之所以使C的含量在O. 40%以下，则是因为超过O. 40%时实心稳定杆用钢材的耐淬火裂纹性能变差的缘故。另外还因为经回火处理后的韧性降低的缘故。另外还因为精轧后(冷成型前)的实心稳定杆用钢材的硬度上升而冷成型时的弯折加工性能变差的缘故。(Si)在进行熔炼时Si起到脱氧剂的作用。之所以使Si的含量在O. 15%以上，是因为不足O. 15%时实心稳定杆用钢材的淬火性能变差的缘故。另外还因为实心稳定杆的强度降低的缘故。之所以使Si的含量在O. 40%以下，则是因为超过O. 40%时实心稳定杆用钢材的耐淬火裂纹性能变差的缘故。另外还因为经回火处理后的韧性降低的缘故。另外还因为精轧后(冷成型前)的实心稳定杆用钢材的硬度上升而冷成型时的弯折加工性能变差的缘故。(Mn)添加Mn的目的是为提高实心稳定杆用钢材的淬火性能。之所以使Mn的含量在O. 50%以上，是因为不足O. 50%时实心稳定杆用钢材的淬火性能变差的缘故。另外还因为实心稳定杆的强度降低的缘故。之所以使Mn的含量在I. 20%以下，则是因为超过I. 20%时实心稳定杆用钢材的耐淬火裂纹性能变差的缘故。另外还因为精轧后(冷成型前)的实心稳定杆用钢材的硬度上升而冷成型时的弯折加工性能变差的缘故。基于同样理由优选Mn的含量在I. 00%以下。
(P)优选P的含量尽量少。之所以使P的含量在O. 03%以下，是因为超过O. 03%时经回火处理后的韧性降低的缘故。(Cr)与Mn相同，添加Cr的目的也是为提高实心稳定杆用钢材的淬火性能。之所以使Cr的含量在O. 30%以下，是因为超过O. 30%时实心稳定杆用钢材的耐淬火裂纹性能变差的缘故。另外还因为精轧后(冷成型前)的实心稳定杆用钢材的硬度上升而冷成型时的弯折加工性能变差的缘故。(B)与Mn、Cr相同，B也有能提高实心稳定杆用钢材的淬火性能的效果。另外B还具有能提高晶粒边界强度的效果。之所以使B的含量在O. 0010%以上，是因为不足O. 0010%时实心稳定杆用钢材的淬火性能变差的缘故。另外还因为实心稳定杆的强度降低的缘故。之所以使B的含量在O. 0030%以下，是因为B的添加效果(提高淬火性能的效果、提高强度的效果)随添加量的增加而逐渐饱和的缘故，是因为在超过O. 0030%后即使再添加B其效果也会饱和的缘故。还有，鉴于这一点，在后述式(I)中，对于B的含量，除了设有一次项以夕卜，还设有二次项。(Ti)B易于与钢材中的N结合。B与N结合而生成BN时将无法获得B的添加效果。对此，通过添加Ti而使Ti和N之间生成TiN而确保B的添加效果。之所以使Ti的含量在O. 01%以上，是因为不足O. 01%时难以确保B的添加效果的缘故。之所以使Ti的含量在O. 03%以下，是因为超过O. 03%时易于生成粗大TiN而使韧性降低的缘故。还有，本发明的实心稳定杆用钢材除含有上述各成分以外，也可将所需的量的Al(O. 040%左右)作为不纯净物而含有，在作为制造钢材时要必须有的工序的脱氧处理时需要该Al。[式(I)]下面说明式(I)。式(I)是对实验数据进行多变量解析而得的经验算式。将各成分的含量设定为能适合式(I)时可使实心稳定杆用钢材的淬火性能、耐淬火裂纹性能达到最优化。
之所以使将各成分的含量(百分数、若为O. 25%记作O. 25)代入式(I)而得的数值超过I. 24，是因为以下缘故不足I. 24时，作为实心稳定杆而使用时因淬火性能不足而难以确保经淬火处理后直到径向方向上的中心部的马氏体比例在80%以上，这样，实心稳定杆的强度降低。基于同样理由，优选式(I)的数值超过I. 4。另外，之所以使将各成分的含量代入式(I)而得的数值不足I. 7，则是因为以下缘故超过I. 7时，根据上述理由，与中空稳定杆相比，在制造易于产生淬火裂纹的实心稳定杆时，有可能无法完全防止产生淬火裂纹。像这样，通过利用式(O,能确保在制造实心稳定杆时使淬火性能和耐淬火裂纹性能不产生问题。[式(2)]式(2)是对实验数据进行多变量解析而得的经验算式。将Si、C的含量设定为能适合式(2)时可以使实心稳定杆用钢材的表面硬度达到最优化。之所以使式(2)的数值不足I. 5，是因为超过I. 5时Si相对于C的量变大而容易脱碳的缘故。即，与实心稳定杆的内部硬度相比，其表面硬度变低的缘故。像这样，通过利 用式(2 )，能防止实心稳定杆的表面硬度下降。[加热温度、压延后的硬度]之所以使精轧时的加热温度在1000°C以下，是因为超过1000°C时压延后的硬度上升而使实心稳定杆用钢材的冷弯折加工性能变差的缘故。具体地讲，会产生回弹量变大而弯折加工后的形状产生较大的差异。另外，之所以使压延后的硬度在200HV以下，是因为在200HV以下时能将弯折加工时的回弹量控制在目标数值以下的缘故。<实心稳定杆> 作为实心稳定杆的原材料的实心稳定杆用钢材的各成分的含量，关于式(I )、式
(2)，如同上面说明的那样。图I表示作为本发明的一个实施方式的实心稳定杆的立体图。如图I所示，实心稳定杆I整体上呈U字形。实心稳定杆I具有扭杆部10和一对臂部11。扭杆部10沿车宽方向延伸。一对臂部11连接在扭杆部10的轴线方向上的两端。在扭杆部10的车宽方向上的两端附近咬合固定有一对环形件12。在一对环形件12的车宽方向上的外侧套装有一对套筒13。套筒13固定在车身(省略其图示)上。在一对臂部11的顶端各设置有一个孔部110。一对孔部110各与悬架臂(省略其图示)相连接。[经回火处理后的硬度、马氏体比例]之所以将径向方向上的中心部作为判断经回火处理后的硬度、马氏体比例的部位，是因为对于实心稳定杆必须淬火处理至径向方向上的中心部而得到相应的金相组织，若淬火性能不足，则径向方向上的中心部为未经淬火处理的金相组织而硬度降低的缘故。因此，若径向方向上的中心部能获得所需的金相组织和硬度，表面等径向方向上的中心部以外的部位自然能确保80%以上的马氏体比例。之所以使经回火处理后的径向方向上的中心部的硬度在400HV以上，是因为与现有的中空稳定杆相比，本发明的目的是确保具有同等或具有更优异的强度，因此若硬度不足400HV则强度也会不足的缘故。同样，之所以使经回火处理后的径向方向上的中心部的马氏体比例在80%以上，是因为不足80%时无法获得能实现发明目的的强度。[拉伸强度、O.2%屈服强度、冲击韧性值]
之所以使得拉伸强度在1200MPa以上、O. 2%屈服强度在IlOOMPa以上、冲击韧性值在70J/cm2以上，是因为低于这些下限值时无法使实心稳定杆所要求的高强度和高韧性得以兼备。S卩，与中空稳定杆相比，实心稳定杆大多用于有高强度或高韧性要求的车辆中。因此若低于这些下限值时有可能无法满足对实心稳定杆提出的严格的要求。<实心稳定杆的制造方法>实心稳定杆的制造方法包括成型工序、淬火工序和回火工序。在成型工序中，对精轧后的实心稳定杆用钢材进行冷弯折加工，以使该实心稳定杆用钢材具有作为制造对象的实心稳定杆的形状。在淬火工序中，首先加热实心稳定杆用钢材，使金相组织变为马氏体之后使其骤冷而变为硬马氏体金相组织，在其后的回火工序中提高实心稳定杆用钢材的韧性。作为实心稳定杆用钢材的各成分的含量，关于式(I)、式(2)、精轧时的加热温度、 精轧后的硬度，如同上面说明的那样。< 其他 >上面说明了本发明所述的实心稳定杆、实心稳定杆用钢材、实心稳定杆的制造方法的实施方式。但本发明的实施方式并不局限于上述实施方式。本领域技术人员可对其进行各种变型或改进。例如，对实心稳定杆的制造方法的淬火工序中的加热方法并不作特殊的限定，可以采用热炉加热或者通电加热等方法进行加热。另外，对实淬火工序中的骤冷用制冷剂也不作特殊的限定，可使用水、聚合物系溶液等。另外，对淬火工序、回火工序中的加热、冷却温度模式图也不作特殊的限定。另外，对成型工序中的弯折加工也不作特殊的限定。例如可以在冷加工状态下用数控折弯机或弯折模具等进行弯折加工。实施例I下面说明对稳定杆、稳定杆用钢材所进行的耐淬火裂纹性能、冷弯折加工性能、强度、耐久性、韧性等评价试验。〈样品的制造方法〉首先说明样品(实施例I 8、对比例I 7、9 13)的制造方法。样品的制造方法包括热锻工序、淬火工序、回火工序、精加工工序。在热锻工序中，首先按规定长度切断钢材。接着加热被切断的钢材的轴线方向上的两端再进行热锻并设置穿孔。像这样，如图I所示，在钢材的轴线方向上的两端形成一对孔部110。在淬火工序中，首先夹紧钢材的一对孔部110。接着通过向一对孔部110之间通电而进行通电加热以加热到淬火温度970°c。之后用水对钢材进行骤冷。在回火工序中，再次加热钢材并进行缓慢冷却。还有，调整加热时的最高温度(回火温度)以使经回火处理后的径向方向上的中心的硬度达到目标数值的420HV。但是对于后述的对比例10，只将经淬火处理后的硬度上升至320HV。因此在回火工序中，判断为不能调整至420HV，若进行回火处理则硬度进一步降低而与目标数值之差有可能变大，所以未对对比例进行回火处理。另外对于实施例7，在精加工工序中，使加热钢材而进行的涂装工序与回火工序同时进行。使涂装温度、即回火温度为200°C。
在精加工工序中，首先对钢材形状进行微调，接着对其表面进行喷丸硬化处理，再对其表面进行涂装，最后如图I所示，将一对环形件12咬合固定在扭杆部10上。这样来制造样品。对比例8为用于评价中空和实心时产生淬火裂纹的难易程度的样品。对对比例8只进行耐淬火裂纹性能评价。评价方法将在后面叙述。〈样品的组成〉接着说明样品的组成。表I中表示有关于实施例I 8、对比例I 13的成分、制造条件、评价项目(耐淬火裂纹性能、冷弯折加工性能、强度、耐久性、韧性)的数据。对于技术方案中规定的成分和超过特性的数值范围的部分标记有另外，对于技术方案中未规定的特性、即明显变差的部分标记有
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[表 I]
权利要求
1. 一种实心稳定杆，其通过对实心稳定杆用钢材进行冷成型、淬火、回火处理而制成，其特征在于， 以质量百分比来计，上述实心稳定杆用钢材含有O. 24、. 40%的C、0. 15 O. 40%的Si、O.50 1· 20% 的 Mn,O. 03% 以下的 Ρ、0· 30% 以下的 Cr,O. 01 O. 03% 的 Ti,O. 001(Γ0. 0030% 的B，满足下式(I)的条件，余下部分由Fe和难以避免的不纯净物构成， 经上述回火处理后的径向方向上的中心部的硬度为400HV以上，经上述回火处理后的该径向方向上的中心部的马氏体比例为80%以上，1.24 < (2C+0. ISi+O. 4Mn+0. 4Cr) X {1+(1 5B-300B2) X 240} < I. 7 · · 式(I)。
2.根据权利要求I所述的实心稳定杆，其特征在于， 上述C的下限值为O. 25%、上述Mn的上限值为I. 00%、上述式(I)的下限值为I. 4。
3.根据权利要求I或2所述的实心稳定杆，其特征在于， 满足下式(2)的条件， (Si/C) <1.5· · 式(2)。
4.根据权利要求广3的任一项所述的实心稳定杆，其特征在于， 经上述回火处理后的拉伸强度为1200MPa以上、O. 2%屈服强度为IlOOMPa以上，室温下的冲击韧性值为70J/cm2以上。
5.一种实心稳定杆用钢材，其特征在于， 以质量百分比来计，其含有O. 24 O. 40%的C、0. 15 O. 40%的Si,O. 50 1· 20%的Mn、O.03% 以下的 Ρ、0· 30% 以下的 Cr,O. 01 O. 03% 的 Ti,O. 001(Γ0. 0030% 的 B, 满足下式(I)的条件， 余下部分由Fe和难以避免的不纯净物构成， 在加热温度1000°C以下条件下进行精轧，轧制后的硬度为200HV以下，I. 24 < (2C+0. ISi+O. 4Mn+0. 4Cr) X {1+(1 5B-300B2) X 240} < I. 7 · · 式(I)。
6.根据权利要求5所述的实心稳定杆用钢材，其特征在于， 上述C的下限值为O. 25%、上述Mn的上限值为I. 00%、上述式(I)的下限值为I. 4。
7.根据权利要求5或6所述的实心稳定杆用钢材，其特征在于， 满足下式(2)的条件， (Si/C) <1.5· · 式(2)。
8.—种实心稳定杆的制造方法，其特征在于， 所用的实心稳定杆用钢材含有O. 24 O. 40%的C、0. 15 O. 40%的Si,O. 50 1· 20%的Mn、O.03% 以下的 Ρ、0· 30% 以下的 Cr,O. 01 O. 03% 的 Ti,O. 001(Γ0. 0030% 的 B, 满足下式(I)的条件， 余下部分由Fe和难以避免的不纯净物构成， 在加热温度1000°C以下条件下进行精轧，轧制后的硬度为200HV以下，上述制造方法包括 成型工序，对上述实心稳定杆用钢材进行冷弯折加工； 淬火工序，对经成型加工后的该实心稳定杆用钢材进行淬火处理；回火工序，对经淬火处理后的该实心稳定杆用钢材进行回火处理，I.24 < (2C+0. ISi+O. 4Mn+0. 4Cr) X {1+(1 5B-300B2) X 240} < I. 7 · · 式(I)。
9.根据权利要求8所述的实心稳定杆的制造方法，其特征在于，上述C的下限值为O. 25%、上述Mn的上限值为I. 00%、上述式(I)的下限值为I. 4。
10.根据权利要求8或9所述的实心稳定杆的制造方法，其特征在于，满足下式(2)的条件，(Si/C) <1.5· · 式(2)。
全文摘要
本发明提供一种实心稳定杆用钢材、实心稳定杆和实心稳定杆的制造方法，该实心稳定杆用钢材的弯折加工性能、淬火性能、耐淬火裂纹性能较高，该实心稳定杆的强度较高，以质量百分比来计，实心稳定杆用钢材含有0.24~0.40%的C、0.15~0.40%的Si、0.50~1.20%的Mn、0.03%以下的P、0.30%以下的Cr、0.01~0.03%的Ti、0.0010~0.0030%的B，实心稳定杆用钢材满足下式(1)的条件，实心稳定杆用钢材经回火处理后的径向方向上的中心部的硬度为400HV以上，经回火处理后的该径向方向上的中心部的马氏体比例为80%以上，1.24＜(2C+0.1Si+0.4Mn+0.4Cr)×{1+(1.5B-300B2)×240}＜1.7…。
文档编号C22C38/32GK102782172SQ201180012088
公开日2012年11月14日 申请日期2011年3月4日 优先权日2010年3月8日
发明者久野隆纪, 杉本淳, 榊原隆之, 水野浩行, 野村一卫 申请人:中央发条株式会社, 爱知制钢株式会社