JP7656191B2 - Torsion bar steel and torsion bar parts - Google Patents
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Description
本開示は、シートベルト巻き取り装置において、ロードリミッタとして用いられるトーションバーに使用されるトーションバー用鋼材及びトーションバー部品に関する。 This disclosure relates to torsion bar steel and torsion bar parts used in torsion bars used as load limiters in seat belt retractors.
自動車に装備されているシートベルト装置は、衝撃などによって車体に大きな減速度が作用した際に、シートベルトで乗員を拘束することにより乗員がシートから飛び出すことを防ぎ、乗員を保護している。しかし、シートベルトにより乗員が拘束されても、乗員が大きな慣性により前方に移動しようとするため、シートベルトには大きな荷重がかかるとともに、乗員はシートベルトから大きな衝撃を受ける。
したがって、乗員に作用する衝突エネルギーを吸収し、衝突時にシートベルトにかかる荷重を制限する機構が求められる。
The seat belt device installed in automobiles protects occupants by restraining them with the seat belt when the vehicle body is subjected to a large deceleration due to an impact, etc. However, even if the occupant is restrained by the seat belt, the occupant tends to move forward due to a large inertia, so a large load is applied to the seat belt and the occupant is subjected to a large impact from the seat belt.
Therefore, there is a need for a mechanism that can absorb the collision energy acting on the occupant and limit the load applied to the seat belt during a collision.
例えば、ロードリミッタ機構を備えたシートベルト巻き取り装置が特許文献1に開示されている。このシートベルト巻き取り装置は、トーションバーを備えており、衝突時にベルトの引き出しが阻止されようとすると、乗員の前方への慣性移動により、シートベルトに引張力が加えられるので、シートベルト巻き取りシャフトがこのトーションバーの捩れ部を捩りながら回転し、乗員の衝撃エネルギーを吸収する。このトーションバーが一定量捩れると、シートベルト巻き取りシャフトの回転が阻止されることで、シートベルトの引き出しが阻止されて乗員が保護されるとともに、トーションバーのねじりが阻止されて、トーションバーの破断が防止される。
上記のように、トーションバーは、シートベルト巻き取り装置のエネルギー吸収部材として機能するため、乗員の衝撃エネルギーを吸収し終えるまでの間、捩れ塑性変形により破断しないことが求められる。
For example, Patent Document 1 discloses a seat belt retractor equipped with a load limiter mechanism. This seat belt retractor is equipped with a torsion bar, and when the belt is prevented from being withdrawn during a collision, a tension force is applied to the seat belt due to the inertial movement of the occupant forward, so that the seat belt retractor shaft rotates while twisting the twisted portion of the torsion bar, absorbing the impact energy of the occupant. When the torsion bar is twisted to a certain extent, the rotation of the seat belt retractor shaft is prevented, preventing the withdrawal of the seat belt and protecting the occupant, and also preventing the twisting of the torsion bar, preventing the breakage of the torsion bar.
As described above, the torsion bar functions as an energy absorbing member of the seat belt retractor, and is therefore required not to break due to torsional plastic deformation until it has completely absorbed the impact energy of the occupant.
トーションバーは、一般的にJIS G 3507の冷間圧造用炭素鋼に焼鈍を施した後、冷間鍛造して製造されている。これに対して、例えば次のようなトーションバー用鋼材が開示されている。
特許文献2には、AlおよびNbによって、固溶Nを固定することを特徴とする低温延性に優れたトーションバー用鋼が開示されている。
特許文献3には、熱間圧延された線材を焼鈍することなく冷間鍛造してトーションバー部品を製造できるトーションバー用鋼が開示されている。
特許文献4には、一般的な化学組成であっても、高い捻回特性と高い初期トルクを発揮することができるトーションバー用鋼が開示されている。
特許文献5には、均一なフェライト主体組織とすることで、優れた捻回特性を発揮することができるトーションバー用鋼が開示されている。
特許文献6には、C:0.0001~0.1%、Si:1%以下、Mn:0.05~1%、Al:0.1%以下であり、金属組織が、フェライトまたはフェライト・パーライトからなり、フェライト結晶粒界の全長に対する、粒界にセメンタイトが析出した粒界の総長の割合が30%以下とすることで、高速変形時の延性に優れたトーションバー用鋼が開示されている。
Torsion bars are generally manufactured by annealing cold heading carbon steel of JIS G 3507 and then cold forging it. In contrast, the following steel materials for torsion bars have been disclosed.
Patent Document 2 discloses a steel for torsion bars having excellent low-temperature ductility, characterized in that solute N is fixed by Al and Nb.
Patent Document 3 discloses a steel for torsion bars that can be used to manufacture torsion bar parts by cold forging a hot-rolled wire rod without annealing it.
Patent Document 4 discloses a steel for torsion bars that can exhibit high twisting characteristics and high initial torque even if it has a common chemical composition.
Patent Document 5 discloses a steel for torsion bars that has a uniform ferrite-based structure and is therefore capable of exhibiting excellent twisting characteristics.
Patent Document 6 discloses a steel for torsion bars having excellent ductility during high-speed deformation, which contains 0.0001 to 0.1% C, 1% or less Si, 0.05 to 1% Mn, and 0.1% or less Al, has a metal structure consisting of ferrite or ferrite-pearlite, and has a ratio of the total length of grain boundaries where cementite has precipitated to the total length of the ferrite grain boundaries of 30% or less.
特許文献1~6に開示されている従来の技術では、ひずみ時効による捻回角、すなわち捩れ破断時の比捩れ角の低下については検討されていない。
トーションバーを製造する際、伸線や圧造工程でひずみが導入されるため、製造後時間が経過するとひずみ時効が生じる。ひずみ時効によって硬化し、均一伸びが低下することで、早期に局部的な変形に移行しやすくなるため、ひずみ時効が生じるとトーションバーの捻回角の低下が生じる。
しかし、十分なエネルギー吸収能力を発揮させる観点から、製造後時間が経過しても捻回角の低下が抑制されることが望ましい。
In the conventional techniques disclosed in Patent Documents 1 to 6, the decrease in the twist angle due to strain aging, that is, the specific twist angle at the time of torsional fracture, is not considered.
When manufacturing a torsion bar, strain is introduced during the wire drawing and heading processes, and as time passes after manufacturing, strain aging occurs. Strain aging hardens the bar and reduces uniform elongation, making it more likely to transition to localized deformation early, so strain aging causes a decrease in the twist angle of the torsion bar.
However, from the viewpoint of exerting a sufficient energy absorbing ability, it is desirable to suppress the decrease in the twist angle even after the lapse of time after manufacture.
また、トーションバー部品は、防錆性を付与するために、圧造した後に例えば電気めっき処理を行う場合がある。この際に、電気めっき処理において鋼材中に水素が侵入する。さらに、電気めっき処理を行う場合に限らず、トーションバー部品の鋼材中に水素が侵入することにより延性が低下する。しかし、特許文献1~6に開示されている従来の技術では、水素による延性の低下については検討されていない。
しかし、十分なエネルギー吸収能力を発揮させる観点から、水素を侵入させにくいトーションバー用鋼材およびトーションバー部品であることが望ましい。
In addition, torsion bar parts may be subjected to, for example, electroplating after heading in order to impart rust resistance. In this case, hydrogen penetrates into the steel material during the electroplating process. Furthermore, not only in the case of electroplating, but also in the case of the steel material of the torsion bar parts, hydrogen penetration into the steel material reduces ductility. However, the conventional techniques disclosed in Patent Documents 1 to 6 do not consider the reduction in ductility due to hydrogen.
However, from the viewpoint of exerting a sufficient energy absorption capacity, it is desirable for the torsion bar steel material and torsion bar components to be less susceptible to hydrogen penetration.
したがって、本開示が解決しようとする課題は、ひずみ時効が生じても十分な捻回角を有し、かつ、鋼材中への水素侵入を抑制することで十分な捻回角を有するトーションバー用鋼材、及びひずみ時効が生じても十分な捻回角を有し、かつ、衝突エネルギーを効果的に吸収することが可能で、さらに、鋼材中への水素侵入を抑制することで十分な捻回角を有するトーションバー部品を提供することである。 Therefore, the problem that this disclosure aims to solve is to provide a steel material for torsion bars that has a sufficient twist angle even when strain aging occurs, and that has a sufficient twist angle by suppressing hydrogen penetration into the steel material, and a torsion bar part that has a sufficient twist angle even when strain aging occurs, is capable of effectively absorbing collision energy, and further has a sufficient twist angle by suppressing hydrogen penetration into the steel material.
上記課題を解決するための手段には、以下の態様が含まれる。
<1> 質量%で、
Si:0.02%~0.60%、
Mn:0.30%~2.00%、
C:0.0400%以下、
P:0.020以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%~0.100%、
Cr:0.010%~0.300%、
N:0.0100%以下、及び
O:0.0150%以下
を含有し、
更に、Ti及びNbの1種又は2種を
Ti:0.500%以下、及び
Nb:0.500%以下
の範囲で、かつ、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)として[Ti*]及び[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有し、
残部が、Fe及び不純物からなる化学組成を有し、
長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上であり、 引張強さが280~550MPaである、トーションバー用鋼材。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
<2> 質量%で、
Si:0.02%~0.60%、
Mn:0.30%~2.00%、
C:0.0400%以下、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%~0.100%、
Cr:0.010%~0.300%、
N:0.0100%以下、及び
O:0.0150%以下
を含有し、
更に、Ti及びNbの1種又は2種を
Ti:0.500%以下、及び
Nb:0.500%以下
の範囲で、かつ、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)として[Ti*]及び[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有し、
残部が、Fe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材を含み、
軸部の長手方向の中央において、前記長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上であり、
前記軸部の長手方向の中央において、前記長手方向に垂直な断面におけるビッカース硬さが90~200HV10であり、
150℃で1時間保持する時効処理を行った後の、室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がそれぞれ0.60rad/mm以上であり、
水素昇温脱離法により100℃/hrの昇温速度で測定される、室温から300℃までに前記鋼材から放出される累積水素量が0.50質量ppm以下である、
トーションバー部品。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
<3> 前記鋼材の表面上にめっき層が形成されている<2>に記載のトーションバー部品。
Means for solving the above problems include the following aspects.
<1> In mass%,
Si: 0.02% to 0.60%,
Mn: 0.30% to 2.00%,
C: 0.0400% or less,
P: 0.020 or less,
S: 0.020% or less,
Al: 0.005% to 0.100%,
Cr: 0.010% to 0.300%,
N: 0.0100% or less; and O: 0.0150% or less;
Further, one or both of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.500% or less and Nb: 0.500% or less, and when the content of element X is [X] (unit: mass%), [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is 1.00 or more,
The balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities,
A steel material for torsion bars, having a ferrite area ratio of 98.0% or more in a metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, and having a tensile strength of 280 to 550 MPa.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
<2> In mass%,
Si: 0.02% to 0.60%,
Mn: 0.30% to 2.00%,
C: 0.0400% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Al: 0.005% to 0.100%,
Cr: 0.010% to 0.300%,
N: 0.0100% or less; and O: 0.0150% or less;
Further, one or both of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.500% or less and Nb: 0.500% or less, and when the content of element X is [X] (unit: mass%), [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is 1.00 or more,
The balance includes a steel material having a chemical composition consisting of Fe and impurities,
At the center of the shaft portion in the longitudinal direction, the ferrite area ratio of the metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is 98.0% or more,
At the center of the longitudinal direction of the shaft portion, a Vickers hardness in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is 90 to 200 HV10;
After aging treatment at 150°C for 1 hour, the specific torsion angle at torsion fracture at room temperature and -40°C is 0.60 rad/mm or more,
The cumulative amount of hydrogen released from the steel material from room temperature to 300° C., as measured by a hydrogen thermal desorption method at a heating rate of 100° C./hr, is 0.50 ppm by mass or less.
Torsion bar parts.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
<3> The torsion bar part according to <2>, wherein a plating layer is formed on a surface of the steel material.
本開示によれば、ひずみ時効が生じても十分な捻回角を有し、かつ、鋼材中への水素侵入を抑制することで十分な捻回角を有するトーションバー用鋼材、及びひずみ時効が生じても十分な捻回角を有し、かつ、衝突エネルギーを効果的に吸収することが可能で、さらに、鋼材中への水素侵入を抑制することで十分な捻回角を有するトーションバー部品が提供される。 According to the present disclosure, there is provided a steel material for a torsion bar that has a sufficient twist angle even when strain aging occurs, and that has a sufficient twist angle by suppressing hydrogen penetration into the steel material, and a torsion bar part that has a sufficient twist angle even when strain aging occurs, is capable of effectively absorbing collision energy, and further has a sufficient twist angle by suppressing hydrogen penetration into the steel material.
本開示の一例である実施形態について説明する。
本明細書中において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。ただし、「~」の前後に記載される数値に「超」または「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値または上限値として含まない範囲を意味する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよい。また、上限値又は下限値を本開示例に示されている値に置き換えてもよい。
化学組成の元素の含有量について、「%」は「質量%」を意味する。
An embodiment that is an example of the present disclosure will be described.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits. However, when the numerical values before and after "to" are followed by "more than" or "less than," the numerical range does not include these numerical values as the lower or upper limit.
In the present specification, the upper limit of a numerical range described in stages may be replaced with the upper limit of another numerical range described in stages, and the lower limit of a numerical range described in stages may be replaced with the lower limit of another numerical range described in stages. Also, the upper limit or lower limit may be replaced with a value shown in the present disclosure.
With regard to the contents of elements in chemical compositions, "%" means "mass %".
[トーションバー用鋼材]
本開示に係るトーションバー用鋼材は、
質量%で、
Si:0.02%~0.60%、
Mn:0.30%~2.00%、
C:0.0400%以下、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%~0.100%、
Cr:0.010%~0.300%、
N:0.0100%以下、及び
O:0.0150%以下
を含有し、
更に、Ti及びNbの1種又は2種を
Ti:0.500%以下、及び
Nb:0.500%以下
の範囲で、かつ、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)として[Ti*]及び[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有し、
残部が、Fe及び不純物からなる化学組成を有し、
長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上であり、 引張強さが280~550MPaである、トーションバー用鋼材。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
[Steel material for torsion bars]
The torsion bar steel material according to the present disclosure is
In mass percent,
Si: 0.02% to 0.60%,
Mn: 0.30% to 2.00%,
C: 0.0400% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Al: 0.005% to 0.100%,
Cr: 0.010% to 0.300%,
N: 0.0100% or less; and O: 0.0150% or less;
Further, one or both of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.500% or less and Nb: 0.500% or less, and when the content of element X is [X] (unit: mass%), [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is 1.00 or more,
The balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities,
A steel material for torsion bars, having a ferrite area ratio of 98.0% or more in a metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, and having a tensile strength of 280 to 550 MPa.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
<化学組成>
C:0.0400%以下
C(炭素)は、炭化物や炭窒化物を生成し、捻回角を低下させる元素である。Cがフェライト中に固溶した状態で存在する場合、ひずみ時効により捻回角を低下させる。
本開示に係るトーションバー用鋼材におけるC含有量は0.0400%以下である。C含有量が0.0400%を超えると、所望のミクロ組織(フェライト分率)を満足できず、形成したセメンタイトやフェライト中に析出した炭化物(NbC、TiC)もしくは炭窒化物(NbCN、TiCN)の増加に伴い、室温及び低温での捻回角が低下する。C含有量は0.0200%以下でもよく、0.0100%以下でもよい。
C含有量の下限は限定されないが、製造性(製造コスト)を考慮し、C含有量は0.0015%以上であってもよい。
<Chemical composition>
C: 0.0400% or less Carbon (carbon) is an element that generates carbides and carbonitrides and reduces the twist angle. When C exists in the form of a solid solution in ferrite, it reduces the twist angle due to strain aging.
The C content in the torsion bar steel material according to the present disclosure is 0.0400% or less. If the C content exceeds 0.0400%, the desired microstructure (ferrite fraction) cannot be satisfied, and the twist angle at room temperature and low temperature decreases with an increase in carbides (NbC, TiC) or carbonitrides (NbCN, TiCN) precipitated in the formed cementite or ferrite. The C content may be 0.0200% or less, or 0.0100% or less.
Although there is no lower limit for the C content, in consideration of manufacturability (manufacturing costs), the C content may be 0.0015% or more.
Si:0.02%~0.60%
Si(珪素)は、脱酸元素であると共に、固溶強化の効果を有する元素である。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるSi含有量は0.02%~0.60%である。
Si含有量が0.02%を下回ると、所望の室温強度(引張強さ)を満足できない。Si含有量は0.05%以上でもよく、0.15%以上でもよい。
一方、Si含有量が0.60%を超えると、Siによるフェライトの固溶強化量が増大し過ぎて、室温及び低温での変形能が低下し、室温及び低温での捻回角が低下する。Si含有量は0.50%以下でもよい。
Si: 0.02% to 0.60%
Silicon (Si) is a deoxidizing element and also has the effect of solid solution strengthening. The Si content in the steel material for torsion bars according to the present disclosure is 0.02% to 0.60%.
If the Si content is less than 0.02%, the desired room temperature strength (tensile strength) cannot be satisfied. The Si content may be 0.05% or more, or may be 0.15% or more.
On the other hand, if the Si content exceeds 0.60%, the amount of solid solution strengthening of ferrite by Si increases too much, so that the deformability at room temperature and low temperatures decreases, and the twist angle at room temperature and low temperatures decreases. The Si content may be 0.50% or less.
Mn:0.30%~2.00%
Mn(マンガン)は、固溶強化の効果を有する元素である。不純物として含有するS(硫黄)をMnSとして析出させることで、Sによる熱間脆性の低下が抑制される。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるMn含有量は0.30%~2.00%である。
Mn含有量が0.30%を下回ると所望の室温強度(引張強さ)を満足できない。Mn含有量は0.80%以上でもよい。
一方、Mn含有量が2.00%を超えると、Mnによるフェライトの固溶強化量が増大しすぎて、低温での変形能が低下し、低温での捻回角が低下する。Mn含有量は1.50%以下でもよい。
Mn: 0.30% to 2.00%
Mn (manganese) is an element that has the effect of solid solution strengthening. By precipitating S (sulfur) contained as an impurity as MnS, the deterioration of hot brittleness due to S is suppressed. The Mn content in the torsion bar steel material according to the present disclosure is 0.30% to 2.00%.
If the Mn content is less than 0.30%, the desired room temperature strength (tensile strength) cannot be satisfied. The Mn content may be 0.80% or more.
On the other hand, if the Mn content exceeds 2.00%, the amount of solid solution strengthening of ferrite by Mn increases too much, so that the deformability at low temperatures decreases and the twist angle at low temperatures decreases. The Mn content may be 1.50% or less.
P:0.020%以下
P(リン)は、固溶強化の効果を有する元素である反面、結晶粒界に偏析して冷間加工性や捻回角を低下させる元素である。また、鋼材中への水素侵入を促進する効果があり、これにより鋼材の延性を劣化させる元素でもある。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるP含有量は0.020%以下である。P含有量が0.020%を超えると鋼材中への水素侵入を促進する効果が顕著となり、捻回角が低下する。P含有量は0.015%以下でもよい。
P含有量の下限は限定されないが、製造性(製造コスト)を考慮してP含有量の下限は0.001%でもよく、0.005%でもよい。
P: 0.020% or less P (phosphorus) is an element that has the effect of solid solution strengthening, but on the other hand, it is an element that segregates at grain boundaries and reduces cold workability and twist angle. It also has the effect of promoting hydrogen penetration into steel material, which deteriorates the ductility of the steel material. The P content in the steel material for torsion bars according to the present disclosure is 0.020% or less. If the P content exceeds 0.020%, the effect of promoting hydrogen penetration into the steel material becomes significant, and the twist angle decreases. The P content may be 0.015% or less.
The lower limit of the P content is not limited, but in consideration of manufacturability (manufacturing costs), the lower limit of the P content may be 0.001% or 0.005%.
S:0.020%以下
S(硫黄)は、Pと同様に、結晶粒界に偏析して冷間加工性や捻回角を低下させる元素である。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるS含有量はS:0.020%以下である。S含有量が0.020%を超えると、Sによる粒界偏析によって、低温での変形能が低下し、低温での捻回角が低下する。S含有量は0.015%以下でもよく、0.010%以下でもよい。
一方、Sは、Mnと共にMnSを形成し、快削性を向上させる元素である。MnSの生成によって快削性を向上させ、製造コスト(脱硫コスト)の増大を抑制する観点から、S含有量の下限は0.001%、0.002%、又は0.005%でもよい。
S: 0.020% or less S (sulfur), like P, is an element that segregates to grain boundaries and reduces cold workability and twist angle. The S content in the steel material for torsion bars according to the present disclosure is 0.020% or less. If the S content exceeds 0.020%, the grain boundary segregation caused by S reduces the deformability at low temperatures and reduces the twist angle at low temperatures. The S content may be 0.015% or less, or 0.010% or less.
On the other hand, S is an element that forms MnS together with Mn to improve machinability. From the viewpoint of improving machinability by forming MnS and suppressing an increase in manufacturing costs (desulfurization costs), the lower limit of the S content may be 0.001%, 0.002%, or 0.005%.
Al:0.005%~0.100%
Al(アルミニウム)は、脱酸元素である。また、Alの窒化物であるAlNは結晶粒を細粒化し、これにより冷間加工性を高める。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるAl含有量は0.005%~0.100%である。
Al含有量が0.100%を超えると細粒化の効果が飽和すると共に、熱間圧延の際に疵が発生し易くなる。Al含有量は0.050%以下でもよい。
一方、Al含有量が0.005%を下回ると、脱酸効果が得られない。Al含有量は好ましくは0.010%以上である。
Al: 0.005% to 0.100%
Al (aluminum) is a deoxidizing element. In addition, AlN, which is a nitride of Al, refines crystal grains, thereby improving cold workability. The Al content in the torsion bar steel material according to the present disclosure is 0.005% to 0.100%.
If the Al content exceeds 0.100%, the effect of refining grains becomes saturated and defects become more likely to occur during hot rolling. The Al content may be 0.050% or less.
On the other hand, if the Al content is less than 0.005%, the deoxidizing effect cannot be obtained.The Al content is preferably 0.010% or more.
Cr:0.010%~0.300%
Cr(クロム)は、固溶強化元素で、焼入性向上元素である。また、鋼材中への水素侵入を抑制する効果があり、水素による捻回角の低下を抑制する。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるCr含有量は0.010%~0.300%である。
Cr含有量が0.300%を超えると鋼材中への水素侵入を抑制する効果が飽和すると共に、熱間圧延の際に疵が発生し易くなる。Cr含有量は0.200%以下でもよい。
一方、Cr含有量が0.010%を下回ると、鋼材中への水素侵入を抑制する効果が得られない。Cr含有量は好ましくは0.020%以上である。
Cr: 0.010% to 0.300%
Cr (chromium) is a solid solution strengthening element and an element that improves hardenability. It also has the effect of suppressing hydrogen penetration into the steel material, and suppresses the decrease in the twist angle caused by hydrogen. The Cr content in the torsion bar steel material according to the present disclosure is 0.010% to 0.300%.
If the Cr content exceeds 0.300%, the effect of suppressing hydrogen penetration into the steel material becomes saturated, and defects are likely to occur during hot rolling. The Cr content may be 0.200% or less.
On the other hand, if the Cr content is less than 0.010%, the effect of suppressing hydrogen penetration into the steel material cannot be obtained.The Cr content is preferably 0.020% or more.
N:0.0100%以下
N(窒素)は、フェライト中に固溶状態で存在することで、ひずみ時効により捻回角を低下させる元素である。フェライト中の固溶Nを窒化物(AlN、TiN、NbN)もしくは炭窒化物(TiCN、NbCN)として析出させ、捻回角の低下を抑制する。
本開示に係るトーションバー用鋼材におけるN含有量は0.0100%以下である。N含有量が0.0100%を超えるとフェライト中に析出した窒化物(AlN、TiN、NbN)もしくは炭窒化物(TiCN、NbCN)の増加に伴い、室温及び低温での捻回角が低下する。N含有量の上限は0.0070%でもよい。
N含有量の下限は限定されないが、製造性(脱窒コストの増大)を考慮してN含有量の下限は0.0010%でもよい。
N: 0.0100% or less N (nitrogen) is an element that exists in a solid solution state in ferrite and reduces the twist angle by strain aging. The solid solution N in ferrite is precipitated as nitrides (AlN, TiN, NbN) or carbonitrides (TiCN, NbCN), suppressing the reduction in the twist angle.
The N content in the torsion bar steel material according to the present disclosure is 0.0100% or less. If the N content exceeds 0.0100%, the twist angle at room temperature and low temperature decreases with an increase in nitrides (AlN, TiN, NbN) or carbonitrides (TiCN, NbCN) precipitated in the ferrite. The upper limit of the N content may be 0.0070%.
The lower limit of the N content is not limited, but in consideration of manufacturability (increase in denitrification costs), the lower limit of the N content may be 0.0010%.
Ti:0.500%以下
Nb:0.500%以下
[Ti*]+[Nb*]:1.00以上
Ti(チタン)及びNb(ニオブ)は、選択元素であり、本開示に係るトーションバー用鋼材はこれらの元素の1種又は2種を含有する。Ti、Nbは、TiCやNbCのような炭化物、TiNやNbNのような窒化物、あるいはTiCNやNbCNのような炭窒化物を形成する元素であり、固溶C、固溶Nによるひずみ時効を抑制する作用を有する元素である。
本開示に係るトーションバー用鋼材は、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)としたとき、Ti:0.500%以下、Nb:0.500%以下の範囲内で、かつ、[Ti*]、[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有する。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
Ti: 0.500% or less Nb: 0.500% or less [Ti*] + [Nb*]: 1.00 or more Ti (titanium) and Nb (niobium) are optional elements, and the steel material for torsion bars according to the present disclosure contains one or two of these elements. Ti and Nb are elements that form carbides such as TiC and NbC, nitrides such as TiN and NbN, or carbonitrides such as TiCN and NbCN, and have the effect of suppressing strain aging due to solute C and solute N.
In the steel material for torsion bars according to the present disclosure, when the content of element X is [X] (unit: mass%), Ti is contained within the range of 0.500% or less, Nb is contained within the range of 0.500% or less, and when [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is contained within the range of 1.00 or more.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
上記式は、CとNの原子量組成の和に対するTiおよびNbの原子量組成比を表し、[Ti*]+[Nb*]が1.00となるとき、固溶したC、Nがちょうど同原子量組成のTiおよびNbと結合してTiC、NbCまたはTiN、NbNを形成する。
[Ti*]+[Nb*]が1.00を下回ると、フェライト中にC、Nが固溶するため、室温及び低温での捻回角が低下する。[Ti*]+[Nb*]は2.00以上であってもよい。
一方、[Ti*]+[Nb*]の上限は、Ti、Nb、C、Nの各含有量が前述した範囲内であれば限定されないが、製造性(製造コスト)を考慮して好ましくは8.00である。
また、Ti含有量は0.300%以下でもよく、Nb含有量は0.300%以下でもよい。
The above formula represents the atomic weight composition ratio of Ti and Nb to the sum of the atomic weight compositions of C and N. When [Ti*] + [Nb*] is 1.00, the dissolved C and N bond with Ti and Nb of the same atomic weight composition to form TiC, NbC, or TiN, NbN.
When [Ti*]+[Nb*] is less than 1.00, C and N are dissolved in the ferrite, so that the twist angle at room temperature and low temperatures decreases. [Ti*]+[Nb*] may be 2.00 or more.
On the other hand, the upper limit of [Ti*] + [Nb*] is not limited as long as the contents of Ti, Nb, C, and N are within the above-mentioned ranges, but is preferably 8.00 in consideration of manufacturability (manufacturing costs).
In addition, the Ti content may be 0.300% or less, and the Nb content may be 0.300% or less.
O:0.0150%以下
O(酸素)はAlやTi等と結合して酸化物系介在物を形成する元素であり、冷間加工性や捻回角を低下させる。本開示に係るトーションバー用鋼材におけるO含有量は0.0150%以下である。
O含有量が0.0150%を超えると、室温及び低温での捻回角が低下する。O含有量は0.0100%以下でもよい。
O含有量の下限は限定されないが、製造性(脱酸コストの増大)を考慮してO含有量の下限は0.0010%でもよい。
O: 0.0150% or less O (oxygen) is an element that combines with Al, Ti, etc. to form oxide-based inclusions, which deteriorates cold workability and twist angle. The O content in the steel material for torsion bars according to the present disclosure is 0.0150% or less.
If the O content exceeds 0.0150%, the twist angle at room temperature and low temperatures decreases. The O content may be 0.0100% or less.
Although there is no restriction on the lower limit of the O content, in consideration of manufacturability (increase in deoxidization costs), the lower limit of the O content may be 0.0010%.
残部:Fe及び不純物
本開示に係るトーションバー用鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物である。「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから意図せずに混入するものを指す。
The balance of the chemical composition of the steel material for torsion bars according to the present disclosure is Fe and impurities. The term "impurities" refers to substances that are unintentionally mixed in from raw materials such as ore and scrap, or the manufacturing environment, during industrial production of steel materials.
<金属組織>
本開示に係る本開示に係るトーションバー用鋼材は、長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上である。これにより、トーションバー部品の捻回角が大きくなる。フェライト面積率が98.0%を下回ると、室温及び低温での捻回角が低下する。フェライト面積率は99.0%以上が好ましく、100%でもよい。
フェライト以外の組織(残部組織)は特に限定されないが、通常、炭化物や窒化物を主体とする組織である。具体的には、セメンタイト、TiC、NbC、TiN、NbN、MnSである。また、残部組織には、AlN、TiCN、NbCN、TiS、Ti4C2S2、FeTiPなども含まれると考えられる。
<Metal structure>
The torsion bar steel material according to the present disclosure has a ferrite area ratio of 98.0% or more in the metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction. This increases the twist angle of the torsion bar component. If the ferrite area ratio is below 98.0%, the twist angle at room temperature and low temperature decreases. The ferrite area ratio is preferably 99.0% or more, and may be 100%.
The structure other than ferrite (the remaining structure) is not particularly limited, but is usually a structure mainly composed of carbides and nitrides. Specifically, it is cementite, TiC, NbC, TiN, NbN, and MnS. It is also considered that the remaining structure includes AlN, TiCN, NbCN, TiS, Ti 4 C 2 S 2 , FeTiP, and the like.
(フェライト面積率の測定方法)
本開示に係るトーションバー用鋼材のフェライト面積率は以下のようにして測定する。
トーションバー用鋼材の長手方向に垂直な断面(以下、単にC断面と呼ぶ)を、3%ナイタール液を用いて常温で10秒エッチングし、金属組織を現出させる。金属組織の現出が不十分な場合は、さらにエッチングを5秒を上限として追加してもよい。
次に、トーションバー用鋼材の軸部径をDとしたとき、エッチング後のC断面における軸部表面(外周面)から深さが0.25Dの位置(即ち、円周状の位置)から、円周方向に90°おきに4箇所の観察位置を選び、各々の観察位置について、光学顕微鏡を用い、倍率500倍の光学顕微鏡写真を撮影する。得られた4つの光学顕微鏡写真において、フェライト以外の組織(セメンタイト等)を目視でマーキングし、金属組織全体に対するフェライト以外の組織の面積率(面積%)を画像解析によって求める。得られたフェライト以外の組織の面積率(面積%)を100%から差し引くことにより、フェライトの面積率(%)が得られる。
(Method of measuring ferrite area ratio)
The ferrite area ratio of the torsion bar steel material according to the present disclosure is measured as follows.
A cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material for torsion bars (hereinafter simply referred to as C-section) is etched with a 3% Nital solution at room temperature for 10 seconds to reveal the metal structure. If the metal structure is not sufficiently revealed, further etching may be performed for up to 5 seconds.
Next, when the shaft diameter of the steel material for torsion bar is D, four observation positions are selected at 90° intervals in the circumferential direction from a position (i.e., a circumferential position) at a depth of 0.25D from the shaft surface (outer peripheral surface) in the C cross section after etching, and an optical microscope photograph is taken at a magnification of 500 times for each observation position using an optical microscope. In the four obtained optical microscope photographs, structures other than ferrite (cementite, etc.) are visually marked, and the area ratio (area %) of the structure other than ferrite to the entire metal structure is obtained by image analysis. The area ratio (area %) of the structure other than ferrite obtained is subtracted from 100% to obtain the area ratio (%) of ferrite.
<引張強さ>
トーションバーが、乗員に作用する衝突エネルギーを吸収し、乗員の車外放出や二次衝突を防ぐとともに衝突時の乗員への負荷を軽減するという機能を果たすため、引張強さは適切な範囲内にあることが求められる。本開示に係るトーションバー用鋼材の引張強さは280~550MPaである。
引張強さが280MPaを下回ると、トーションバーの衝撃吸収エネルギーが不十分となり、衝突時に乗員身体の負荷が増大する可能性がある。
一方、引張強さが550MPaを上回ると、トーションバーの室温及び低温での捻回角が低下し、衝突エネルギーを吸収している間に破断する可能性がある。引張強さは500MPa以下でもよい。
本開示に係るトーションバー用鋼材の引張強さは、JIS Z2241:2011の14A号試験片を用い、JIS Z2241:2011に記載の試験方法に準拠して測定した値である。
<Tensile strength>
The torsion bar is required to have a tensile strength within an appropriate range in order to absorb the collision energy acting on the occupant, prevent the occupant from being ejected from the vehicle or from a secondary collision, and reduce the load on the occupant during a collision. The tensile strength of the torsion bar steel material according to the present disclosure is 280 to 550 MPa.
If the tensile strength is less than 280 MPa, the torsion bar will not be able to absorb enough impact energy, which may increase the load on the occupant's body during a collision.
On the other hand, if the tensile strength exceeds 550 MPa, the twist angle of the torsion bar at room temperature and low temperature decreases, and there is a possibility that the torsion bar breaks while absorbing the impact energy. The tensile strength may be 500 MPa or less.
The tensile strength of the torsion bar steel material according to the present disclosure is a value measured using a JIS Z2241:2011 No. 14A test piece in accordance with the test method described in JIS Z2241:2011.
[トーションバー部品]
本開示に係るトーションバー部品は、質量%で、
Si:0.02%~0.60%、
Mn:0.30%~2.00%、
C:0.0400%以下、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%~0.100%、
Cr:0.010%~0.300%、
N:0.0100%以下、及び
O:0.0150%以下
を含有し、
更に、Ti及びNbの1種又は2種を
Ti:0.500%以下、及び
Nb:0.500%以下
の範囲で、かつ、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)として[Ti*]及び[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有し、
残部が、Fe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材を含み、
軸部の長手方向の中央において、前記長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上であり、
前記軸部の長手方向の中央において、前記長手方向に垂直な断面におけるビッカース硬さが90~200HV10であり、
150℃で1時間保持する時効処理を行った後の、室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がそれぞれ0.60rad/mm以上であり、
水素昇温脱離法により100℃/hrの昇温速度で測定される、室温から300℃までに鋼材から放出される累積水素量が0.50質量ppm以下である。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
[Torsion bar parts]
The torsion bar component according to the present disclosure comprises, in mass %,
Si: 0.02% to 0.60%,
Mn: 0.30% to 2.00%,
C: 0.0400% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Al: 0.005% to 0.100%,
Cr: 0.010% to 0.300%,
N: 0.0100% or less; and O: 0.0150% or less;
Further, one or both of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.500% or less and Nb: 0.500% or less, and when the content of element X is [X] (unit: mass%), [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is 1.00 or more,
The balance includes a steel material having a chemical composition consisting of Fe and impurities,
At the center of the shaft portion in the longitudinal direction, the ferrite area ratio of the metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is 98.0% or more,
At the center of the longitudinal direction of the shaft portion, a Vickers hardness in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is 90 to 200 HV10;
After aging treatment at 150°C for 1 hour, the specific torsion angle at torsion fracture at room temperature and -40°C is 0.60 rad/mm or more,
The cumulative amount of hydrogen released from the steel material from room temperature to 300° C., as measured at a temperature rise rate of 100° C./hr by hydrogen thermal desorption spectrometry, is 0.50 mass ppm or less.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
本開示に係るトーションバー部品の母材である鋼材の化学組成、金属組織は、前述した本開示に係るトーションバー用鋼材と同様であり、ここでの説明は省略する。 The chemical composition and metal structure of the steel material that is the base material for the torsion bar components according to the present disclosure are the same as those of the steel material for torsion bars according to the present disclosure described above, and therefore will not be described here.
<ビッカース硬さ>
トーションバーが、乗員に作用する衝突エネルギーを吸収し、乗員の車外放出や二次衝突を防ぐとともに衝突時の乗員への負荷を軽減するという機能を果たすため、ビッカース硬さは適切な範囲内にあることが求められる。本開示に係るトーションバー部品の軸部中央のC断面におけるビッカース硬さは90~200HV10である。
ビッカース硬さが90HV10を下回ると、トーションバーの衝撃吸収エネルギーが不十分となり、衝突時に乗員身体の負荷が増大する可能性がある。
一方、ビッカース硬さが200HV10を上回ると、トーションバーの室温及び低温での捻回角が低下し、衝突エネルギーを吸収している間に破断する可能性がある。ビッカース硬さは190HV10以下でもよい。
<Vickers hardness>
The torsion bar is required to have a Vickers hardness within an appropriate range in order to absorb the collision energy acting on the occupant, prevent the occupant from being ejected from the vehicle or from a secondary collision, and reduce the load on the occupant during a collision. The Vickers hardness of the C cross section at the center of the shaft of the torsion bar part according to the present disclosure is 90 to 200 HV10.
If the Vickers hardness falls below 90HV10, the torsion bar will not be able to absorb enough impact energy, which may increase the load on the occupant's body during a collision.
On the other hand, if the Vickers hardness exceeds 200 HV10, the twist angle of the torsion bar at room temperature and low temperatures decreases, and there is a possibility that the torsion bar may break while absorbing the impact energy. The Vickers hardness may be 190 HV10 or less.
本開示に係るトーションバー部品のビッカース硬さは、次のように測定した値である。
トーションバー部品の軸部径をDとしたとき、図1に示すように、トーションバー部品の長手方向に垂直で軸部中央を含むような断面(C断面)における軸部表面(外周面)から深さが0.25Dの位置(即ち、円周状の位置)から、円周方向に90°おきに4箇所を選び、各々の位置についてビッカース硬さを測定し、4箇所のビッカース硬さの平均値をトーションバー部品のビッカース硬さとした。なお、各々の位置におけるビッカース硬さは、JIS Z2244:2009に記載の試験方法に準拠して測定した値である。
なお、トーションバー部品の金属組織の測定についてもビッカース硬さと同様の位置、すなわち、軸部中央におけるC断面において軸部表面から深さが0.25Dの位置において円周方向に90°おきに4箇所を選んで金属組織を測定し、平均値を求める。
The Vickers hardness of the torsion bar component according to the present disclosure is measured as follows.
When the shaft diameter of the torsion bar part is D, as shown in Fig. 1, four positions were selected at 90° intervals in the circumferential direction from a position (i.e., a circumferential position) at a depth of 0.25D from the shaft surface (outer peripheral surface) in a cross section (cross section C) perpendicular to the longitudinal direction of the torsion bar part and including the center of the shaft, and the Vickers hardness was measured at each position, and the average value of the Vickers hardness at the four positions was taken as the Vickers hardness of the torsion bar part. The Vickers hardness at each position was measured in accordance with the test method described in JIS Z2244:2009.
The metal structure of the torsion bar component is also measured at the same positions as for the Vickers hardness, i.e., four positions are selected at 90° intervals in the circumferential direction at a depth of 0.25D from the surface of the shaft on the C cross section at the center of the shaft, and the metal structure is measured and the average value is calculated.
<時効処理後の室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角>
本開示に係るトーションバー部品は、150℃で1時間保持する時効処理を行った後の、室温(25℃)及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がそれぞれ0.60rad/mm以上である。すなわち、本開示に係るトーションバー部品はひずみ時効が生じても十分な捻回角を有し、十分なエネルギー吸収能力を発揮することができる。
室温(25℃)及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がそれぞれ0.65rad/mm以上であることが好ましく、0.70rad/mm以上であることがより好ましい。
<Specific torsion angle at torsional fracture at room temperature and -40°C after aging treatment>
The torsion bar part according to the present disclosure has a specific torsion angle of 0.60 rad/mm or more at room temperature (25° C.) and at −40° C. when it fractures due to torsion after aging treatment in which it is held at 150° C. for 1 hour. In other words, the torsion bar part according to the present disclosure has a sufficient twist angle even when strain aging occurs, and can exhibit a sufficient energy absorption capacity.
The specific torsion angles at torsional break at room temperature (25° C.) and at −40° C. are preferably 0.65 rad/mm or more, and more preferably 0.70 rad/mm or more.
<水素昇温脱離分析>
本開示に係るトーションバー部品は、水素昇温脱離法により100℃/hrの昇温速度で測定される、室温から300℃までに鋼材から放出される累積水素量が0.50質量ppm以下である。すなわち、本開示に係るトーションバー部品は、トーションバー部品の鋼材中に侵入する水素量が抑制されるため、十分な捻回角を有し、十分なエネルギー吸収能力を発揮することができる。室温から300℃までに鋼材から放出される累積水素量は0.40質量ppm以下であることが好ましい。なお、トーションバー部品の母材である鋼材の表面上にめっき層が形成されている場合は、めっき層を除去して鋼材の表面を露出させた後、水素昇温脱離法によって室温(25℃)から300℃までに鋼材から放出される累積水素量を測定する。
<Hydrogen temperature programmed desorption analysis>
The torsion bar part according to the present disclosure has a cumulative amount of hydrogen released from the steel material from room temperature to 300°C, measured by a hydrogen thermal desorption method at a heating rate of 100°C/hr, of 0.50 mass ppm or less. That is, the torsion bar part according to the present disclosure has a sufficient twist angle and can exhibit sufficient energy absorption capacity because the amount of hydrogen penetrating into the steel material of the torsion bar part is suppressed. The cumulative amount of hydrogen released from the steel material from room temperature to 300°C is preferably 0.40 mass ppm or less. In addition, when a plating layer is formed on the surface of the steel material that is the base material of the torsion bar part, the plating layer is removed to expose the surface of the steel material, and then the cumulative amount of hydrogen released from the steel material from room temperature (25°C) to 300°C is measured by a hydrogen thermal desorption method.
[トーションバー用鋼材及びトーションバー部品の製造方法]
本開示に係るトーションバー用鋼材及びトーションバー部品の製造方法は特に限定されないが、例えば以下のような方法によって製造することができる。
本開示に係るトーションバー用鋼材の化学組成を有する鋼片を溶製する。得られた鋼片を加熱した後、熱間圧延を行い、線材(トーションバー用鋼材)とする。なお、析出した炭化物や窒化物、炭窒化物を安定化させる観点から、熱間圧延の後に熱処理を施してもよい。続いて、得られた線材を伸線加工し、鋼線を製造する。その後、得られた鋼線を冷間鍛造し、トーションバー部品の形状に加工する。なお、トーションバー部品の形状に加工する際、切削加工を用いてもよい。
また、トーションバー部品に防錆性を持たせる観点から、本開示に係るトーションバー部品は、鋼材の表面上にめっき層が形成されていてもよい。例えば、トーションバー部品の形状に加工した後に電気めっき処理を施してもよい。
[Method of manufacturing steel material for torsion bars and torsion bar parts]
The method for manufacturing the torsion bar steel material and torsion bar component according to the present disclosure is not particularly limited, but they can be manufactured, for example, by the following method.
A steel slab having the chemical composition of the steel material for torsion bars according to the present disclosure is produced. The obtained steel slab is heated and then hot-rolled to produce a wire material (steel material for torsion bars). In order to stabilize the precipitated carbides, nitrides, and carbonitrides, a heat treatment may be performed after the hot rolling. The obtained wire material is then drawn to produce a steel wire. The obtained steel wire is then cold-forged to be processed into the shape of a torsion bar part. In addition, cutting may be used when processing into the shape of a torsion bar part.
In order to provide the torsion bar part with rust resistance, the torsion bar part according to the present disclosure may have a plating layer formed on the surface of the steel material thereof, for example, an electroplating process may be performed after processing into the shape of the torsion bar part.
なお、本開示の実施形態に係るトーションバー部品は少なくとも軸部を有するが、寸法、形状等は特に限定されない。例えば、後述する実施例では、直径が9.0mmである鋼線を製造してトーションバー部品に成形しているが、製造される鋼線の直径は9.0mmに限定されるものではなく、本開示の実施形態に係るトーションバー部品の寸法に応じて、適切な直径が選択されればよい。
また、伸線加工は単一パスで行う必要はなく、伸線減面率に応じて適切なパス数で行えばよい。
また、トーションバー部品の軸部の形状は、軸部全体が同じ径に限らず、例えば、軸部中央における径と端部における径が異なるテーパ形状を有していてもよい。
The torsion bar part according to the embodiment of the present disclosure has at least a shaft portion, but is not particularly limited in size, shape, etc. For example, in the examples described below, a steel wire having a diameter of 9.0 mm is manufactured and formed into a torsion bar part, but the diameter of the manufactured steel wire is not limited to 9.0 mm, and an appropriate diameter may be selected according to the size of the torsion bar part according to the embodiment of the present disclosure.
Moreover, the wire drawing does not have to be performed in a single pass, but may be performed in an appropriate number of passes depending on the wire drawing area reduction rate.
Furthermore, the shape of the shaft portion of the torsion bar component is not limited to having the same diameter over the entire shaft portion, and may have, for example, a tapered shape in which the diameter at the center of the shaft portion is different from the diameter at the end portions.
以下、本開示のトーションバー用鋼材及びトーションバー部品について実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本開示のトーションバー用鋼材及びトーションバー部品を制限するものではない。 The torsion bar steel material and torsion bar parts disclosed herein will be explained in more detail below with reference to examples. However, these examples do not limit the torsion bar steel material and torsion bar parts disclosed herein.
<トーションバー用鋼材の製造>
表1に示す化学組成を有する150kgの鋼塊を高周波真空溶解炉にて溶製した。表1中の各鋼種の化学組成において、表1に示した元素以外の残部は、Fe及び不純物である。「-」は、その成分を含まないことを示し、下線が引かれている項目は、本開示の範囲から外れることを示す。
<Manufacturing of steel materials for torsion bars>
A 150 kg steel ingot having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a high-frequency vacuum melting furnace. In the chemical composition of each steel type in Table 1, the balance other than the elements shown in Table 1 is Fe and impurities. "-" indicates that the component is not contained, and underlined items indicate that they are outside the scope of the present disclosure.
その後、鋼塊を1250℃に加熱した後、熱間鍛造により直径20mmの丸棒にし、得られた丸棒の外周を切削加工することで、直径が9.2~12.0mmである線材(トーションバー用鋼材)を製造した。線材の化学組成は、鋼塊の化学組成と同一であると見なせる。その理由は、熱間鍛造、切削加工は、いずれも線材の化学組成に影響を及ぼさないためである。なお、製造される線材の直径は上記範囲に限定されるものではなく、本開示の実施形態に係るトーションバー部品の寸法に応じて、適切な直径が選択されればよい。
表1に、前述した方法により測定した線材の金属組織に占めるフェライトの面積割合(フェライト面積率)、および線材から14A号試験片(JIS Z2241:2011)を作製して評価した引張強さを示す。
The steel ingot was then heated to 1250°C, and hot forged into a round bar with a diameter of 20 mm. The outer periphery of the obtained round bar was cut to produce a wire (steel material for torsion bars) with a diameter of 9.2 to 12.0 mm. The chemical composition of the wire is considered to be the same as that of the steel ingot. This is because neither hot forging nor cutting affects the chemical composition of the wire. The diameter of the wire to be produced is not limited to the above range, and an appropriate diameter may be selected depending on the dimensions of the torsion bar component according to the embodiment of the present disclosure.
Table 1 shows the area ratio of ferrite in the metal structure of the wire rod measured by the above-mentioned method (ferrite area ratio), and the tensile strength evaluated by preparing No. 14A test pieces (JIS Z2241:2011) from the wire rod.
<トーションバー部品の製造>
続いて、得られた線材を650℃で5時間保持した後、その後炉冷する焼鈍を実施した。その後、伸線加工し、直径が9.0mmである鋼線を製造した。
その後、得られた鋼線を図2(b)に示すトーションバー部品の形状(軸部長さ45mm)に冷間鍛造した。その後、表面に電気亜鉛めっきを施した。
各鋼種のトーションバー部品はそれぞれ7本用意し、1本はフェライト面積率測定に用いた。トーションバー部品の鋼材におけるフェライト面積は、前述した方法によって測定した。
<Manufacturing of torsion bar parts>
The wire thus obtained was then annealed by being held at 650° C. for 5 hours and then cooled in a furnace, after which it was drawn into a steel wire having a diameter of 9.0 mm.
The steel wire thus obtained was then cold forged into the shape of a torsion bar part (shaft length: 45 mm) shown in Fig. 2(b), and the surface was then electroplated with zinc.
Seven torsion bar parts of each steel type were prepared, and one was used for measuring the ferrite area ratio. The ferrite area in the steel material of the torsion bar parts was measured by the method described above.
<トーションバー部品の捻回角評価>
得られたトーションバー部品の捻回角を次のように評価した。
製造したトーションバー部品を150℃で1時間保持する時効処理を行い、トーションバー部品の捻回角を評価した。トーションバー部品の捻回角評価試験は、次の手順で実施した。
各鋼種のトーションバー部品の7本のうちフェライト面積率の測定に用いた1本を除いてそれぞれ6本用意し、上記時効処理を施した。6本のうち、3本は室温(25℃)捻回角評価試験、3本は低温(-40℃)捻回角評価試験に供した。トーションバー部品の片側を治具で固定し、もう一方の側を治具で毎秒50回転で回転させて破断させた。その後、捩れ破断時の比捩れ角、すなわち捻回角を評価した。すなわち、3本の捩れ回転数(単位:rad)をトーションバー部品の軸部長さで割って求めた値(=捩れ破断時の比捩れ角)の平均値を捩れ破断時の比捩れ角とし、これをトーションバー部品の捻回角とした。
捻回角評価試験の合否判定は、室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がいずれも0.60rad/mm以上の場合を合格(○)とした。上記条件を満たさない場合は、不合格(×)とした。
<Evaluation of the twist angle of torsion bar parts>
The twist angle of the obtained torsion bar component was evaluated as follows.
The manufactured torsion bar part was subjected to aging treatment by holding at 150° C. for 1 hour, and the twist angle of the torsion bar part was evaluated. The twist angle evaluation test of the torsion bar part was carried out in the following procedure.
Of the seven torsion bar parts of each steel type, six were prepared, excluding one used for measuring the ferrite area ratio, and the above-mentioned aging treatment was performed. Of the six, three were subjected to a room temperature (25°C) twist angle evaluation test, and three were subjected to a low temperature (-40°C) twist angle evaluation test. One side of the torsion bar part was fixed with a jig, and the other side was rotated with a jig at 50 revolutions per second to break it. Thereafter, the specific twist angle at the time of torsional fracture, i.e., the twist angle, was evaluated. That is, the average value of the value (= specific twist angle at torsional fracture) obtained by dividing the torsional rotation number (unit: rad) of the three pieces by the shaft length of the torsion bar part was taken as the specific twist angle at the time of torsional fracture, and this was taken as the twist angle of the torsion bar part.
The pass/fail judgment of the torsion angle evaluation test was made as follows: when the specific torsion angle at torsion break at room temperature and at -40°C was 0.60 rad/mm or more, it was judged as pass (◯). When the above conditions were not satisfied, it was judged as fail (×).
<水素昇温脱離分析>
得られたトーションバー部品の水素量を次のように評価した。
電気亜鉛めっきしたトーションバー部品を逆電解することにより、表面の亜鉛めっきを除去し、直ちに昇温炉中にトーションバー部品を入れて、昇温速度100℃/hrで室温から600℃まで昇温し、熱伝導型検出器を用いたガスクロマトグラフにより室温から300℃までの累積水素量を測定した。キャリアガスにはArを用いた。
表2に、鋼種、測定結果及び評価結果をまとめて示す。
<Hydrogen temperature programmed desorption analysis>
The amount of hydrogen in the obtained torsion bar parts was evaluated as follows.
The electrolytic zinc-plated torsion bar part was subjected to reverse electrolysis to remove the zinc plating on the surface, and the torsion bar part was immediately placed in a heating furnace and heated from room temperature to 600° C. at a heating rate of 100° C./hr, and the cumulative amount of hydrogen from room temperature to 300° C. was measured by a gas chromatograph using a thermal conductivity detector. Ar was used as the carrier gas.
Table 2 shows the steel types, measurement results, and evaluation results.
化学組成、フェライト面積率及び累積水素量が本開示の範囲内にある水準1~20では、ビッカース硬さが90~200HV10であり、室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がいずれも0.60rad/mm以上であった。
一方、水準21~32では、化学組成、フェライト面積率及び累積水素量の少なくともいずれか1つが本開示の範囲外であり、ビッカース硬さが90HV10未満又は200HV10超、又は室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角が0.60rad/mm未満であった。水準22、24以外は化学組成等に起因して捻回角が不十分であり、特に水準26は、鋼材中への水素侵入を抑制するCrの含有量が少なく、水準27は、鋼材中への水素侵入を促進するPの含有量が多いため、いずれも累積水素量が多く、捻回角が不十分であった。なお、水準22、24は、捻回角は良好であったが、硬さ不足であった。
水準33は、化学組成、フェライト面積率及び累積水素量がいずれも本開示の範囲内であったが、硬さ過剰であり、捻回角が低下した。
さらに、水準34、35は伸線加工時の減面率が低いため、硬さ不足であった。
また、水準36は伸線加工時の減面率が高過ぎたため、硬さ過剰であった。
In levels 1 to 20 in which the chemical composition, ferrite area ratio, and accumulated hydrogen amount were within the ranges of the present disclosure, the Vickers hardness was 90 to 200 HV10, and the specific torsion angle at torsional fracture at room temperature and -40°C was both 0.60 rad/mm or more.
On the other hand, in levels 21 to 32, at least one of the chemical composition, ferrite area ratio, and cumulative hydrogen amount was outside the range of the present disclosure, the Vickers hardness was less than 90 HV10 or more than 200 HV10, or the specific torsion angle at torsion fracture at room temperature and -40°C was less than 0.60 rad/mm. The torsion angle was insufficient due to the chemical composition, etc., except for levels 22 and 24. In particular, level 26 had a low Cr content that suppresses hydrogen penetration into the steel material, and level 27 had a high P content that promotes hydrogen penetration into the steel material, so that all of the levels had a large cumulative hydrogen amount and an insufficient torsion angle. Levels 22 and 24 had good torsion angles but insufficient hardness.
In level 33, the chemical composition, ferrite area ratio, and accumulated hydrogen amount were all within the ranges disclosed in the present disclosure, but the hardness was excessive and the twist angle was reduced.
Furthermore, in the cases of Levels 34 and 35, the area reduction rate during wire drawing was low, and therefore the hardness was insufficient.
In addition, in standard 36, the area reduction rate during wire drawing was too high, and therefore the hardness was excessive.
Claims (3)
Si:0.02%~0.60%、
Mn:0.30%~2.00%、
C:0.0400%以下、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%~0.100%、
Cr:0.010%~0.300%、
N:0.0100%以下、及び
O:0.0150%以下
を含有し、
更に、Ti及びNbの1種又は2種を
Ti:0.500%以下、及び
Nb:0.500%以下
の範囲で、かつ、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)として[Ti*]及び[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有し、
残部が、Fe及び不純物からなる化学組成を有し、
長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上であり、 引張強さが280~550MPaである、トーションバー用鋼材。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]} In mass percent,
Si: 0.02% to 0.60%,
Mn: 0.30% to 2.00%,
C: 0.0400% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Al: 0.005% to 0.100%,
Cr: 0.010% to 0.300%,
N: 0.0100% or less; and O: 0.0150% or less;
Further, one or both of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.500% or less and Nb: 0.500% or less, and when the content of element X is [X] (unit: mass%), [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is 1.00 or more,
The balance has a chemical composition consisting of Fe and impurities,
A steel material for torsion bars, having a ferrite area ratio of 98.0% or more in a metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction, and having a tensile strength of 280 to 550 MPa.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
Si:0.02%~0.60%、
Mn:0.30%~2.00%、
C:0.0400%以下、
P:0.020%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%~0.100%、
Cr:0.010%~0.300%、
N:0.0100%以下、及び
O:0.0150%以下
を含有し、
更に、Ti及びNbの1種又は2種を
Ti:0.500%以下、及び
Nb:0.500%以下
の範囲で、かつ、元素Xの含有量を[X](単位は質量%)として[Ti*]及び[Nb*]をそれぞれ下記式で表した場合に、[Ti*]+[Nb*]が1.00以上となる範囲で含有し、
残部が、Fe及び不純物からなる化学組成を有する鋼材を含み、
軸部の長手方向の中央において、前記長手方向に垂直な断面における金属組織のフェライト面積率が98.0%以上であり、
前記軸部の長手方向の中央において、前記長手方向に垂直な断面におけるビッカース硬さが90~200HV10であり、
150℃で1時間保持する時効処理を行った後の、室温及び-40℃における捩れ破断時の比捩れ角がそれぞれ0.60rad/mm以上であり、
水素昇温脱離法により100℃/hrの昇温速度で測定される、室温から300℃までに前記鋼材から放出される累積水素量が0.50質量ppm以下である、
トーションバー部品。
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]} In mass percent,
Si: 0.02% to 0.60%,
Mn: 0.30% to 2.00%,
C: 0.0400% or less,
P: 0.020% or less,
S: 0.020% or less,
Al: 0.005% to 0.100%,
Cr: 0.010% to 0.300%,
N: 0.0100% or less; and O: 0.0150% or less;
Further, one or both of Ti and Nb are contained in the range of Ti: 0.500% or less and Nb: 0.500% or less, and when the content of element X is [X] (unit: mass%), [Ti*] and [Nb*] are expressed by the following formula, [Ti*] + [Nb*] is 1.00 or more,
The balance includes a steel material having a chemical composition consisting of Fe and impurities,
At the center of the shaft portion in the longitudinal direction, the ferrite area ratio of the metal structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is 98.0% or more,
At the center of the longitudinal direction of the shaft portion, a Vickers hardness in a cross section perpendicular to the longitudinal direction is 90 to 200 HV10;
After aging treatment at 150°C for 1 hour, the specific torsion angle at torsion fracture at room temperature and -40°C is 0.60 rad/mm or more,
The cumulative amount of hydrogen released from the steel material from room temperature to 300° C., as measured by a hydrogen thermal desorption method at a heating rate of 100° C./hr, is 0.50 ppm by mass or less.
Torsion bar parts.
[Ti*]=[Ti]/{(48/12)[C]+(48/14)[N]}
[Nb*]=[Nb]/{(93/12)[C]+(93/14)[N]}
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