WO2016093183A1 - スタビライザ - Google Patents

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residual stress
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quenching
less
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真一郎 鍬塚
由利香 奥平
彰 丹下
岡田　秀樹
高橋　研
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NHK Spring Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a solid structure stabilizer.
  • Vehicles such as automobiles are provided with a vehicle stabilizer (stabilizer bar or anti-roll bar) that suppresses the roll of the vehicle body due to the vertical shift of the wheels.
  • a vehicle stabilizer generally includes a torsion portion that extends in the vehicle width direction and a pair of left and right arm portions that are bent in the front-rear direction of the vehicle, and includes a substantially U-shaped rod.
  • the vehicle stabilizer is suspended between the left and right suspension devices by connecting the tip of each arm portion to a wheel suspension device and inserting the torsion portion through a bush fixed to the vehicle body side. Supported in state.
  • each arm portion of the vehicle stabilizer is input with a load (displacement) caused by a stroke difference between the suspension devices, and the torsion portion is twisted and twisted by the load (displacement difference) from each arm portion.
  • the elastic force that tries to restore is generated.
  • the vehicle stabilizer suppresses the vertical displacement difference between the left and right wheels by the elastic force to restore the torsional deformation, thereby increasing the roll rigidity of the vehicle body and suppressing the roll of the vehicle body.
  • vehicle stabilizers There are two types of vehicle stabilizers: a hollow stabilizer having a hollow structure and a solid stabilizer having a solid structure.
  • the hollow stabilizer is suitable for reducing the weight of the vehicle, but has a feature that the manufacturing cost is relatively high because an electric-welded steel pipe or a drawn steel pipe is used as a raw material.
  • the solid stabilizer has an advantage that it is excellent in mechanical strength and can be manufactured at a low cost.
  • carbon steel such as S48C (JIS standard), spring steel such as SUP9 (JIS standard), SUP9A (JIS standard), etc. having good mechanical strength such as tensile strength and fatigue resistance.
  • Solid stabilizers are hot-rolled or cold-drawn steel bars of these materials that are either hot-bended or cold-bended and shaped into product shapes, and the bent workpieces are heat treated. It is often manufactured by applying.
  • As the heat treatment a quenching process and a tempering process are performed, and the quenching method is mainly oil quenching.
  • the heat-treated semi-finished product for a vehicle stabilizer is usually commercialized through a finishing process such as surface processing by shot peening or painting.
  • Shot peening is a type of plastic deformation process, and is mainly performed to impart compressive residual stress to the surface layer of a vehicle stabilizer.
  • compressive residual stress By applying compressive residual stress to the surface layer of the vehicle stabilizer, the fatigue strength is improved and the crack resistance, crack propagation property, etc. are improved, so that a vehicle stabilizer having good fatigue durability can be obtained.
  • the surface of the semi-finished product of the vehicle stabilizer can be smoothed by performing shot peening, it is possible to reduce the starting point of cracking or to make it suitable for the adhesion of the paint.
  • Patent Document 1 discloses that the weight ratio is C: 0.45 to 0.70%, Si: 1.20 to 2.50%, Mn: 0.10 to 0.80%, Cr: 0.10 to 0.80%, V: 0.05 to 0.25%, Ni: 0.10 to 0.80%, B : Using steel containing at least one of 0.001 to 0.003% and Ti: 0.01 to 0.05% as a raw material, after forming into a predetermined shape, it is 25 ° C / second or more by electric heating In a method for manufacturing a high-strength stabilizer that is heated at a speed of 900 ° C. to 1000 ° C. and then rapidly cooled and quenched, and tempered to have a hardness of HRC45 or higher, after tempering, one or more stages A technique for performing shot peening is disclosed. See 3, etc.).
  • shot grains with a diameter of 0.8 mm or more are used in the first stage shot peening, and shot grains having a diameter equal to or smaller than the diameter of the shot grains used in the first stage shot peening are used in the second and subsequent shot peening. (Refer to paragraph 0011 etc.).
  • shot grains with a diameter of 0.8 mm or more are used in the first stage shot peening
  • shot grains having a diameter equal to or smaller than the diameter of the shot grains used in the first stage shot peening are used in the second and subsequent shot peening.
  • the deeply distributed compressive residual stress be applied as uniformly as possible to the surface of the vehicle stabilizer. This is because if the applied compressive residual stress is biased, the possibility of cracking starting from such a region cannot be completely excluded.
  • the structure around the vehicle suspension system has become complicated, and accordingly, the shape of the vicinity of the bent portion of the vehicle stabilizer has been diversified.
  • part of a torsion part may be dented, and the narrow area
  • an object of the present invention is to provide a low-cost stabilizer that is imparted with a compressive residual stress that is deeply distributed in the surface layer and improves fatigue durability.
  • a stabilizer according to a first aspect of the present invention is a stabilizer that is formed by using a solid metal rod and that suppresses the displacement of left and right wheels, and is provided to extend in the vehicle width direction.
  • the torsion part torsionally deformed has a diameter of 10 to 32 mm, and has a chemical composition containing at least C: 0.15% by mass to 0.39% by mass, Mn, B, and Fe, It is characterized by having a martensite structure in 90% or more.
  • a stabilizer according to a second aspect of the present invention is a stabilizer that is formed by using a solid metal rod, and that suppresses the displacement of the left and right wheels.
  • the stabilizer extends in the vehicle width direction and has a torsional portion that is torsionally deformed. It has a diameter of 10 to 32 mm, C: 0.15% by mass to 0.39% by mass, a chemical composition containing at least Mn, B, and Fe, and a metal structure in which the main phase is martensite In addition, after quenching, at least one of tempering and shot peening is not performed.
  • a stabilizer according to a third aspect of the present invention is a stabilizer that is formed by using a solid metal rod, and that suppresses the displacement of the left and right wheels.
  • the stabilizer extends in the vehicle width direction and has a torsional portion that is torsionally deformed. It has a diameter of 10 to 32 mm, C: 0.15% by mass to 0.39% by mass, a chemical composition containing at least Mn, B, and Fe, and a metal structure in which the main phase is martensite
  • a compressive residual stress is applied near the surface of the stabilizer, and a crossing point at which the compressive residual stress changes to a tensile residual stress is deeper than 0.8 mm from the surface.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a vehicle stabilizer according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle stabilizer 1 includes a torsion portion 1a extending in the vehicle width direction and a pair of left and right arm portions 1b, 1b extending in the front-rear direction of the vehicle.
  • the base body of the vehicle stabilizer 1 is bent at bent portions 1c and 1c symmetrically positioned at both ends of a torsion portion 1a extending in the vehicle width direction, and is formed in a substantially U-shape connected to a pair of left and right arm portions 1b and 1b.
  • substrate means the main-body part of the stabilizer 1 for vehicles comprised with the steel bar to which the predetermined process was given.
  • the vehicle stabilizer 1 has a torsion portion 1a having a diameter of about 10 mm to about 32 mm, and is formed using a solid bar-shaped steel bar (metal bar).
  • each arm part 1b, 1b there is a flat plate-like connecting part (eyeball part) 1d, 1d serving as an attaching part.
  • the connecting portions (eyeball portions) 1d and 1d are formed in a flat plate shape having mounting holes by forging, pressing, or the like.
  • the connecting portions 1d and 1d at the distal ends of the arm portions 1b and 1b are connected to a pair of left and right suspension devices 3 and 3 fixed to a vehicle body (not shown) via stabilizer links 2 and 2, respectively.
  • a wheel (not shown) is attached to the axle portion 3 a of each suspension device 3.
  • the suspension device 3 has a compression spring and an oil damper, and functions to attenuate shocks, vibrations, and the like from the wheels and soften them to the vehicle body.
  • the torsion part 1 a is inserted into a rubber bush 4 fixed to a cross member (not shown) of the vehicle body and is suspended between the left and right suspension devices 3 and 3.
  • a load due to displacement is transmitted from each suspension device 3 and 3 to each arm portion 1b and 1b, and the torsion portion 1a is Torsional deformation.
  • an elastic force is generated in the torsion portion 1a so as to restore the torsional deformation.
  • the vehicle stabilizer 1 suppresses the right and left inclination of the vehicle body by the elastic force against the torsional deformation, thereby increasing the roll rigidity and stabilizing the traveling of the vehicle.
  • the base body of the vehicle stabilizer 1 having the torsion part 1a and the arm parts 1b and 1b has a solid structure which is a steel rod.
  • the substrate of the vehicle stabilizer 1 has a chemical composition containing at least carbon (C): 0.15 mass% to 0.39 mass%, manganese (Mn), boron (boron; B), and iron (Fe). It is formed of a metal structure whose main phase is martensite.
  • a suitable compressive residual stress is applied to the surface layer of the base body of the vehicle stabilizer 1. That is, in the vehicle stabilizer 1, the crossing point at which the compressive stress changes to the tensile stress is deeper than 0.8 mm from the surface of the base body.
  • the compressive residual stress is characterized by being imparted not by plastic deformation processing such as shot peening but by quenching heat treatment without tempering.
  • the compressive residual stress that is distributed over the entire area of the substrate and distributed from the surface to a deep position can be applied by quenching under predetermined conditions. Specifically, during the manufacturing process of the vehicle stabilizer 1, it can be imparted by applying quenching under a predetermined condition in which the thermal stress is superior to the transformation stress to the bar steel material as the base material. At the time of quenching of the steel material, as will be described below, compressive residual stress due to thermal stress and tensile residual stress due to transformation stress are generated, and the balance between these causes the surface residual stress to exhibit a predetermined distribution.
  • FIG. 2A is a conceptual diagram illustrating a mechanism of generation of residual stress due to thermal stress, and is a diagram illustrating a process of deformation accompanying cooling.
  • FIG. 2B is a conceptual diagram illustrating a mechanism of generation of residual stress due to thermal stress, and is a diagram illustrating residual stress after plastic deformation.
  • the structure volume change of the surface vicinity of steel materials is typically shown.
  • Reference numeral 110 denotes a surface structure existing on the surface side of the steel material
  • reference numeral 120 denotes an internal structure existing on the inner side.
  • the thermal stress generated in quenching shows a distribution in which the heat shrinkage of the cooled steel material changes with time in the depth direction due to the cooling rate difference in the depth direction of the steel material.
  • the steel material is heated up to the transformation temperature or more, and as shown in the upper part of FIG. 2A, stress and strain are not substantially recognized in the surface structure 110 and the internal structure 120. Yes.
  • the cooling of the steel material proceeds from the surface structure 110 side to the internal structure 120 over time, and a cooling rate difference is generated between the surface side and the internal side. Therefore, as shown in the middle part of FIG. 2A, the surface tissue 110 side is more thermally contracted than the internal tissue 120 side where heat conduction is delayed, and the internal tissue 120 side where heat conduction is delayed is contracted and deformed on the surface tissue 110 side. Dragging to plastically deform and shrink.
  • the solidification of the metal structure is stopped on the surface structure 110 side and the dimensional change is eliminated, whereas the internal structure 120 side where the heat conduction is delayed. In this case, it is still cooled and heat shrinkage proceeds. And the internal structure
  • the residual stress shows a distribution in the depth direction in which the compressive residual stress is dominant when the surface tissue 110 side receives the contraction force by the internal tissue 120.
  • the internal structure 120 since the internal structure 120 receives an extension force from the surface structure 110, the internal structure 120 exhibits a distribution in the depth direction in which the tensile residual stress is dominant.
  • FIG. 3A is a conceptual diagram illustrating a mechanism of generation of residual stress due to transformation stress, and is a diagram illustrating a process of deformation accompanying martensitic transformation.
  • FIG. 3B is a conceptual diagram illustrating a mechanism of generation of residual stress by transformation stress, and is a diagram illustrating residual stress after plastic deformation.
  • the structure volume change of the surface vicinity of steel materials is typically shown like FIG. 2A and FIG. 2B.
  • Reference numeral 110 denotes a surface structure existing on the surface side of the steel material
  • reference numeral 120 denotes an internal structure existing on the inner side.
  • the transformation stress of the metal structure generated during quenching is the distribution in the direction opposite to the thermal stress due to the expansion of the cooled steel due to the martensitic transformation constrained by the difference in the cooling rate in the depth direction of the steel. Indicates.
  • the cooling of the steel material proceeds from the surface structure 110 side, and the surface side and the internal structure A cooling rate difference occurs between the two sides. Therefore, as shown in the middle part of FIG. 3A, the surface texture 110 side falls below the martensite transformation start temperature (Ms) earlier than the internal structure 120 side where heat conduction is delayed, and expands greatly with the martensitic transformation.
  • Ms martensite transformation start temperature
  • the internal tissue 120 side where heat conduction is delayed is pulled and plastically deformed by being dragged toward the surface tissue 110 side.
  • the surface texture 110 side is below the martensite transformation end temperature (Mf) before the internal structure 120 side where heat conduction is delayed, and the metal Tissue volume changes subside.
  • the internal structure 120 side where the heat conduction is delayed still causes expansion due to the martensitic transformation in a temperature range from the martensitic transformation start temperature (Ms) to the martensitic transformation end temperature (Mf).
  • the internal structure 120 that continues to expand ends plastic deformation while constraining the surface structure 110 in the tensile direction. As a result, as shown in FIG.
  • the generated residual stress is pulled by the expansion of the internal tissue 120 by the surface texture 110, and the tensile residual stress becomes more dominant toward the surface texture 110 side.
  • the internal tissue 120 receives compressive force from the surface tissue 110, and the compressive residual stress becomes more dominant toward the internal tissue 120 side.
  • the transformation stress has a distribution opposite to the thermal stress.
  • the quenching depth is sufficiently deep and the main phase of the metal structure is made martensite up to the central part of the cross section. Therefore, there is little room for reducing transformation stress. Therefore, in order to make the thermal stress superior to the transformation stress, it is preferable to select a quenching condition with a fast cooling rate suitable for generating the thermal stress. Therefore, when the vehicle stabilizer 1 is manufactured, quenching is performed with a medium having a heat transfer coefficient equivalent to or close to that of water.
  • manganese boron steel (Mn—B steel) containing Mn and B which has better hardenability than conventional spring steel, is used as the base of the vehicle stabilizer 1. This is because, when the hardenability of the steel material is poor, if quenching with a fast cooling rate is performed, there is a high risk that distortion and cracking will occur.
  • the base of the vehicle stabilizer 1 is determined to have a low carbon content of 0.15 mass% or more and 0.39 mass% or less because strength and toughness are required.
  • the raw material of the vehicle stabilizer 1 is composed of a steel type having a low carbon content among manganese boron steels. Carbon (C): 0.15 mass% to 0.39 mass%, manganese (Mn ), Boron (boron; B), and iron (Fe).
  • C Carbon
  • Mn manganese
  • B Boron
  • Fe iron
  • the base body of the vehicle stabilizer 1 is, in mass%, C: 0.15% to 0.39%, Si: 0.05% to 0.40%, Mn: 0.50% to 1 70% or less, B: 0.0005% or more and 0.003% or less as essential elements, P: 0.040% or less, S: 0.040% or less, and optional additive elements include Ni, Cr , Cu, Mo, V, Ti, Nb, Al, N, Ca and Pb, each containing at least one element selected from the group consisting of 1.20% or less, and the balance being Fe and Consists of inevitable impurities. Specifically, Standard American Engineering Standard 15B23 equivalent steel or 15B26 equivalent steel is easily available and preferable.
  • the steel bar material used as the raw material of the vehicle stabilizer 1 has a chemical composition that does not contain any additive element, a steel bar material having good hardenability can be obtained at a low material cost. Therefore, the vehicle stabilizer 1 can be manufactured at low cost. it can.
  • it is set as the chemical composition containing an arbitrary addition element it will become possible to modify
  • the chemical composition containing the optional additive element the balance with respect to the essential element, the optional additive element, and P and S positioned as unavoidable impurities is occupied by Fe and other unavoidable impurities.
  • Carbon (C) is a component that contributes to improvement in mechanical strength and hardness. By setting C to 0.15% by mass or more, good mechanical strength and hardness (hardness) can be ensured, and quenching hardness superior to conventional spring steel can be achieved.
  • the fatigue strength of the vehicle stabilizer 1 is substantially proportional to the hardness.
  • the C content is more preferably 0.18% by mass to 0.35% by mass, and still more preferably 0.20% by mass to 0.26% by mass. Thereby, the mechanical characteristics of the above-described vehicle stabilizer 1 can be further enhanced.
  • Silicon (Si) is a component that contributes to improvement of mechanical strength and hardness. Moreover, it is also a component added for the purpose of deoxidation at the time of steelmaking of steel materials. By setting Si to 0.05 mass% or more, good mechanical strength, hardness, corrosion resistance, and sag resistance can be ensured. On the other hand, the fall of toughness and workability can be suppressed by making Si into 0.40 mass% or less.
  • the Si content is preferably 0.15% by mass or more and 0.30% by mass or less.
  • Manganese (Mn) is a component that contributes to improving hardenability and mechanical strength. Moreover, it is also a component added for the purpose of deoxidation at the time of steelmaking of steel materials. By making Mn 0.50 mass% or more, hardenability can be ensured with good mechanical strength. On the other hand, by setting Mn to 1.70% by mass or less, a decrease in toughness and corrosion resistance due to microsegregation and a decrease in workability can be suppressed.
  • the content of Mn is more preferably 0.60% by mass or more and 1.50% by mass or less, and further preferably 0.80% by mass or more and 1.50% by mass or less.
  • B Boron
  • B is a component that contributes to improving hardenability and mechanical strength.
  • B 0.0005 mass% or more and 0.003 mass% or less good hardenability can be ensured.
  • toughness and corrosion resistance can be improved by grain boundary strengthening.
  • the content of B exceeds 0.003% by mass, the effect of improving hardenability is saturated and the mechanical properties are deteriorated, so the upper limit of the content is limited.
  • Phosphorus (P) is an unavoidable impurity that remains from the time of steelmaking. By making P into 0.040 mass% or less, the fall of toughness and corrosion resistance by segregation can be suppressed.
  • the content of P is more preferably 0.030% by mass or less.
  • S is an unavoidable impurity that remains from the time of steelmaking. By making S into 0.040 mass% or less, the fall of toughness and corrosion resistance by segregation or precipitation of a MnS type inclusion can be suppressed.
  • the content of S is more preferably 0.030% by mass or less.
  • Nickel (Ni) is a component that contributes to improving corrosion resistance and hardenability. By adding Ni, it is possible to ensure good corrosion resistance and hardenability, and it is possible to reduce corrosion deterioration and quench cracking. On the other hand, even if Ni is excessively contained, the effect of improving the hardenability is saturated and the material cost is also increased. Therefore, the content is preferably 0.30% by mass or less, or intentionally added. It can also be set as the composition which does not.
  • Chromium (Cr) is a component that contributes to improving strength, corrosion resistance, and hardenability. By adding Cr, strength, corrosion resistance and hardenability can be improved. On the other hand, if Cr is excessively contained, the toughness and corrosion resistance are reduced due to segregation of carbides, the workability is reduced, and the material cost is also increased. And may be 0.60% by mass or less, or may be a composition not added intentionally.
  • Copper (Cu) is a component that contributes to improving hardenability and corrosion resistance. By adding Cu, hardenability and corrosion resistance can be improved. However, since excessive surface embrittlement may occur when Cu is excessively contained, it is preferably 0.30% by mass or less, or a composition that is not intentionally added can be used.
  • Molybdenum (Mo) is a component that contributes to improving hardenability, toughness, and corrosion resistance. By adding Mo, hardenability, toughness, and corrosion resistance can be improved. However, since the material cost increases when Mo is excessively contained, it is preferably 0.08% by mass or less, more preferably 0.02% by mass or less, or a composition not intentionally added. It can also be.
  • Vanadium (V) is a component that contributes to improvement of toughness and hardness, and prevents boron (B) from being fixed by N by being combined with nitrogen (N). By adding V, toughness and hardness can be improved, and the effect of boron (B) can be effectively expressed.
  • the content is preferably 0.30% by mass or less. It can also be set as the composition which is not added automatically.
  • Titanium (Ti) is a component that contributes to improvement of strength and corrosion resistance and prevents the fixation of boron (B) by N by combining with nitrogen (N). By adding Ti, the strength and corrosion resistance can be improved, and the effect of boron (B) can be effectively expressed. On the other hand, if Ti is excessively contained, the toughness and corrosion resistance may be lowered due to precipitation of carbonitrides. Therefore, it is preferably 0.05% by mass or less, or a composition not intentionally added. It can also be.
  • Niobium (Nb) is a component that contributes to the improvement of strength and toughness and prevents the fixation of boron (B) by N by combining with nitrogen (N). By adding Nb, the strength and toughness can be improved by making the crystal grains fine, and the effect of boron (B) can be effectively expressed. On the other hand, when Nb is contained excessively, the toughness and corrosion resistance may be lowered due to the precipitation of carbonitrides. Therefore, the content is preferably 0.06% by mass or less, or a composition not intentionally added. It can also be.
  • Aluminum (Al) is a component that contributes to improvement of toughness and the like and combines with nitrogen (N) to prevent boron (B) from being fixed by N. Moreover, it is also a component added for the purpose of deoxidation at the time of steelmaking of steel materials. By adding Al, the strength and toughness can be improved by making the crystal grains finer, and the effect of boron (B) can be effectively expressed. On the other hand, if Al is contained excessively, the toughness and corrosion resistance may decrease due to precipitation of nitrides and oxides. Therefore, it is preferable to be 0.30% by mass or less, or intentionally added. It can also be set as the composition which does not. This Al means Soluble Al.
  • N Nitrogen
  • the N content is preferably 0.02% by mass or less.
  • Calcium (Ca) is a component that contributes to improvement of machinability. By adding Ca, the machinability of the steel material can be further improved.
  • the Al content is preferably 0.40% by mass or less, or can be a composition not intentionally added.
  • Pb is a component that contributes to improvement of machinability. By adding Pb, the machinability of the steel material can be further improved.
  • the Pb content is preferably 0.40% by mass or less, or may be a composition not intentionally added.
  • the vehicle stabilizer 1 has a metal structure in which the main phase is martensite in the base having the above chemical composition. More specifically, 90% or more of the central portion of the cross section of the vehicle stabilizer 1 has a martensite structure, and the substrate has a martensite structure in at least 90% of the metal structure.
  • a manganese boron steel material having a low carbon content is used as a base, and therefore, good toughness is achieved in addition to hardness in a martensitic structure as quenched.
  • the vehicle stabilizer 1 preferably has a metal structure composed of a single-phase martensite structure. Since manganese boron steel has good hardenability, it is possible to quench the vehicle stabilizer 1 so as to have a substantially martensitic structure by selecting an appropriate cooling rate for quenching. That is, the quality of the vehicle stabilizer 1 can be controlled by manufacturing conditions such as material selection and quenching.
  • the metal structure of the vehicle stabilizer 1 is a single-phase low carbon martensite structure, static strength, durability strength, fatigue characteristics, and the like can be improved. Moreover, since it is a single phase, it becomes difficult to form a local battery in a metal structure, and corrosion resistance can be improved.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the vehicle stabilizer according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a torsion part or an arm part of the vehicle stabilizer.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the vehicle stabilizer according to the embodiment of the present invention, and is a vertical cross-sectional view in the vicinity of a bent portion of the vehicle stabilizer.
  • FIG. 4C is a diagram illustrating a crossing point of residual stress of the vehicle stabilizer according to the embodiment of the present invention, in which the horizontal axis indicates the depth (dimension) D from the surface of the vehicle stabilizer, and the vertical axis indicates the vehicle Indicates the residual stress of the stabilizer.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the vehicle stabilizer according to the embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a torsion part or an arm part of the vehicle stabilizer.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the vehicle stabilizer according
  • 4C schematically shows the crossing point of the residual stress of the vehicle stabilizer 1 and does not represent the actual characteristics of the actual vehicle stabilizer 1.
  • 4A and 4B schematically show cross sections of the base body (excluding the paint film) of the torsion part 1a, arm part 1b, and bending part 1c of the vehicle stabilizer 1.
  • FIGS. 4A and 4B in the vehicle stabilizer 1, compressive residual stress is applied to a region where the depth (D) from the surface of the substrate is a predetermined distance.
  • the crossing point at which the compressive residual stress changes to the tensile residual stress is deeper than 0.8 mm from the surface of the substrate (the tempering and shot peening of the example are not performed (FIG. 9A, tempering and shot peening are not performed).
  • FIG. 10B of the comparative example performed). According to the experimental value of FIG. 10B of the comparative example in which tempering and shot peening were performed, the crossing point is about 0.42 mm from the surface of the substrate.
  • the comparative example of 0.42 mm is related to the fact that the corrosion pit depth, which is a factor related to corrosion durability, is 0.4 mm at the largest.
  • the corrosion pit depth which is a factor related to corrosion durability
  • the crossing point is 0 as in the present embodiment. It is desirable to be deeper than .8 mm (see FIG. 9A where the tempering and shot peening are not performed).
  • the crossing point (cp) is a depth at which the applied compressive residual stress changes to a tensile residual stress, that is, a depth at which the applied compressive residual stress becomes 0 MPa. means.
  • the compressive residual stress from the surface of the base body of the vehicle stabilizer 1 to a depth of 0.8 mm is preferably 150 MPa or more when no load is applied. Further, the compressive residual stress at a depth of 1.0 mm from the surface of the substrate is more preferably 150 MPa or more when no load is applied.
  • the compressive residual stress having such a depth can be applied by increasing the cooling rate in quenching. By applying a large compressive residual stress distributed in a deep part, the progress of surface cracks (cracks) can be suppressed, and the fatigue durability of the vehicle stabilizer 1 can be greatly improved.
  • the compressive residual stress is applied by quenching, it can be applied to the entire surface layer of the base body of the vehicle stabilizer 1, and the distribution of the compressive residual stress is highly uniform.
  • the entire surface layer means the entire region (surface layer) from each point on the entire surface of the substrate to a predetermined depth.
  • the point of the present embodiment is that a compressive residual stress of a certain value or more exists above a certain depth that does not reach the depth of the corrosion pit, which is a factor related to corrosion durability. is there.
  • the vehicle stabilizer 1 is preferably such that the grain size number G exceeds 8 and more preferably 9 or more with respect to the crystal grain size of the prior austenite grain boundaries.
  • the refinement of the crystal grain size can be realized, for example, by lowering the quenching temperature or increasing the content of Mn or an optional additive element.
  • the crystal grain size of the prior austenite grain boundaries can be measured in accordance with JIS G 0551.
  • the particle size number G can be determined on the basis of a microscope observation image of the as-quenched metal structure, and is preferably obtained as an average value of the particle size numbers of 5 to 10 fields of view.
  • the vehicle stabilizer 1 preferably has a Rockwell hardness (HRC) in the range of more than 44.5 and not more than 55.5.
  • FIG. 5 is a diagram showing the correlation between Rockwell hardness and impact value of manganese boron steel.
  • ⁇ is SUP9N data of a conventional stabilizer
  • ⁇ is 15B23 (Standard American Engineering standard) data of an example of this embodiment
  • ⁇ is 15B25 of an example of this embodiment ( Standard American Engineering Standard) data.
  • Rockwell hardness Such hardness can be realized with necessary toughness if the carbon content is in the range of 0.15% to 0.39% by mass.
  • An example of the vehicle stabilizer 1 (see the data of ⁇ and ⁇ in FIG. 5) is equivalent to a conventional spring steel material even in the hardness range of Rockwell hardness exceeding 44.5 and 55.5 or less. Compared with a stabilizer tempered to the hardness of the steel (see the data of ⁇ in FIG. 5), it also has good toughness (for example, a Charpy impact value at room temperature of 30 J / cm 2 or more in HRC44.5). Can do.
  • the conventional spring steel SUP9N (see the data of ⁇ in FIG. 5) is an example of a vehicle stabilizer 1 with a Charpy impact value of approximately 35 J / cm 2 . (See the data of 15B23 ⁇ and 15B25 ⁇ in FIG. 5), it can be seen that a Charpy impact value of approximately 90 J / cm 2 or more is obtained.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing a vehicle stabilizer according to an embodiment of the present invention.
  • the stabilizer manufacturing method shown in FIG. 6 includes a processing step S10, a heating step S20, a forming step S30, a quenching step S40, a surface processing step S50, a pretreatment step S60, a preheating step S70, and a coating step. S80 and post-heating process S90 can be included sequentially.
  • the surface processing step S50 and the preheating step S70 are not essential steps and can be omitted as will be described later.
  • the steel bar material of the above-mentioned low carbon content manganese boron steel is used as the material for the vehicle stabilizer 1.
  • the steel bar is a solid metal rod having a solid structure.
  • a hot rolled steel material can be applied as the steel bar material.
  • the length and diameter of the steel bar can be set to appropriate dimensions according to the desired product shape.
  • the diameter of the torsion part 1a is in the range of about 10 mm to about 32 mm.
  • This hot-rolled steel material may be subjected to an annealing treatment such as cold rolling or spheroidizing annealing after hot rolling, if necessary.
  • the heating temperature of the slab is preferably about 1150 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower, and the finishing temperature is preferably 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower.
  • the finishing temperature By setting the finishing temperature to 800 ° C. or higher, the component elements can be appropriately dissolved, and the effect of improving the hardenability by solute boron can be obtained effectively. Further, by setting the finishing temperature to 1000 ° C. or less, it is possible to prevent coarsening of austenite crystal grains, and it is possible to prevent hardness reduction and cracking due to residual austenite.
  • the coiling temperature can be, for example, 400 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.
  • Processing step S10 is a step of forming connecting portions 1d and 1d connected to the stabilizer link 2 (see FIG. 1) by processing both ends of a steel bar material that is a material of the vehicle stabilizer 1.
  • the length and diameter of the steel bar can be set to appropriate dimensions according to the desired product shape.
  • the form and the forming method of the connecting portions 1d and 1d are not particularly limited.
  • the connecting portion 1d by forging the end of the steel bar into a flat shape and punching it by pressing or the like. It is possible to form 1d.
  • Heating step S20 is a step of heat-treating the steel bar to perform hot bending.
  • a heating method an appropriate method such as heating with a heating furnace, energization heating, high-frequency induction heating or the like can be used, but high-frequency induction heating is preferable.
  • the steel bar can be heat-treated while suppressing decarburization and deboronation by rapid heating using high-frequency induction heating. Since the stabilizer 1 for this vehicle employs a manganese boron steel material having a good hardenability as a material, rapid heating using high-frequency induction heating can be applied.
  • the forming step S30 is a step of forming a product shape by subjecting the heat-treated steel bar material to a hot (warm) bending process. That is, by bending the bar steel material, the torsion part 1a and the arm part 1b are formed in the bar steel material, and the shape of the bar steel material is shaped into the desired shape of the vehicle stabilizer 1.
  • the bending process can be performed at a plurality of locations so that a plurality of bending portions 1c are formed according to a desired product shape, and the torsion portion 1a and the arm portion 1b may be formed by multi-stage bending. it can.
  • the quenching step S40 is a step of quenching the steel bar that has been subjected to bending with a medium having a heat transfer coefficient equivalent to or close to that of water. That is, it is a step of quenching at or above the lower critical cooling rate after the steel bar material that has been bent is austenitized.
  • the heat transfer coefficient of the medium is preferably within a range of ⁇ 10% with respect to the heat transfer coefficient value of static water or water having flow with respect to the steel bar.
  • the quenching temperature, the heating rate, and the quenching holding time can be performed in appropriate ranges.
  • the quenching temperature can be 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
  • the quenching temperature is preferably set to an austenitizing temperature (AC3) + 100 ° C. or less from the viewpoint of avoiding excessive coarsening of austenite crystal grains and occurrence of quench cracking.
  • AC3 austenitizing temperature
  • the bar steel material is cooled using a coolant, the metal structure of the bar steel material is martensitic, and compressive residual stress is applied over the entire surface of the bar steel material (base).
  • water quenching is a quenching process using water as a coolant.
  • the water temperature can be in the temperature range of about 0 ° C. to 100 ° C., preferably 5 ° C. to 40 ° C.
  • Aqueous solution quenching is a quenching process using an aqueous solution to which a polymer is added as a coolant.
  • polymer for example, various polymers such as polyalkylene glycol and polyvinyl pyrrolidone can be used.
  • the polymer concentration is not particularly limited as long as it exhibits the predetermined heat transfer coefficient, and can be adjusted according to the type of polymer, the hardening target of the steel bar used for processing, and the like.
  • Salt quenching is a quenching process using an aqueous solution to which salts such as sodium chloride are added as a coolant.
  • the salt concentration is not particularly limited as long as it exhibits the predetermined heat transfer coefficient, and can be adjusted according to the degree of quenching of the steel bar to be subjected to the treatment.
  • the coolant may or may not be stirred.
  • the vehicle stabilizer 1 is a surface processing step S50 or pretreatment without subjecting the steel bar (hereinafter also referred to as a semi-finished product of the vehicle stabilizer 1) that has been quenched in this manner to tempering. It can use for process S60. This is because the use of low carbon manganese boron steel achieves good toughness, hardness, etc. while being quenched.
  • the surface processing step S50 is a step of performing shot peening on the hardened steel bar material. Shot peening may be performed either warm or cold, and may be repeated a plurality of times while changing conditions such as particle diameter and projection speed. By performing shot peening, compressive residual stress is applied to the surface of the steel bar, and fatigue strength and wear resistance are improved, and cracks and stress corrosion cracks are prevented. In addition, the steel bar material which has been subjected to quenching may be not subjected to shot peening. That is, as shown in FIG. 6, after the quenching step S40, the pretreatment step S60 can be performed without performing plastic deformation processing such as shot peening for imparting compressive residual stress to the surface layer.
  • the pretreatment step S60 is a step of performing surface cleaning and surface treatment in order to perform a coating process on the steel bar. Specifically, it is a step of performing various pretreatments such as a removal treatment for removing oils and fats, foreign matters, and the like on the surface of the steel bar.
  • a removal treatment for removing oils and fats, foreign matters, and the like
  • the base treatment for example, a coating such as zinc phosphate or iron phosphate can be formed.
  • the steel bar is washed with water, and then sequentially subjected to various subsequent treatments after washing with water.
  • an appropriate method such as water absorption drying using a draining roller, blow drying, heat drying, or a combination of these can be used.
  • the steel bar pretreated in this way can be used for the preheating step S70 or the coating step S80 as shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the preheating step S70 is a step of preheating the steel bar material.
  • the baking time of the paint by post-heating can be shortened, and the coating processing efficiency can be improved.
  • the adhesion of the coating film can be improved.
  • a heating method an appropriate method such as heating in a heating furnace, energization heating, high-frequency induction heating, or the like can be used.
  • energization heating because the heating rate is high and the equipment is simple.
  • the preheating temperature is preferably in the range of 180 ° C. or more and 200 ° C.
  • the coating step S80 can be performed without performing the preheating step S70 after the pretreatment step S60.
  • the painting step S80 is a step of painting a steel bar with a paint.
  • a powder paint is preferably used, and for example, a powder paint made of an epoxy resin can be suitably used.
  • a coating method for example, a method of spraying a paint so as to form a coating film having a thickness of about 50 ⁇ m or more on the surface of a steel bar material, or a method of immersing in a paint can be used.
  • the post-heating step S90 is a step of heating and baking the painted paint.
  • heating by a heating furnace is preferable.
  • the post-heating temperature is preferably in the range of 180 ° C. or more and 200 ° C. or less, for example. Specifically, for example, post-heating at 180 ° C. for 5 minutes or post-heating at 200 ° C. for 5 minutes is allowed to be applied to the steel bar coated with the paint. This is because, under such heating conditions, it is possible to avoid a decrease in strength and hardness due to heating of the semi-finished product of the vehicle stabilizer 1.
  • electrodeposition coating, solvent coating, or the like may be performed as a coating process.
  • the vehicle stabilizer 1 can be manufactured through the steps described above. In such a manufacturing method, since tempering is not performed after quenching, there is no need to install a long tempering furnace on the manufacturing line, and the vehicle stabilizer 1 can be manufactured with high productivity on a compact production line. Therefore, it becomes possible to reduce the scale of equipment related to the manufacture of the vehicle stabilizer, and to reduce the operating costs such as the man-hours related to the tempering process and the heating costs associated with the tempering heating.
  • the cost of the production line of the vehicle stabilizer 1 can be greatly reduced, and the production cost of the vehicle stabilizer 1 can be reduced. Moreover, construction of the production line of the vehicle stabilizer 1 is facilitated. For example, the production line of the vehicle stabilizer 1 can be easily constructed near the production site of the vehicle manufacturer.
  • test materials 1 to 9 having the chemical composition shown in Table 1 below.
  • the test materials 1 to 8 are manganese boron steel materials, and the test material 9 is a conventional spring steel material (SUP9A (“SUP9N”)).
  • the impact value remains at about 30 J / cm 2 at the practical hardness upper limit (HRC 44.5) in the vehicle stabilizer (Indicated by broken lines in the figure).
  • the practical hardness upper limit (HRC44.5) of the test material 9 in the vehicle stabilizer is within the range of HRC44.5 to 56. 5) to HRC56, the impact value exceeds about 30 J / cm 2 , indicating that both mechanical strength and toughness can be achieved.
  • FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the carbon content of manganese boron steel and the impact value. Moreover, as shown in FIG. 7, the impact value in manganese boron steel has a negative correlation with the carbon content (mass%) of each test material, and the toughness mainly depends on the carbon content. I understand that.
  • the impact values of the test materials 1 to 8 which are manganese boron steel materials are the impact values (30 J / cm 2 ) recognized in the test material 9, and the carbon content is 0.39 mass%. It exceeds the following range (indicated by a broken line in the figure). Therefore, it is recognized that manganese boron steel having a carbon content of 0.39% by mass or less is suitable as a material for the vehicle stabilizer.
  • Example 1-1 to Example 1-3 were manufactured, and the durability was evaluated. Further, as a control, a vehicle stabilizer according to Comparative Example 1 was manufactured and evaluated together.
  • Example 1-1 The vehicle stabilizer according to Example 1-1 is tempered by using a specimen 1 shown in Table 1 as a material, and through a forming step S30 for performing cold bending and a quenching step S40 for performing water quenching. Manufactured without.
  • the diameter of the vehicle stabilizer was 23 mm.
  • Example 1-2 The vehicle stabilizer according to Example 1-2 was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the material was replaced with the test material 4 shown in Table 1.
  • Example 1-3 The vehicle stabilizer according to Example 1-3 was manufactured in the same manner as in Example 1-1 except that the molding step S30 was replaced with hot bending.
  • Comparative Example 1 The vehicle stabilizer according to Comparative Example 1 was manufactured by using the test material 9 shown in Table 1 as a material and tempering after oil quenching. The diameter of the vehicle stabilizer was 23 mm.
  • FIG. 8 is an SN diagram of the vehicle stabilizer according to the embodiment.
  • the durability is improved as compared with the vehicle stabilizer according to Comparative Example 1 indicated by a solid line.
  • the fatigue limit of the vehicle stabilizer ( ⁇ ) according to Example 1-1 and the vehicle stabilizer ( ⁇ ) according to Example 1-3 are the same, and hot bending molding and cold bending molding are performed. It is recognized that any of these can be employed.
  • vehicle stabilizers according to Examples 2-1 to 2-4 were manufactured, and the surface residual stress was evaluated.
  • vehicle stabilizers according to Comparative Examples 2-1 to 2-2 were manufactured and evaluated together.
  • Example 2-1 The vehicle stabilizer according to Example 2-1 uses the test material 1 shown in Table 1 as a material, and performs shot peening (surface processing step S50) through a molding step S30 and a quenching step S40 in which water quenching is performed. It was manufactured without any problems.
  • Example 2-2 The vehicle stabilizer according to Example 2-2 was manufactured in the same manner as in Example 2-1, except that the material was changed to the test material 4 shown in Table 1.
  • Example 2-3 The vehicle stabilizer according to Example 2-3 is manufactured using the specimen 1 shown in Table 1 as a material, and through a molding step S30, a quenching step S40 for performing water quenching, and a surface processing step S50 for performing shot peening. did.
  • Example 2-4 The vehicle stabilizer according to Example 2-4 was manufactured in the same manner as in Example 2-3, except that the material was changed to the test material 4 shown in Table 1.
  • Comparative Example 2-1 The vehicle stabilizer according to Comparative Example 2-1 was manufactured without using tempering and shot peening after quenching with oil, using the specimen 9 shown in Table 1.
  • Comparative Example 2-2 The vehicle stabilizer according to Comparative Example 2-2 was manufactured by using the test material 9 shown in Table 1 as a material and performing tempering and shot peening after oil quenching.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a measurement result of the surface residual stress in the vehicle stabilizer according to the example manufactured without performing shot peening.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating a measurement result of surface residual stress in a vehicle stabilizer according to a comparative example manufactured without performing shot peening.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a measurement result of the surface residual stress in the vehicle stabilizer according to the example manufactured by performing shot peening.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a measurement result of the surface residual stress in the vehicle stabilizer according to the comparative example manufactured by performing shot peening.
  • the vertical axis represents the residual stress (MPa).
  • the ( ⁇ ) side is the (compression) residual stress and the (+) side is the (tensile) residual stress.
  • the compressive residual stress is deeply distributed from the surface even though tempering and shot peening are not performed. It can be seen that is generated.
  • the crossing point at which the compressive residual stress changes to the tensile residual stress is at a depth of at least 0.8 mm or more from the surface.
  • a compressive residual stress of 150 MPa or more (compressive residual stress at no load) is recognized from the surface to a depth of 0.8 mm.
  • the surface residual stress of the vehicle stabilizer subjected to the shot peening of the comparative example of FIG. It can be seen that effective compressive residual stress can be applied even if the implementation is omitted.
  • the compressive residual stress compressed residual stress at no load
  • the compressive residual stress at a depth of 0.42 mm from the surface where the (compressed) residual stress of FIG. 200 MPa or more.
  • the compressive residual stress from the surface to a depth of 0.8 mm is 150 MPa or more. Further, the compressive residual stress at a depth of 1.0 mm from the surface (compressive residual stress at no load) reaches 150 MPa or more. In contrast, in Comparative Example 2-1 (see FIG. 9B), the tensile residual stress is distributed, and it is recognized that the generation of surface residual stress due to thermal stress is less likely to be dominant in oil quenching.
  • Example 2-3 and Example 2-4 in Example 2-3 and Example 2-4 (see FIG. 10A) subjected to shot peening, Example 2-1 and Example 2-2 (see FIG. 9A) ), It can be seen that the compressive residual stress on the surface side is further enhanced.
  • Comparative Example 2-2 in Comparative Example 2-2 (see FIG. 10B), it is recognized that the compressive residual stress on the surface side is enhanced by the oil tempering and shot peening, but the compressive residual stress The distribution remains on the surface side (0.42 mm or less from the surface shown in FIG. 10B).
  • the corrosion pit depth which is a factor related to corrosion durability, may be as large as 0.4 mm. Even with the vehicle stabilizer subjected to the shot peening of Comparative Example 2-2, the fatigue strength and Corrosion resistance may be insufficient (see FIG. 10B).
  • the surface residual stress of the manganese boron steel material is obtained by using the test materials 1, 2, 6, 7, and 8 having different carbon contents as materials, respectively, through a forming step S30 and a quenching step S40 for performing water quenching, It measured about the stabilizer for vehicles manufactured without performing tempering.
  • the diameter of each semi-finished product was set in a range of 21 mm to 25 mm.
  • the correlation between the surface residual stress and the diameter indicates that the surface residual stress that can occur at each diameter (diameter) is produced by water quenching (water cooling) and oil quenching (oil cooling). ) And estimated by simulation.
  • FIG. 11A is a diagram showing a relationship between the surface residual stress and the carbon content of the steel material in the vehicle stabilizer according to the example.
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a relationship between the surface residual stress and the diameter of the steel material in the vehicle stabilizer according to the embodiment.
  • FIG. 11A it can be seen that the compressive residual stress imparted to the surface by water quenching is larger as the carbon content is lower and decreases as the carbon content is higher. Therefore, when manufacturing a vehicle stabilizer using manganese boron steel with a low carbon content, it can be said that a vehicle stabilizer having high fatigue strength and corrosion resistance can be manufactured even if shot peening is omitted. .
  • FIG. 11B tensile residual stress is generated in oil quenching, whereas compressive residual stress is generated in water quenching, and the stress value is in the range of 20 mm to 30 mm in diameter. It can be confirmed that it reaches a sufficient size (about 300 MPa or more).
  • a semi-finished product for a vehicle stabilizer (sample 1-1) manufactured using the specimen 1 as a material and undergoing tempering through a molding step S30 and a quenching step S40 in which water quenching is performed. ).
  • a vehicle stabilizer semi-finished product (sample 1-2) was used, which was made of the test material 9 which is a conventional spring steel material, subjected to oil quenching and then tempered. The diameter was 14 mm in all cases.
  • the corrosion resistance test is a cycle test (CCTI), using each sample masked leaving a range of diameter 10 mm ⁇ length 50 mm as a corroded surface, salt spray for 4 hours at 35 ° C. (NaCl concentration 5%), A cycle consisting of a drying treatment at 60 ° C. for 2 hours and a wet treatment at 50 ° C. and 95% RH for 2 hours was repeated to measure the corrosion weight loss. Corrosion weight loss was determined by dividing the difference between the weight before the test and the weight after the test by the area of the corroded surface.
  • CCTI cycle test
  • FIG. 12 is a diagram showing the results of the corrosion resistance test.
  • Sample 1-2 which was made of a low carbon content manganese boron steel material and subjected to water quenching, a conventional spring steel material was used as a material, and after oil quenching, tempering was performed. It can be seen that the corrosion resistance is improved as compared with Sample 1-2. In Sample 1-2, since troastite or sorbite is produced by tempering, it is recognized that the corrosion rate is increased compared to Sample 1-1 having a low-carbon martensite structure. .
  • test spring material 9 which is a conventional spring steel material, oil-quenched, and then tempered semi-finished vehicle stabilizer (sample 2-1)
  • the material 1 was used as a material, and a vehicle stabilizer semi-finished product (sample 2-2) manufactured without tempering was provided through a molding step S30 and a quenching step S40 in which water quenching was performed.
  • the hardness of sample 2-1 was 42.7 (HRC), and the hardness of sample 2-2 was 45.8 (HRC).
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of analyzing the progress of fatigue cracks.
  • the vertical axis represents the fatigue crack propagation rate da / dN (mm / cycle), and the horizontal axis represents the stress intensity factor range ⁇ K (kgf / mm 3/2 ).
  • the plot of ⁇ is Sample 2-1, the plot of ⁇ is Sample 2-2, the plot of ⁇ is Reference Example 1 (reported value of SUP7 (HRC46.5)), and the plot of ⁇ is Reference Example 2 (SUP7 (HRC61.0)). ) (Reported value).
  • the fatigue crack propagation rate of Sample 2-2 is about 1/10 to 1/100 of Sample 2-1, and Reference Example 1, Reference Example 2, etc., which are conventional spring steel materials, etc. It can be seen that the toughness is good even when compared with. Further, when the fracture toughness value (Kc) was determined, the Kc of sample 2-2 reached about 1.6 times that of sample 2-1, and it was confirmed that the fatigue durability was also good.
  • Embodiments >> 1.
  • the type of the medium is not particularly limited.
  • it may be water or oil containing ice, an organic solvent, a liquid or solid having a high heat transfer coefficient.
  • the phase of the medium is not particularly limited, such as a liquid or a liquid containing a solid.
  • the mass% is C: 0.15% or more and 0.39% or less, Si: 0.05% or more and 0.40% or less, Mn: 0.50% 1.70% or less, B: 0.0005% or more and 0.003% or less are contained as essential elements, P: 0.040% or less, S: 0.040% or less, and Ni as optional addition elements , Cr, Cu, Mo, V, Ti, Nb, Al, N, Ca and at least one element selected from the group consisting of Pb can be contained in a range of 1.20% or less, respectively, and the balance, The case of using a steel bar which is an inevitable impurity and Fe has been described as an example.
  • the raw material of the vehicle stabilizer 1 is obtained.
  • C: 0.15% by mass or more .39 wt% or less, Mn, B, and Fe may be at least including bar steel material.
  • mass% C: 0.15% to 0.39%, Mn: 0.50% to 1.70%, B: 0.0005% to 0.003%, and at least Fe A steel bar may be used.
  • each configuration may be selected, or each configuration may be appropriately selected and combined.

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Abstract

　本発明のスタビライザは、中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザ（１）であって、車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部（１ａ）の直径が１０～３２ｍｍであり、Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、その金属組織の９０％以上にマルテンサイト組織を有している。

Description

スタビライザ
　本発明は、中実構造のスタビライザに関する。
　自動車等の車両には、車輪の上下の偏移による車体のロールを抑制する車両用スタビライザ（スタビライザーバー又はアンチロールバー）が備えられている。車両用スタビライザは、一般に、車幅方向に延びるトーション部と、車両の前後方向に向けて曲げ成形された左右一対のアーム部とを備えており略コ字状の棒体からなる。車両において、車両用スタビライザは、各アーム部の先端が車輪の懸架装置にそれぞれ連結され、トーション部が車体側に固定されたブッシュに挿通されることによって、左右の懸架装置の間に懸架された状態で支持される。
　運転時に車両がコーナリングしたり路面の起伏を乗り越えたりする際には、左右の車輪の上下により左右の懸架装置にストローク差が生じる。このとき、車両用スタビライザの各アーム部には、各懸架装置間のストローク差に起因する荷重（変位）がそれぞれ入力され、各アーム部からの荷重（変位差）によってトーション部がねじれ、ねじれ変形を復元しようとする弾性力が生じる。車両用スタビライザは、このねじれ変形を復元しようとする弾性力によって左右の車輪の上下変位差を抑え車体のロール剛性を高め、車体のロールを抑制する。
　車両用スタビライザの形態としては、中空構造を有する中空スタビライザと、中実構造を有する中実スタビライザとがある。中空スタビライザは、車両の軽量化に適している一方で、電縫鋼管や引抜鋼管等を原材として使用するため、製造コストが比較的高い特徴を有している。これに対して、中実スタビライザは、機械的強度に優れ、製造コストも低廉に抑えられるという利点を有している。
　従来、車両用スタビライザの材料としては、Ｓ４８Ｃ（ＪＩＳ規格）等の炭素鋼、引張強さ等の機械的強度や耐疲労性が良好なＳＵＰ９（ＪＩＳ規格）、ＳＵＰ９Ａ（ＪＩＳ規格）等のばね鋼が一般に採用されている。中実スタビライザは、このような材料の熱間圧延棒鋼或いは冷間引抜棒鋼に熱間曲げ加工又は冷間曲げ加工を施して製品形状に賦形し、曲げ加工が施された被加工材に熱処理を施すことによって製造することが多い。熱処理としては、焼入れ処理と焼戻し処理とが行われており、焼入れの方法は、油焼入れが主流である。そして、熱処理された車両用スタビライザの半製品は、通常、ショットピーニングによる表面加工処理や、塗装処理等の仕上処理を経て製品化されている。
　ショットピーニングは、塑性変形加工の一種であり、主として、車両用スタビライザの表層に圧縮残留応力を付与するために行われている。車両用スタビライザの表層に圧縮残留応力を付与することで、疲労強度が向上し、耐割れ性や割れ伝播性等が改善されるため、良好な疲労耐久性を有する車両用スタビライザを得ることができる。また、ショットピーニングを施すことによって、車両用スタビライザの半製品の表面を平滑化させることができるため、割れの起点を低減させたり、塗料の密着に適した状態にさせることもできる。
　このように車両用スタビライザの表層にショットピーニングを施す技術として、例えば、特許文献１には、重量比にしてＣ：０．４５～０．７０％、Ｓｉ：１．２０～２．５０％、Ｍｎ：０．１０～０．８０％、Ｃｒ：０．１０～０．８０％を含有し、更に、Ｖ：０．０５～０．２５％、Ｎｉ：０．１０～０．８０％、Ｂ：０．００１～０．００３％且つＴｉ：０．０１～０．０５％のいずれか一以上を含有した鋼を素材とし、所定の形状に成形した後、通電加熱により２５℃／秒以上の速度で９００℃～１０００℃の範囲内に加熱した後急冷して焼入れを行い、硬さＨＲＣ４５以上となるように焼戻しを行う高強度スタビライザの製造方法において、焼戻し後、１段又は２段以上のショットピーニングを行う技術が開示されている（請求項３等参照）。
　例えば、１段目のショットピーニングにおいて径０．８ｍｍ以上のショット粒を使用し、２段目以降のショットピーニングにおいて１段目のショットピーニングで使用したショット粒の径以下の径のショット粒を使用するものである（段落００１１等参照）。
　近年、戦略的に生産拠点を新設・移設する車両メーカの近くでスタビライザの製造を行うことの要求が高い。そこで、最近はコンパクトなスタビライザの製造ラインが強く求められている。
特開２００５－００２３６５号公報
　車両用スタビライザの耐割れ進展性を向上させる観点からは、より深い分布を持った圧縮残留応力が付与されていることが望まれる。しかしながら、深い圧縮残留応力を付与するために大径の投射材を用いたショットピーニングを行う場合には、特許文献１に記載されているように小径の投射材を併用した２段以上のショットピーニングを行い、車両用スタビライザの表面を平滑化させる必要がある。そのため、ショットピーニング処理に関わる工数や処理時間の制約から、十分に深い分布の圧縮残留応力を付与するのは難しいのが現状である。
　また、深い分布の圧縮残留応力は、車両用スタビライザの表面にできるだけ均一に付与されることが望まれる。付与する圧縮残留応力に偏りがあると、そのような領域を起点とした割れが生じる可能性を完全に排除することができないためである。しかしながら、近年、車両の懸架装置周りの構造は複雑化しており、これに伴って車両用スタビライザの曲げ部付近の形状は多様化が進んでいる。また、トーション部のブッシュ装着部位が凹加工され、投射材が到達し難い狭隘な領域を生じていることもある。そのため、車両用スタビライザの表層の広い領域に、ショットピーニングによって、深い分布の圧縮残留応力を均一に付与することは難しくなりつつある。
　加えて、従来の長大な焼戻し炉を設置せねばならないことは、新たな製造ラインを作る上で、コスト的にも場所的にも大きな負担となっている。
。また、油焼入れ後の廃油の環境負荷も少なくないため、高い廃棄経費を要しており、スタビライザの生産効率を損なう一因ともなっている。
　そこで、本発明は、表層に深く分布する圧縮残留応力が付与されて疲労耐久性が向上する低コストのスタビライザを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、第１の本発明のスタビライザは、中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザであって、車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部の直径が１０～３２ｍｍであり、Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、その金属組織の９０％以上にマルテンサイト組織を有することを特徴としている。
　第２の本発明のスタビライザは、中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザであって、車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部の直径が１０～３２ｍｍであり、Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、主相がマルテンサイトである金属組織を有し、焼き入れ後に焼き戻しまたはショットピーニングの少なくとも何れかが施されていないことを特徴としている。
　第３の本発明のスタビライザは、中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザであって、車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部の直径が１０～３２ｍｍであり、Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、主相がマルテンサイトである金属組織を有し、前記スタビライザの表面近くに圧縮残留応力が付与されており、前記圧縮残留応力が引張残留応力に変わるクロッシングポイントが、前記表面から０．８ｍｍよりも深いところにあることを特徴としている。
　本発明によれば、表層に深く分布する圧縮残留応力が付与されて疲労耐久性が向上する低コストのスタビライザを提供することができる。
本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの一例を示す斜視図である。 熱応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、冷却に伴う変形の過程を示す図である。 熱応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、塑性変形後の残留応力を示す図である。 変態応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、マルテンサイト変態に伴う変形の過程を示す図である。 変態応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、塑性変形後の残留応力を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの断面図であり、車両用スタビライザのトーション部又はアーム部の横断面図である。 本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの断面図であり、車両用スタビライザの曲げ部近傍の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの残留応力のクロッシングポイントを示す図である。 マンガンボロン鋼鋼材のロックウェル硬さと衝撃値との相関を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの製造方法を示す流れ図である。 マンガンボロン鋼鋼材の炭素量と衝撃値との相関を示す図である。 実施例に係る車両用スタビライザのＳ－Ｎ線図である。 ショットピーニングを施すこと無く製造した実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。 ショットピーニングを施すこと無く製造した比較例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。 ショットピーニングを施して製造した実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。 ショットピーニングを施して製造した比較例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。 実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力と鋼材の炭素量との関係を示す図である。 実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力と鋼材の径との関係を示す図である。 耐食性試験の結果を示す図である。 疲労き裂の進展性を解析した結果を示す図である。
　以下、本発明の実施形態に係る車両用スタビライザについて図を用いて説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの一例を示す斜視図である。
　実施形態に係る車両用スタビライザ１は、車幅方向に延びるトーション部１ａと、車両の前後方向に延びる左右一対のアーム部１ｂ，１ｂとを備えている。
　車両用スタビライザ１の基体は、車幅方向に延びるトーション部１ａの両端に対称的に位置する曲げ部１ｃ，１ｃでそれぞれ屈曲され、左右一対のアーム部１ｂ，１ｂに連なる略コ字状の形状を有している。
　なお、基体とは、所定加工を施された棒鋼で構成される車両用スタビライザ１の本体部分を意味する。
　車両用スタビライザ１は、トーション部１ａの直径が約１０ｍｍ～約３２ｍｍであり、中実構造の棒状の棒鋼材（金属棒）を用いて形成されるものである。
　各アーム部１ｂ，１ｂの先端には、取り付け部となる平板状の連結部（目玉部）１ｄ、１ｄを有している。連結部（目玉部）１ｄ、１ｄは、鍛造やプレス等によって取り付け孔を有する平板状に形成されている。
　アーム部１ｂ，１ｂの先端の各連結部１ｄ、１ｄは、スタビライザリンク２，２を介して、不図示の車体に固定される左右一対の懸架装置３，３にそれぞれ連結されている。各懸架装置３の車軸部３ａには、不図示の車輪が取り付けられる。懸架装置３は、圧縮ばね、オイルダンパを有し、車輪からの衝撃、振動等を減衰して車体に和らげて伝える働きをする。
　トーション部１ａは、車体の不図示のクロスメンバ等に固定されるゴム製のブッシュ４に挿通されて、左右の懸架装置３，３の間に懸架される。
　この構成により、左右の車輪の上下移動により左右の懸架装置３，３にストローク差が生じると、各懸架装置３，３から各アーム部１ｂ，１ｂに変位による荷重が伝達され、トーション部１ａがねじり変形する。そして、トーション部１ａには、該ねじり変形を復元しようとする弾性力が生じる。車両用スタビライザ１は、このねじり変形に抗する弾性力によって、車体の左右の傾きを抑えてロール剛性を高め、車両の走行を安定化させる。
　トーション部１ａとアーム部１ｂ，１ｂとを有する車両用スタビライザ１の基体は、鋼棒である中実構造を有している。
　車両用スタビライザ１の基体は、炭素（Ｃ）：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（ボロン；Ｂ）、および鉄（Ｆｅ）を少なくとも含む化学組成を有しており、主相がマルテンサイトである金属組織で形成されている。
　ところで、引張応力が残留しているとき裂発生・進展を促し、早期破壊し易くなる。これに対して、圧縮残留応力がある場合は、き裂抑制効果により長寿命化できる。残留応力は金属材料の寿命と密接な関係があり、特に繰返し負荷によってき裂が徐々に進展する金属疲労においては、影響が顕著である。
　そこで、車両用スタビライザ１の基体の表層には、好適な圧縮残留応力が付与されている。つまり、車両用スタビライザ１では、圧縮応力から引張応力に変わるクロッシングポイントが、基体の表面から０．８ｍｍよりも深いところにある。この圧縮残留応力は、ショットピーニングのような塑性変形加工ではなく、焼き戻しすることなく、熱処理の焼き入れによって付与されるものであるという特徴がある。
　車両用スタビライザ１において、基体の全域にわたると共に表面から深い位置まで分布する圧縮残留応力は、所定条件の焼入れを施すことによって付与できる。具体的には、車両用スタビライザ１の製造工程中において、熱応力が変態応力よりも優位になる所定条件の焼入れを基体の原材である棒鋼材に施すことによって付与することができる。鋼材の焼入れ時には、以下に説明するように、熱応力による圧縮残留応力と変態応力による引張残留応力とが発生し、これらの兼ね合いから、表面残留応力が所定の分布を示すことになる。
　図２Ａは、熱応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、冷却に伴う変形の過程を示す図である。図２Ｂは、熱応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、塑性変形後の残留応力を示す図である。図２Ａ、図２Ｂにおいては、鋼材の表面近傍の組織体積変化が模式的に示されている。符号１１０は、鋼材の表面側に存在する表面組織、符号１２０は、内部側に存在する内部組織である。
　焼入れにおいて生成する熱応力は、冷却された鋼材の熱収縮が、鋼材の深さ方向の冷却速度差により深さ方向に時間経過に伴って変化する分布を示す。通常、焼入れでは、鋼材の内部側までが変態温度以上に加熱され、図２Ａの上段に示すように、表面組織１１０及び内部組織１２０において応力や歪が実質的には認められない状態となっている。この状態から鋼材が冷却され焼入れされると、鋼材の冷却は時間経過とともに表面組織１１０側から内部組織１２０へ進行し、表面側と内部側との間に冷却速度差が生じる。そのため、図２Ａの中段に示すように、表面組織１１０側は、熱伝導が遅れる内部組織１２０側よりも大きく熱収縮し、熱伝導が遅れる内部組織１２０側は、表面組織１１０側の収縮変形に引きずられて塑性変形して収縮する。
　さらに時間が経過して冷却が進行すると、図２Ａの下段に示すように、表面組織１１０側においては、金属組織の凝固が治まり寸法変化が無くなるのに対して、熱伝導が遅れる内部組織１２０側においては、依然として冷却され熱収縮が進行する。そして、熱収縮を続ける内部組織１２０は、表面組織１１０を収縮方向に拘束しつつ塑性変形の収縮を終える。その結果、図２Ｂに示すように、残留応力は、表面組織１１０側が内部組織１２０よる収縮力を受けて圧縮残留応力が優位になる深さ方向の分布を示す。一方、内部組織１２０は、表面組織１１０から伸長力を受けることから、引張残留応力が優位になる深さ方向の分布を示す。
　図３Ａは、変態応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、マルテンサイト変態に伴う変形の過程を示す図である。図３Ｂは、変態応力による残留応力の生成の機序を示す概念図であり、塑性変形後の残留応力を示す図である。図３Ａ、図３Ｂにおいては、図２Ａ、図２Ｂと同様、鋼材の表面近傍の組織体積変化が模式的に示されている。符号１１０は、鋼材の表面側に存在する表面組織、符号１２０は、内部側に存在する内部組織である。
　これに対し、焼入れにおいて生成する金属組織の変態応力は、冷却された鋼材のマルテンサイト変態による膨張が、鋼材の深さ方向の冷却速度差によって拘束され膨張し、熱応力とは逆向きの分布を示す。
　図３Ａの上段に示す表面組織１１０及び内部組織１２０において応力や歪が実質的には認められない状態から鋼材が焼入れされると、鋼材の冷却は表面組織１１０側から進行し、表面側と内部側との間に冷却速度差が生じる。そのため、図３Ａの中段に示すように、表面組織１１０側は、熱伝導が遅れる内部組織１２０側よりも先にマルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）を下回り、マルテンサイト変態に伴って大きく膨張する。これに対し、熱伝導が遅れる内部組織１２０側は、表面組織１１０側に引きずられて引張られ塑性変形する。
　さらに時間が経過して冷却が進行すると、図３Ａの下段に示すように、表面組織１１０側は、熱伝導が遅れる内部組織１２０側よりも先にマルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ）を下回り、金属組織の体積変化が治まる。これに対して、熱伝導が遅れる内部組織１２０側は、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）以上マルテンサイト変態終了温度（Ｍｆ）以下の温度域で依然としてマルテンサイト変態に伴う膨張を生じる。そして、膨張を続ける内部組織１２０は、表面組織１１０を引張方向に拘束しながら塑性変形を終える。その結果、図３Ｂに示すように、生成する残留応力は、表面組織１１０が内部組織１２０の膨張に引張られて、表面組織１１０側ほど引張残留応力が優位になる。一方、内部組織１２０は表面組織１１０から圧縮する力を受けて内部組織１２０側ほど圧縮残留応力が優位になる。以上より、変態応力は、熱応力とは逆向きの分布を示す。
　車両用スタビライザ１において、深部まで均一な機械的特性を実現させるためには、焼入れ深さを十分に深くし、横断面の中心部分まで金属組織の主相をマルテンサイト化させることが望まれる。そのため、変態応力を低減する余地は少ない。したがって、熱応力を変態応力よりも優位にするためには、熱応力の生成に適する冷却速度が速い焼入れ条件を選定することが好ましい。
　そこで、車両用スタビライザ１の製造に際しては、水と同等以上または水に近い熱伝達率を有する媒体による焼入れを施すものとする。加えて、車両用スタビライザ１の基体としては、従来用いられているばね鋼と比較して焼入れ性が良好なＭｎ、Ｂを含むマンガンボロン鋼（Ｍｎ－Ｂ鋼）を採用する。鋼材の焼入れ性が悪い場合、冷却速度が速い焼入れを行うと、歪や焼割れが発生するおそれが高まるためである。
　車両用スタビライザ１の基体は、詳細には、強度と靭性が要求されることから炭素量が０．１５質量％以上０．３９質量％以下の低炭素量のものと決定される。
　以上のことから、車両用スタビライザ１の原材は、マンガンボロン鋼のうちでも炭素量が低い鋼種で構成され、炭素（Ｃ）：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（ボロン；Ｂ）、および鉄（Ｆｅ）を少なくとも含む化学組成を有するものとする。炭素量を０．１５質量％以上０．３９質量％以下の低含有量の範囲とすることによって、焼き入れしたままで良好な靭性が備わり、焼入れ後の置割れが阻止され、耐食性にも優れる車両用スタビライザ１が得られる。後記するように、Ｍｎは、好ましくは０．５０％以上１．７０％以下、Ｂ（ホウ素、ボロン）は、好ましくは０．０００５％以上０．００３％以下である。
　車両用スタビライザ１の基体は、より好ましくは、質量％で、Ｃ：０．１５％以上０．３９％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．４０％以下、Ｍｎ：０．５０％以上１．７０％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００３％以下を必須元素として含有し、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０４０％以下であり、任意添加元素として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎ、Ｃａ及びＰｂからなる群より選択される少なくとも一種以上の元素をそれぞれ１．２０％以下の範囲で含有し得ると共に、残部が、Ｆｅと不可避的不純物からなる。具体的には、Standard　American　Engineering　規格の１５Ｂ２３相当鋼又は１５Ｂ２６相当鋼が入手し易く、好ましい。
　車両用スタビライザ１の原材となる棒鋼材を任意添加元素を含有しない化学組成とすると、良好な焼入れ性を有する棒鋼材を低廉な材料費で得ることができるため、車両用スタビライザ１を安価にできる。一方、任意添加元素を含有する化学組成とすると、元素種類に応じて棒鋼材の諸特性を改質することが可能になる。任意添加元素を含有する化学組成では、必須元素と、任意添加元素と、不可避的不純物として位置づけられるＰ及びＳとに対する残部が、Ｆｅとその他の不可避的不純物とで占められる。
＜車両用スタビライザ１が含有する成分元素＞
　以下、車両用スタビライザ１の原材となる棒鋼材の各成分元素について説明する。
　炭素（Ｃ）は、機械的強度や硬さの向上等に寄与する成分である。Ｃを０．１５質量％以上とすることで、良好な機械的強度や硬さ（硬度）を確保することができ、従来のばね鋼よりも優れた焼入れ硬さとすることが可能になる。なお、車両用スタビライザ１の疲労強度は、硬度にほぼ比例する。
　一方で、Ｃを０．３９質量％以下とすることによって、焼入れ後に機械的強度と共に所定の靭性を確保することが可能になる。また、変態応力等に起因する焼割れや残留オーステイナイトに起因する置割れが阻止され、炭化物の析出による耐食性の低下を抑制することができる。Ｃの含有量は、より好ましくは０．１８質量％以上０．３５質量％以下、さらに好ましくは０．２０質量％以上０．２６質量％以下である。これにより、上述した車両用スタビライザ１の機械的特性をより高めることが可能となる。
　ケイ素（Ｓｉ）は、機械的強度や硬さの向上等に寄与する成分である。また、鋼材の製鋼時に脱酸の目的で添加される成分でもある。Ｓｉを０．０５質量％以上とすることで、良好な機械的強度や硬さや耐食性や耐へたり性を確保することができる。一方で、Ｓｉを０．４０質量％以下とすることで、靭性や加工性の低下を抑えることができる。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．１５質量％以上０．３０質量％以下である。
　マンガン（Ｍｎ）は、焼入れ性や機械的強度の向上等に寄与する成分である。また、鋼材の製鋼時に脱酸の目的で添加される成分でもある。Ｍｎを０．５０質量％以上とすることで、良好な機械的強度と共に焼入れ性を確保することができる。一方で、Ｍｎを１．７０質量％以下とすることで、ミクロ偏析による靭性や耐食性の低下や、加工性の低下を抑制することができる。Ｍｎの含有量は、より好ましくは０．６０質量％以上１．５０質量％以下、さらに好ましくは０．８０質量％以上１．５０質量％以下である。
　ホウ素（Ｂ；Ｂｏｒｏｎ：ボロン）は、焼入れ性や機械的強度の向上等に寄与する成分である。Ｂを０．０００５質量％以上０．００３質量％以下とすることで、良好な焼入れ性を確保することができる。また、粒界強化によって靭性や耐食性を向上させることができる。その一方で、Ｂを０．００３質量％を超える含有量としても、焼入れ性の向上の効果は飽和し、機械的性質は悪化してしまうため、含有量の上限を制限する。
　リン（Ｐ）は、鋼材の製鋼時から残留する不可避的不純物である。Ｐを０．０４０質量％以下とすることで、偏析による靭性や耐食性の低下を抑えることができる。Ｐの含有量は、より好ましくは０．０３０質量％以下である。
　硫黄（Ｓ）は、鋼材の製鋼時から残留する不可避的不純物である。Ｓを０．０４０質量％以下とすることで、偏析やＭｎＳ系介在物の析出による靭性や耐食性の低下を抑えることができる。Ｓの含有量は、より好ましくは０．０３０質量％以下である。
　ニッケル（Ｎｉ）は、耐食性や焼入れ性の向上等に寄与する成分である。Ｎｉを添加することで、良好な耐食性や焼入れ性を確保することができ、腐食劣化や焼割れの低減を図ることが可能である。その一方で、Ｎｉを過剰に含有させても、焼入れ性の向上の効果は飽和し、材料コストも増大してしまうため、０．３０質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　クロム（Ｃｒ）は、強度や耐食性や焼入れ性の向上等に寄与する成分である。Ｃｒを添加することで、強度や耐食性や焼入れ性を向上させることができる。その一方で、Ｃｒを過剰に含有させると、炭化物の偏析による靭性や耐食性の低下が生じたり、加工性が低下したり、材料コストも増大してしまうため、１．２０質量％以下とすることが好ましく、０．６０質量％以下としてもよく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできるい。
　銅（Ｃｕ）は、焼入れ性や耐食性の向上等に寄与する成分である。Ｃｕを添加することで、焼入れ性や耐食性を向上させることができる。但し、Ｃｕを過剰に含有させると、熱間での表面脆化が生じる場合があるため、０．３０質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　モリブデン（Ｍｏ）は、焼入れ性や靭性や耐食性の向上等に寄与する成分である。Ｍｏを添加することで、焼入れ性や靭性や耐食性を向上させることができる。但し、Ｍｏを過剰に含有させると、材料コストが増大するため、０．０８質量％以下とすることが好ましく、０．０２質量％以下とすることがより好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　バナジウム（Ｖ）は、靭性や硬さの向上等に寄与するすると共に、窒素（Ｎ）と結合してＮによるホウ素（Ｂ）の固定を防止する成分である。Ｖを添加することで、靭性や硬さやを向上させたり、ホウ素（Ｂ）による効果を有効に発現させたりすることができる。その一方で、Ｖを過剰に含有させると、炭窒化物の析出による靭性や耐食性の低下が生じ、材料コストも増大してしまうため、０．３０質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　チタン（Ｔｉ）は、強度や耐食性の向上等に寄与すると共に、窒素（Ｎ）と結合してＮによるホウ素（Ｂ）の固定を防止する成分である。Ｔｉを添加することで、強度や耐食性を向上させたり、ホウ素（Ｂ）による効果を有効に発現させたりすることができる。その一方で、Ｔｉを過剰に含有させると、炭窒化物の析出による靭性や耐食性の低下が生じる場合があるため、０．０５質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　ニオブ（Ｎｂ）は、強度や靭性の向上等に寄与すると共に、窒素（Ｎ）と結合してＮによるホウ素（Ｂ）の固定を防止する成分である。Ｎｂ添加することで、結晶粒の微小化により強度や靭性を向上させたり、ホウ素（Ｂ）による効果を有効に発現させたりすることができる。その一方で、Ｎｂを過剰に含有させると、炭窒化物の析出による靭性や耐食性の低下が生じる場合があるため、０．０６質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　アルミニウム（Ａｌ）は、靭性の向上等に寄与すると共に、窒素（Ｎ）と結合してＮによるホウ素（Ｂ）の固定を防止する成分である。また、鋼材の製鋼時に脱酸の目的で添加される成分でもある。Ａｌを添加することで、結晶粒の微小化により強度や靭性を向上させたり、ホウ素（Ｂ）による効果を有効に発現させたりすることができる。その一方で、Ａｌを過剰に含有させると、窒化物や酸化物の析出による靭性や耐食性の低下が生じる場合があるため、０．３０質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。このＡｌとは、Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ａｌを意味する。
　窒素（Ｎ）は、鋼材の製鋼時から残留する不可避的不純物であるが、強度の向上等に寄与する成分である。Ｎを所定含有量の範囲で含有させることで、窒化物の析出による靭性や耐食性の低下を避けつつ、強度を向上させることができる。Ｎの含有量は、０．０２質量％以下とすることが好ましい。
　カルシウム（Ｃａ）は、被削性の向上等に寄与する成分である。Ｃａを添加することで、鋼材の被削性をより向上させることができる。Ａｌの含有量は、０．４０質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
　鉛（Ｐｂ）は、被削性の向上等に寄与する成分である。Ｐｂを添加することで、鋼材の被削性をより向上させることができる。Ｐｂの含有量は、０．４０質量％以下とすることが好ましく、或いは、意図的に添加しない組成とすることもできる。
＜車両用スタビライザ１の金属組織＞
　車両用スタビライザ１は、以上の化学組成を有する基体において、主相がマルテンサイトである金属組織を有している。より具体的には、車両用スタビライザ１の横断面の中心部分の９０％以上がマルテンサイト組織を有しており、基体は金属組織の少なくとも９０％以上にマルテンサイト組織を有する。
　車両用スタビライザ１では、低炭素量のマンガンボロン鋼鋼材を基体としているため、焼入れしたままのマルテンサイト組織において、硬度に加えて良好な靭性が達成されている。
　車両用スタビライザ１は、単相のマルテンサイト組織からなる金属組織を有することが好ましい。マンガンボロン鋼は焼入れ性が良好であるため、焼入れに適切な冷却速度を選択することによって、車両用スタビライザ１をほぼマルテンサイト組織になるように焼入れとすることも可能である。つまり、車両用スタビライザ１の品質を、材料の選択、焼き入れ法等の製造条件によって制御できる。
　車両用スタビライザ１の金属組織を単相の低炭素のマルテンサイト組織とすると静的強度、耐久強度、疲労特性等を向上できる。また、単相であるので金属組織中に局部電池が形成され難くなり、耐食性の向上を図れる。
　図４Ａは、本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの断面図であり、車両用スタビライザのトーション部又はアーム部の横断面図である。図４Ｂは、本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの断面図であり、車両用スタビライザの曲げ部近傍の縦断面図である。図４Ｃは、本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの残留応力のクロッシングポイントを示す図であり、横軸に車両用スタビライザの表面からの深さ（寸法）Ｄを示し、縦軸に車両用スタビライザの残留応力を示す。なお、図４Ｃは、車両用スタビライザ１の残留応力のクロッシングポイントを模式的に示したものであり、実際の車両用スタビライザ１の実特性を表わしたものではない。
　なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、車両用スタビライザ１のトーション部１ａやアーム部１ｂや曲げ部１ｃの基体（塗装塗膜を除く）の断面を模式的に示している。
　車両用スタビライザ１は、図４Ａ、図４Ｂに示すように、基体の表面からの深さ（Ｄ）が、所定距離までの領域に圧縮残留応力が付与される。そして、圧縮残留応力が引張残留応力に変わるクロッシングポイントは、基体の表面から０．８ｍｍよりも深いところにある（実施例の焼き戻しおよびショットピーニングを行わない（図９Ａ、焼き戻しおよびショットピーニングを行った比較例の図１０Ｂ参照）。
　焼き戻しおよびショットピーニングを行った比較例の図１０Ｂの実験値によれば、クロッシングポイントは、基体の表面から約０．４２ｍｍのところにある。比較例の０．４２ｍｍというのは、腐食耐久性に関わる要因である腐食ピット深さが、大きいもので０．４ｍｍになることと関係する。
　腐食ピットが成長して深くなっていき、圧縮残留応力がなくなり、引っ張り残留応力の領域に到達すると、ピット底を起点として破断が生じる。
　このために、クロッシングポイントを深くし、かつ圧縮残留応力を大きくすることが腐食耐久性を延ばすことに直結する。
　この腐食ピットの深さはとりあえず、０．４ｍｍと想定されるが、部品間のバラツキ、様々な環境条件、運転条件などを鑑み、安全性を考えると、本実施形態のようにクロッシングポイントが０．８ｍｍよりも深いところにあることが望ましい（実施例の焼き戻しおよびショットピーニングを行わない図９Ａ参照）。
　なお、クロッシングポイント（ｃｐ）とは、図４Ｃに示されるように、付与されている圧縮残留応力が引張残留応力に変わる深さ、すなわち、付与されている圧縮残留応力が０ＭＰａとなる深さを意味する。
　車両用スタビライザ１の基体の表面から０．８ｍｍの深さまでの圧縮残留応力が、無負荷時において、１５０ＭＰａ以上有していることが好ましい。また、基体の表面から１．０ｍｍの深さにおける圧縮残留応力は、無負荷時において、１５０ＭＰａ以上であることが、さらに好ましい。このような深さを有する圧縮残留応力は、焼入れにおける冷却速度を速くすることによって付与することが可能である。深い箇所に分布する大きな圧縮残留応力を付与することによって、表面の割れ（き裂）の進展が抑えられ、車両用スタビライザ１の疲労耐久性を大きく向上させることができる。
　また、圧縮残留応力は、焼入れによって付与されるため、車両用スタビライザ１の基体の表層の全域に付与でき、圧縮残留応力の分布の均一性が高い。なお、表層の全域とは、基体の全表面上の各点から所定深さまでの領域（表層）の全体を意味する。
　以上の如く、本実施形態（本願発明）は、一定の値以上の圧縮残留応力が腐食耐久性に関わる要因である腐食ピットの深さが及ばない一定の深さ以上に存在することがポイントである。
　車両用スタビライザ１は、旧オーステナイト結晶粒界の結晶粒度について粒度番号Ｇが８を超えるようにすることが好ましく、９以上にすることがより好ましい。旧オーステナイト結晶粒界の結晶粒度をこのように微細化しておくことで、靭性を損なわず機械的強度をより向上させることができる。結晶粒度の微細化は、例えば、焼入れ温度を低下させたり、Ｍｎや、任意添加元素の含有量を高めたりすることによって実現することが可能である。なお、旧オーステナイト結晶粒界の結晶粒度は、ＪＩＳ　Ｇ　０５５１の規定に準じて測定することができる。粒度番号Ｇは、焼き入れしたままの金属組織の顕微鏡観察像に基いて判定することができ、望ましくは５～１０視野の粒度番号の平均値として求められる。
　車両用スタビライザ１は、図５に示すように、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が、４４．５を超え５５．５以下の範囲となるようにすることが好ましい。図５は、マンガンボロン鋼鋼材のロックウェル硬さと衝撃値との相関を示す図である。図５において、▲は従来のスタビライザのＳＵＰ９Ｎのデータであり、■は本実施形態の一例のスタビライザの１５Ｂ２３（Standard　American　Engineering　規格）のデータであり、□は本実施形態の一例のスタビライザの１５Ｂ２５（Standard　American　Engineering　規格）のデータである。
　ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）このような硬さは、炭素量が０．１５％以上０．３９質量％以下の範囲であれば、必要な靭性を有して実現させることが可能である。車両用スタビライザ１の一例の（図５の■、□のデータ参照）は、ロックウェル硬さ４４．５を超え５５．５以下の範囲の硬さにおいても、従来のばね鋼鋼材を材料とし同等の硬さに調質したスタビライザ（図５の▲のデータ参照）と比較して、良好な靭性（例えば、ＨＲＣ４４．５において室温のシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上）を兼ね備えるものとすることができる。
　例えば、図５によれば、ＨＲＣ４４．５において、従来のばね鋼鋼材ＳＵＰ９Ｎ（図５の▲のデータ参照）は、シャルピー衝撃値がほぼ３５Ｊ／ｃｍ２に対して、車両用スタビライザ１の一例の（図５の１５Ｂ２３■、１５Ｂ２５□のデータ参照）は、シャルピー衝撃値がほぼ９０Ｊ／ｃｍ２以上得られることが分る。
＜車両用スタビライザ１の製造方法の一例＞
　次に、本実施形態に係る車両用スタビライザの製造方法の一例について説明する。
　図６は、本発明の実施形態に係る車両用スタビライザの製造方法を示す流れ図である。
　図６に示すスタビライザの製造方法は、加工工程Ｓ１０と、加熱工程Ｓ２０と、成形工程Ｓ３０と、焼入れ工程Ｓ４０と、表面加工工程Ｓ５０と、前処理工程Ｓ６０と、予加熱工程Ｓ７０と、塗装工程Ｓ８０と、後加熱工程Ｓ９０とを順次含むものとすることができる。なお、この製造方法において、表面加工工程Ｓ５０及び予加熱工程Ｓ７０は、必須の工程ではなく、後記するように実施を省略することも可能である。
　車両用スタビライザ１の材料としては、前記の低炭素量のマンガンボロン鋼の棒鋼材が使用される。棒鋼材とは、中実構造の棒状の金属材である。
　棒鋼材としては、具体的には、熱間圧延鋼材を適用することができる。棒鋼材の長さ及び径は、所望の製品形状に応じて適宜の寸法とすることが可能である。但し、トーション部１ａの直径は約１０ｍｍ～約３２ｍｍの範囲としている。
　この熱間圧延鋼材は、必要に応じて、熱間圧延後に冷間圧延や球状化焼鈍等の焼鈍処理が施されていてもよい。また、熱間圧延鋼材に代えて、冷間圧延鋼材を用いることも可能である。熱間圧延を行う場合には、スラブの加熱温度は、１１５０℃以上１３５０℃以下程度が好ましく、仕上温度は、８００℃以上１０００℃以下とすることが好ましい。
　仕上温度を８００℃以上とすることによって、成分元素を適切に固溶させることができ、固溶ホウ素による焼入れ性の向上の効果を有効に得ることができるようになる。また、仕上温度を１０００℃以下とすることによって、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止することができ、残留オーステイナイトによる硬さの低下や置割れを阻止することができる。巻取温度は、例えば、４００℃以上６５０℃以下等とすることができる。
　加工工程Ｓ１０は、車両用スタビライザ１の材料である棒鋼材の両端部に加工を施して、スタビライザリンク２（図１参照）に連結される連結部１ｄ、１ｄを形成する工程である。棒鋼材の長さ及び径は、所望の製品形状に応じて適宜の寸法とすることが可能である。また、連結部１ｄ、１ｄの形態や形成方法は、特に制限されるものではなく、例えば、棒鋼材の末端を扁平状に鍛造してプレス加工等で孔開け加工を施すことによって連結部１ｄ、１ｄを形成することが可能である。
　加熱工程Ｓ２０は、熱間曲げ加工を施すために棒鋼材を加熱処理する工程である。加熱方法としては、加熱炉による加熱、通電加熱、高周波誘導加熱等の適宜の方法を用いることができるが、高周波誘導加熱によることが好ましい。高周波誘導加熱を利用した急速加熱によって脱炭や脱ホウ素を抑制しつつ棒鋼材を加熱処理することができる。本車両用スタビライザ１は、良好な焼入れ性を有するマンガンボロン鋼鋼材が材料として採用されているため、高周波誘導加熱を利用した急速加熱を適用することが可能である。
　成形工程Ｓ３０は、加熱処理された棒鋼材に熱間（温間）曲げ加工を施して製品形状に成形する工程である。すなわち、棒鋼材に曲げ加工を施すことによって、棒鋼材にトーション部１ａ及びアーム部１ｂを形成し、棒鋼材の形状を所望の車両用スタビライザ１の形状に賦形する。なお、曲げ加工は、所望の製品形状に応じて、複数の曲げ部１ｃが形成されるように複数箇所に施すことが可能であり、多段曲げによってトーション部１ａ及びアーム部１ｂを形成することもできる。
　焼入れ工程Ｓ４０は、曲げ加工が施された棒鋼材に水と同等以上又は水に近い熱伝達率を有する媒体による焼入れを施す工程である。つまり、曲げ加工が施された棒鋼材をオーステナイト化後、下部臨界冷却速度以上で焼入れを施す工程である。
　媒体の熱伝達率は、棒鋼材に対する静止した水ないし流れを有する水の熱伝達率値に対して±１０％以内の範囲であることが好ましい。焼入れ温度、加熱速度及び焼入れ保持時間は、適宜の範囲で行うことが可能である。例えば、焼入れ温度は、８５０℃以上１１００℃以下等とすることができる。但し、焼入れ温度は、オーステナイト結晶粒が過度に粗大化したり、焼割れが発生したりするのを避ける観点から、オーステナイト化温度（ＡＣ３）＋１００℃以下とすることが好ましい。このような加熱を行った後、冷却剤を用いて棒鋼材の冷却を行い、棒鋼材の金属組織をマルテンサイト化させると共に、棒鋼材（基体）の表面の全域にわたって圧縮残留応力を付与する。
　焼入れ処理としては、具体的には、水焼入れ、水溶液焼入れ又は塩水焼入れを施すことが好ましい。水焼入れは、冷却剤として、水を用いる焼入れ処理である。水温は、０℃以上１００℃以下程度、好ましくは５℃以上４０℃以下の温度範囲とすることができる。水溶液焼入れ（ポリマー焼入れ）は、冷却剤として、高分子を添加した水溶液を用いる焼入れ処理である。
　高分子としては、例えば、ポリアルキレングリコール、ポリビニルピロリドン等の各種の高分子を用いることができる。高分子濃度は、前記の所定熱伝達率を示す限り特に制限されるものではなく、高分子の種類や処理に供する棒鋼材の焼入れ目標等に応じて調節することができる。
　塩水焼入れは、冷却剤として、塩化ナトリウム等の塩類を添加した水溶液を用いる焼入れ処理である。塩濃度は、前記の所定熱伝達率を示す限り特に制限されるものではなく、処理に供する棒鋼材の焼入れの程度に応じて調節することができる。これらの焼入れ処理において、冷却剤は、攪拌してよいし、攪拌しなくてもよい。また、これらの焼入れ処理を、拘束焼入れ、噴霧焼入れ、噴射焼入れ等の形態で行ってもよい。
　本実施形態に係る車両用スタビライザ１は、このようにして焼入れが施された棒鋼材（以下、車両用スタビライザ１の半製品とも称す）を、焼戻しを施すこと無く、表面加工工程Ｓ５０又は前処理工程Ｓ６０に供することができる。低炭素のマンガンボロン鋼が採用されていることによって、焼き入れしたままで良好な靭性、硬度等が実現されるためである。
　表面加工工程Ｓ５０は、焼入れが施された棒鋼材にショットピーニングを施す工程である。ショットピーニングは、温間及び冷間のいずれで行ってもよく、粒子径や投射速度等の条件を変えて複数回繰り返し行ってもよい。ショットピーニングを施すことによって、棒鋼材の表面に圧縮残留応力が付加され、疲労強度や耐摩耗性の向上と共に、置割れや応力腐食割れ等の防止が図られる。なお、焼入れが施された棒鋼材は、ショットピーニングを施さないものとすることもできる。すなわち、図６に示すように、焼入れ工程Ｓ４０の後に、表層に圧縮残留応力を付与するためのショットピーニング等の塑性変形加工を施すこと無く、前処理工程Ｓ６０を実施することも可能である。
　前処理工程Ｓ６０は、棒鋼材に塗装処理を行うために表面洗浄や表面処理を行う工程である。具体的には、棒鋼材の表面に、油脂分や異物等を除去する除去処理や下地処理等の各種の前処理を施す工程である。下地処理としては、例えば、リン酸亜鉛、リン酸鉄等の被膜を形成することができる。
　除去処理や下地処理等の各処理後には、棒鋼材を水洗し、水洗後に後段の各種処理に順次供する。水洗された棒鋼材の水切りの方法としては、例えば、水切りローラー等を使用した吸水乾燥や、ブロー乾燥や、加熱乾燥や、これらの組み合わせ等による適宜の方法を利用することが可能である。このようにして前処理された棒鋼材は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、予加熱工程Ｓ７０又は塗装工程Ｓ８０に供することができる。
　予加熱工程Ｓ７０は、棒鋼材に予加熱を施す工程である。塗装される棒鋼材にあらかじめ予加熱を施すことによって、後加熱による塗料の焼付時間を短縮させることができ、塗装処理効率を向上させることができる。また、塗料の温度上昇が表面側に偏らないようにすることが可能であるため、塗膜の密着性を向上させることができる。加熱方法としては、加熱炉による加熱、通電加熱、高周波誘導加熱等の適宜の方法を用いることができるが、加熱速度が速く設備が簡易な点で、通電加熱によることが好ましい。予加熱温度は、例えば、塗料の塗着が可能な１８０℃以上２００℃以下の範囲とすることが好ましい。このような温度の予加熱であれば、硬さが損なわれることが無く、低温焼鈍による効果を得ることが可能であるし、また、低温焼鈍後に塗料の塗着温度に再冷却する処理も不要にすることができる。なお、前処理工程Ｓ６０において加熱乾燥による水切りを実施する場合には、加熱乾燥後の余熱を塗料の塗着に利用することもできる。そのため、水切りにおける加熱乾燥温度が十分に高い場合には、前処理工程Ｓ６０の後に、予加熱工程Ｓ７０を行うこと無く、塗装工程Ｓ８０を実施することも可能である。
　塗装工程Ｓ８０は、棒鋼材に塗料で塗装する工程である。塗料としては、粉体塗料が好ましく用いられ、例えば、エポキシ樹脂製の粉体塗料を好適に用いることができる。塗装方法としては、例えば、棒鋼材の表面に厚さ５０μｍ以上程度の塗膜が形成されるように塗料の噴射を行う方法や、塗料への浸漬を行う方法を用いることができる。
　後加熱工程Ｓ９０は、塗装された塗料を加熱して焼き付ける工程である。加熱方法としては、加熱炉による加熱が好ましい。後加熱温度は、例えば、１８０℃以上２００℃以下の範囲とすることが好ましい。具体的には、例えば、１８０℃で５分間の後加熱、ないしは２００℃で５分間の後加熱を塗料が塗装された棒鋼材に施すことが許容される。このような加熱条件であれば、車両用スタビライザ１の半製品について加熱による強度や硬さの低下が生じるのを避けることができるためである。なお、これら予加熱工程Ｓ７０、塗装工程Ｓ８０及び後加熱工程Ｓ９０に代えて、塗装処理として、電着塗装、溶剤塗装等を実施してもよい。
　以上説明した工程を経て、車両用スタビライザ１を製造することができる。
　このような製造方法では、焼入れの後に焼戻しを施すことが無いため、製造ライン上に長大な焼戻し炉を設置する必要が無く、コンパクトな生産ラインで車両用スタビライザ１を生産性高く製造できる。そのため、車両用スタビライザの製造に関わる設備規模を縮小させたり、焼戻し処理に関わる工数や焼戻し加熱に伴う加熱経費等の操業経費を低減させたりすることが可能になる。
　従って、車両用スタビライザ１の生産ラインのコストを大きく低減でき、車両用スタビライザ１の生産コストの削減を図ることができる。
　また、車両用スタビライザ１の生産ラインの構築が容易化される。例えば車両メーカーの生産場所近くに車両用スタビライザ１の生産ラインを容易に構築できる。
　また、従来の一般的な車両用スタビライザの製造において実施されている油焼入れに代えて、水焼入れ、水溶液焼入れ又は塩水焼入れ等の、水と同等以上または水に近い熱伝達率を有する媒体による焼入れが採用されているため、鉱油等の油性冷却剤の管理保安や廃棄経費が不要となって車両用スタビライザ１の効率的な生産が可能になる。
　以下、本発明の実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
　はじめに、次の表１に示す化学成分組成を有する鋼材（供試材１～供試材９）について、硬さ及び炭素量と衝撃値との相関を評価した。なお、供試材１～供試材８は、マンガンボロン鋼鋼材であり、供試材９は、従来のばね鋼鋼材（ＳＵＰ９Ａ（「ＳＵＰ９Ｎ」））である。
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　衝撃試験では、各供試材から採取したＪＩＳ３号片（Ｕノッチ２ｍｍ深さ）を使用し、衝撃値ｕＥ２０（Ｊ／ｃｍ２）を求めた。なお、供試材は、表１に示す各組成の鋼を溶製して鋼塊とし、角ビレットに溶接して熱間圧延材を得た後、この熱間圧延材から採取した棒鋼材について、水焼入れを施したものを試験片の採取に用いた。
　図５に示すように、従来のばね鋼鋼材である供試材９では、車両用スタビライザにおける実用上の硬さ上限（ＨＲＣ４４．５）で、衝撃値が約３０Ｊ／ｃｍ２に留まっている（図中に破線で示す）。これに対して、マンガンボロン鋼鋼材である供試材１～供試材８では、ＨＲＣ４４．５以上５６以下の範囲において、供試材９の車両用スタビライザにおける実用上の硬さ上限（ＨＲＣ４４．５）～ＨＲＣ５６で、衝撃値が約３０Ｊ／ｃｍ２を上回っており、機械的強度と靭性とを両立し得ることが分かる。
　図７は、マンガンボロン鋼鋼材の炭素量と衝撃値との相関を示す図である。
　また、図７に示すように、マンガンボロン鋼鋼材における衝撃値は、各供試材の炭素量（質量％）に対して負の相関を示しており、靭性が主として炭素量に依存していることが分かる。そして、マンガンボロン鋼鋼材である供試材１～供試材８の衝撃値は、供試材９において認められた衝撃値（３０Ｊ／ｃｍ２）の値を、炭素量が０．３９質量％以下の範囲で上回っている（図中に破線で示す）。よって、車両用スタビライザの材料としては、炭素量が０．３９質量％以下のマンガンボロン鋼が好適であると認められる。
　次に、実施例１－１～実施例１－３に係る車両用スタビライザを製造し、耐久性について評価を行った。また、対照として、比較例１に係る車両用スタビライザを製造し、併せて評価を行った。
［実施例１－１］
　実施例１－１に係る車両用スタビライザは、表１に示す供試材１を材料とし、冷間曲げ加工を施す成形工程Ｓ３０と、水焼入れを施す焼入れ工程Ｓ４０とを経て、焼戻しを施すこと無く製造した。なお、車両用スタビライザの径は２３ｍｍとした。
［実施例１－２］
　実施例１－２に係る車両用スタビライザは、材料を表１に示す供試材４に代えた点を除いて、実施例１－１と同様にして製造した。
［実施例１－３］
　実施例１－３に係る車両用スタビライザは、成形工程Ｓ３０を熱間曲げ加工に代えた点を除いて、実施例１－１と同様にして製造した。
［比較例１］
　比較例１に係る車両用スタビライザは、表１に示す供試材９を材料とし、油焼入れ後に焼戻しを施して製造した。なお、車両用スタビライザの径は２３ｍｍとした。
　そして、製造した各車両用スタビライザについて耐久試験を行った。耐久試験では、車両用スタビライザの両端を固定し、所定繰返し応力を負荷して、両振りの疲労限度（疲労強度）を求めた。
　図８は、実施例に係る車両用スタビライザのＳ－Ｎ線図である。
　図８に示すように、実施例１－１～実施例１－３に係る車両用スタビライザでは、実線で示す比較例１に係る車両用スタビライザと比較して、いずれも耐久性が向上していることが分かる。また、実施例１－１に係る車両用スタビライザ（◆）と実施例１－３に係る車両用スタビライザ（◇）とでは、疲労限度が同等となっており、熱間曲げ成形及び冷間曲げ成形のいずれも採用し得ることが認められる。
　次に、実施例２－１～実施例２－４に係る車両用スタビライザを製造し、表面残留応力について評価を行った。また、比較対照するため、比較例２－１～比較例２－２に係る車両用スタビライザを製造し、併せて評価を行った。
［実施例２－１］
　実施例２－１に係る車両用スタビライザは、表１に示す供試材１を材料とし、成形工程Ｓ３０と、水焼入れを施す焼入れ工程Ｓ４０とを経て、ショットピーニング（表面加工工程Ｓ５０）を施すこと無く製造した。
［実施例２－２］
　実施例２－２に係る車両用スタビライザは、材料を表１に示す供試材４に代えた点を除いて、実施例２－１と同様にして製造した。
［実施例２－３］
　実施例２－３に係る車両用スタビライザは、表１に示す供試材１を材料とし、成形工程Ｓ３０と、水焼入れを施す焼入れ工程Ｓ４０と、ショットピーニングを施す表面加工工程Ｓ５０とを経て製造した。
［実施例２－４］
　実施例２－４に係る車両用スタビライザは、材料を表１に示す供試材４に代えた点を除いて、実施例２－３と同様にして製造した。
［比較例２－１］
　比較例２－１に係る車両用スタビライザは、表１に示す供試材９を材料とし、油焼入れ後に焼戻し及びショットピーニングを施すこと無く製造した。
［比較例２－２］
　比較例２－２に係る車両用スタビライザは、表１に示す供試材９を材料とし、油焼入れ後に焼戻しとショットピーニングとを施して製造した。
＜圧縮残留応力＞
　図９Ａは、ショットピーニングを施すこと無く製造した実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。図９Ｂは、ショットピーニングを施すこと無く製造した比較例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。
　図１０Ａは、ショットピーニングを施して製造した実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。図１０Ｂは、ショットピーニングを施して製造した比較例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力の測定結果を示す図である。
　図９Ａ、図９Ｂ及び図１０Ａ、図１０Ｂにおいて、縦軸は、残留応力（ＭＰａ）を示す。（－）側が（圧縮）残留応力、（＋）側が（引張）残留応力である。図９Ａに示すように、実施例２－１及び実施例２－２では、比較例の図９Ｂに比べ、焼戻しとショットピーニングとを施していないにも関わらず、表面から深い分布で圧縮残留応力が生成していることが分かる。詳細には、圧縮残留応力が引張残留応力に変わるクロッシングポイントが、表面から少なくとも０．８ｍｍ以上の深さにある。そして、表面から０．８ｍｍの深さまで１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力（無負荷時における圧縮残留応力）が認められる。
　一方、実施例２－１、２－２では、比較例の図９Ｂの（圧縮）残留応力が０である表面から０．４２ｍｍの深さにおける圧縮残留応力（無負荷時における圧縮残留応力）が、２００ＭＰａ以上、表面から１．０ｍｍの深さにおける圧縮残留応力（無負荷時における圧縮残留応力）が、１５０ＭＰａ以上にそれぞれ及んでいる。
　また、残留応力が比較的大きくなっており、冷却速度が速い焼入れを施してさえいれば、図１０Ｂの比較例のショットピーニングを施した車両用スタビライザの表面残留応力を参照して、ショットピーニングの実施を省略したとしても有効な圧縮残留応力を付与し得ることが分かる。詳細には、実施例の図９Ａを参照すると、比較例の図１０Ｂの（圧縮）残留応力が０となる表面から０．４２ｍｍの深さにおける圧縮残留応力（無負荷時における圧縮残留応力）が２００ＭＰａ以上ある。
　また、表面から０．８ｍｍの深さまでの圧縮残留応力が、１５０ＭＰａ以上ある。また、表面から１．０ｍｍの深さにおける圧縮残留応力（無負荷時における圧縮残留応力）が１５０ＭＰａ以上にそれぞれ及んでいる。これに対して、比較例２－１（図９Ｂ参照）では、引張残留応力が分布しており、油焼入れでは、熱応力による表面残留応力の生成が優位になり難いと認められる。
　他方、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、ショットピーニングを施した実施例２－３及び実施例２－４（図１０Ａ参照）では、実施例２－１及び実施例２－２（図９Ａ参照）と比較して、表面側の圧縮残留応力が更に増強されていることが分かる。これに対して、比較例２－２（図１０Ｂ参照）では、油焼戻し及びショットピーニングが施されることによって、表面側の圧縮残留応力が増強されていることは認められるものの、圧縮残留応力の分布は表面側（図１０Ｂに示す表面から０．４２ｍｍ以下）に留まっている。そのため、比較例の車両用スタビライザでは、成長した腐食ピットの底部近傍を起点とした割れが伝播し易く、十分な疲労強度や耐食性が得られない可能性がある。
　前記したように、腐食耐久性に関わる要因である腐食ピット深さが、大きいもので０．４ｍｍになる場合があり、比較例２－２のショットピーニングを施した車両用スタビライザでも、疲労強度や耐食性が不充分となるおそれがある（図１０Ｂ参照）。
＜表面残留応力とマンガンボロン鋼鋼材の炭素量及び径＞
　次に、表面残留応力とマンガンボロン鋼鋼材の炭素量及び径との相関の解析を行った。
　マンガンボロン鋼鋼材の表面残留応力は、炭素量が互いに異なる供試材１、２、６、７、８を材料としてそれぞれ使用し、成形工程Ｓ３０と、水焼入れを施す焼入れ工程Ｓ４０とを経て、焼戻しを施すこと無く製造した車両用スタビライザ半製品について計測した。なお、各半製品の径は、２１ｍｍ～２５ｍｍの範囲に揃えた。また、表面残留応力と径との相関は、各径（直径）において発生し得る表面残留応力を、水焼入れを施して製造した場合（水冷）と、油焼入れを施して製造した場合（油冷）とについてシミュレーションによって推定した。
　図１１Ａは、実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力と鋼材の炭素量との関係を示す図である。図１１Ｂは、実施例に係る車両用スタビライザにおける表面残留応力と鋼材の径との関係を示す図である。
　図１１Ａに示すように、水焼入れを施すことによって表面に付与される圧縮残留応力は、炭素量が低いほど大きく、炭素量が高いほど低下することが分かる。よって、炭素量が低いマンガンボロン鋼鋼材を使用して車両用スタビライザを製造する場合には、ショットピーニングの実施を省略しても、高い疲労強度や耐食性を有する車両用スタビライザを製造し得るといえる。また、図１１Ｂに示すように、油焼入れでは引張残留応力が生成されるのに対して、水焼入れでは圧縮残留応力が生成されており、その応力値は、径２０ｍｍ～３０ｍｍの範囲においては、十分な大きさ（３００ＭＰａ程度以上）に達することが確認できる。
＜車両用スタビライザ１の耐食性＞
　次に、低炭素量のマンガンボロン鋼鋼材を材料とし、水焼入れを施して製造される車両用スタビライザの耐食性を評価した。
　耐食性試験の試料としては、供試材１を材料として使用し、成形工程Ｓ３０と、水焼入れを施す焼入れ工程Ｓ４０とを経て、焼戻しを施すこと無く製造した車両用スタビライザ半製品（試料１－１）を供した。また、対照として、従来のばね鋼鋼材である供試材９を材料とし、油焼入れを施した後、焼戻しを施した車両用スタビライザ半製品（試料１－２）を供した。なお、径は、いずれも１４ｍｍとした。
　耐食性試験は、サイクル試験（ＣＣＴＩ）とし、直径１０ｍｍ×長さ５０ｍｍの範囲を被腐食面として残してマスキングした各試料を使用して、３５℃で４時間の塩水噴霧（ＮａＣｌ濃度５％）、６０℃で２時間の乾燥処理、５０℃且つ９５％ＲＨで２時間の湿潤処理からなるサイクルを繰り返して腐食減量の測定を行った。なお、腐食減量は、試験前重量と試験後重量との差分を被腐食面の面積で除算して求めた。
　図１２は、耐食性試験の結果を示す図である。
　図１２に示すように、低炭素量のマンガンボロン鋼鋼材を材料とし、水焼入れを施した試料１－２では、従来のばね鋼鋼材を材料とし、油焼入れを施した後、焼戻しを施した試料１－２と比較して、耐食性が向上していることが分かる。試料１－２では、焼戻しにより、トルースタイトないしソルバイトが生成しているために、低炭素量のマルテンサイト組織を有する試料１－１と比較して、腐食速度が増大しているものと認められる。
＜車両用スタビライザ１の疲労き裂＞
　次に、低炭素量のマンガンボロン鋼鋼材を材料とし、水焼入れを施して製造される車両用スタビライザの疲労き裂の進展性を評価した。
　破壊靭性試験の試料としては、従来のばね鋼鋼材である供試材９を材料とし、油焼入れを施した後、焼戻しを施した車両用スタビライザの半製品（試料２－１）と、供試材１を材料として使用し、成形工程Ｓ３０と、水焼入れを施す焼入れ工程Ｓ４０とを経て、焼戻しを施すこと無く製造した車両用スタビライザの半製品（試料２－２）とを供した。なお、試料２－１の硬さは４２．７（ＨＲＣ）、試料２－２の硬さは４５．８（ＨＲＣ）とした。
　図１３は、疲労き裂の進展性を解析した結果を示す図である。
　図１３において、縦軸は、疲労き裂伝播速度ｄａ／ｄＮ（ｍｍ／cycle）、横軸は、応力拡大係数範囲ΔＫ（ｋｇｆ／ｍｍ３／２）を示す。×のプロットは試料２－１、▲のプロットは試料２－２、◆のプロットは参考例１（ＳＵＰ７（ＨＲＣ４６．５）の既報値）、■のプロットは参考例２（ＳＵＰ７（ＨＲＣ６１．０）の既報値）である。
　図１３に示すように、試料２－２の疲労き裂伝播速度は、試料２－１の１／１０～１／１００程度であり、従来のばね鋼鋼材である参考例１や参考例２等と比較しても、靭性が良好であることが分かる。また、破壊靭性値（Ｋｃ）を求めたところ、試料２－２のＫｃは、試料２－１の約１．６倍に達しており、疲労耐久性も良好であることが認められた。
＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記実施形態では、水と同等以上又は水に近い熱伝達率を有する水性の冷却剤を用いる場合を例示して説明したが、焼き入れ対象を急冷でき、説明した機械的強度、強靭性等の所定の性能が車両用スタビライザ１に得られれば、媒体の種類は特に制限されない。例えば、氷、有機溶剤、熱伝達率が大きい液体や固体などを含む水や油であってよい。なお、媒体とは液体、固体を含む液体などその相は特に限定されない。
２．前記実施形態では、車両用スタビライザ１の原材として、質量％で、Ｃ：０．１５％以上０．３９％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．４０％以下、Ｍｎ：０．５０％以上１．７０％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００３％以下を必須元素として含有し、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０４０％以下であり、任意添加元素として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎ、Ｃａ及びＰｂからなる群より選択される少なくとも一種以上の元素をそれぞれ１．２０％以下の範囲で含有し得ると共に、残部が、Ｆｅと不可避的不純物である棒鋼材を用いる場合を例示して説明したが、車両用スタビライザ１に説明した機械的強度、強靭性等の所定の性能が得られれば、車両用スタビライザ１の原材として、Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む棒鋼材でもよい。または、質量％で、Ｃ：０．１５％以上０．３９％以下、Ｍｎ：０．５０％以上１．７０％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００３％以下、およびＦｅを少なくとも含む棒鋼材を用いてもよい。
３．前記実施形態で説明した曲げ加工が施された前記棒鋼材をオーステナイト化後、下部臨界冷却速度以上で焼入れを施す焼入れは、例えば冷たい空気等の気体を、曲げ加工が施された棒鋼材に噴きつけることにより冷却して行ってもよい。
４．前記実施形態では、中実の車両用スタビライザ１を用いる場合を例示して説明したが、パイプ状の中空のスタビライザを製作する場合に本発明を適用してもよい。
５．前記実施形態では、様々な構成を説明したが、各構成を選択したり、各構成を適宜選択して組み合わせて構成してもよい。
６．前記実施形態は、本発明の一例を説明したものであり、本発明は、特許請求の範囲内または実施形態で説明した範囲において、様々な具体的な変形形態が可能である。
１　　　スタビライザ(車両用スタビライザ)
１ａ　　トーション部
ｃｐ　　クロッシングポイント
Ｓ３０　成形工程
Ｓ４０　焼入れ工程

Claims (16)

  1. 　中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザであって、
    　車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部の直径が１０～３２ｍｍであり、
    　Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、その金属組織の９０％以上にマルテンサイト組織を有する
    　ことを特徴とするスタビライザ。
  2. 　中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザであって、
    　車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部の直径が１０～３２ｍｍであり、
    　Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、主相がマルテンサイトである金属組織を有し、
    　焼き入れ後に焼き戻しまたはショットピーニングの少なくとも何れかが施されていない
    　ことを特徴とするスタビライザ。
  3. 　圧縮残留応力が表面から少なくとも０．８ｍｍの深さにわたって存在する
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタビライザ。
  4. 　中実構造の金属棒を用いて形成され、左右の車輪の変位を抑えるためのスタビライザであって、
    　車幅方向に延びて設けられ、ねじり変形するトーション部の直径が１０～３２ｍｍであり、
    　Ｃ：０．１５質量％以上０．３９質量％以下、Ｍｎ、Ｂ、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有すると共に、主相がマルテンサイトである金属組織を有し、
    　前記スタビライザの表面近くに圧縮残留応力が付与されており、
    　前記圧縮残留応力が引張残留応力に変わるクロッシングポイントが、前記表面から０．８ｍｍよりも深いところにある
    　ことを特徴とするスタビライザ。
  5. 　無負荷時において、前記表面から０．８ｍｍの深さまでの圧縮残留応力が、１５０ＭＰａ以上ある
    　ことを特徴とする請求項４に記載のスタビライザ。
  6. 　ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が４４．５以上、かつ、室温におけるシャルピー衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ２以上である
    　ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  7. 　前記スタビライザは、金属組織の９０％以上にマルテンサイト組織を有する
    　ことを特徴とする請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  8. 　前記スタビライザは、焼き戻しおよびショットピーニングが施されていない
    　ことを特徴とする請求項１、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  9. 　前記スタビライザは、焼き戻しは施されず、かつ、ショットピーニングが施されている
    　ことを特徴とする請求項１、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  10. 　質量％で、Ｃ：０．１５％以上０．３９％以下、Ｍｎ：０．５０％以上１．７０％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００３％以下、およびＦｅを少なくとも含む化学組成を有する
    　ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  11. 　質量％で、Ｃ：０．１５％以上０．３９％以下、Ｓｉ：０．０５％以上０．４０％以下、Ｍｎ：０．５０％以上１．７０％以下、Ｂ：０．０００５％以上０．００３％以下を必須元素として含有し、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０４０％以下であり、任意添加元素として、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎ、Ｃａ及びＰｂからなる群より選択される少なくとも一種以上の元素をそれぞれ１．２０％以下の範囲で含有し得ると共に、残部に、Ｆｅと不可避的不純物を含む
    　　ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  12. 　前記スタビライザは、Standard　American　Engineering　規格の１５Ｂ２３相当鋼または１５Ｂ２６相当鋼を用いて形成される
    　ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  13. 　前記スタビライザは、
    　水と同等以上または水に近い熱伝達率を有する媒体による焼入れが施されている
    　ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ。
  14. 　前記媒体は、水である
    　ことを特徴とする請求項１３に記載のスタビライザ。
  15. 　前記スタビライザは、
    　曲げ加工が施されオーステナイト化後、下部臨界冷却速度以上で焼入れが施されている
    　ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、および請求項５のうちのいずれか一項に記載のスタビライザ
  16. 　前記焼入れは、気体または液体を用いて行われている
    　ことを特徴とする請求項１５に記載のスタビライザ。
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