(57)【要約】  −鉄並びに−クロム１０．５〜１３質量％−炭素０．００５〜０．３質量％−硫黄最大で０．０１５質量％−ケイ素０．２〜１質量％−マンガン０．２〜１質量％の組成を有する防錆性鋼からなるボールピン又はボールブッシュ。
2010513713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の組成
−鉄並びに
−クロム１０．５〜１３質量％
−炭素０．００５〜０．３質量％
−硫黄最大で０．０１５質量％
−ケイ素０．２〜１質量％
−マンガン０．２〜１質量％
を有する防錆性鋼からなるボールピン又はボールブッシュ。
【請求項２】
炭素含有量が０．００５〜０．０２質量％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項３】
質量％でのクロム含有量が１１．５質量％＋１０×（炭素に関する含有量、質量％で）〜１２質量％＋２０×（炭素に関する含有量、質量％で）の範囲内にあることを特徴とする、請求項１又は２記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項４】
最大で０．０６質量％のアルミニウムが含有されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項５】
更に最大で１％のニッケルが含有されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項６】
更に１種以上の以下の元素：
−リン最大で０．０５質量％
−銅最大で０．５質量％
−コバルト最大で０．５質量％
−チタン最大で０．２質量％
−モリブデン最大で０．５質量％
−ニオブ最大で０．０１質量％
−ホウ素最大で０．０１質量％
−バナジウム最大で０．２質量％
−窒素最大で０．１質量％
が含有されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項７】
ボールピン又はボールブッシュが、フェライト−マルテンサイト組織構造を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項８】
ボールピン又はボールブッシュがDIN 50021による中性の塩吹付け試験において７２０時間後に赤錆を示さないことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のボールピン又はボールブッシュ。
【請求項９】
少なくとも以下の工程：
−鋼の溶融
−鋼のブロック−又はストランド鋳造物への鋳造
−熱間圧延
−冷間延伸
−機械加工
を含む請求項１から８までのいずれか１項に定義された組成を有する防錆性鋼からのボールピン又はボールブッシュを製造する方法。
【請求項１０】
熱間圧延後に球状のセメンタイトでの延伸（ＧＫＺ）を行わないことを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
線材からのブランクのプレス処理を多工程のプレス処理において行うことを特徴とする、請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
プレス処理後に熱処理を行わないことを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
熱間圧延の後に、この強度の調整のために＞５％の冷間延伸を行うことを特徴とする、請求項９から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
熱間圧延後の冷却が＞１Ｋ／ｓであり、この結果、ＩＳＯ−Ｖ試料に対するこのノッチ付き衝撃強さ仕事が０℃で＞２００ジュールであることを特徴とする、請求項９から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
粒度が、ASTM E 112-96又はDIN EN ISO 643に応じたＶＩＩよりもより微細であることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
ボールピン又はボールブッシュを製造するための
以下の組成：
−鉄並びに
−クロム１０．５〜１３質量％
−炭素０．００５〜０．３質量％
−硫黄最大で０．０１５質量％
−ケイ素０．２〜１質量％
−マンガン０．２〜１．０質量％
を有する防錆性鋼の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
本発明は、ボールピン及びボールブッシュ並びにその製造方法に関する。
【０００２】
ボールピン及びボールブッシュは、例えば自動車のステアリングリンケージ、プル−及びスラストストラット、アーム及びタイロッドにおいて使用される。この際、このボール及びボールブッシュは、極めて寸法安定性であり、かつ、更に高い表面品質を有しなくてはならない。
【０００３】
ボールピン及びボールブッシュに関する基礎となる情報は、例えば、 DE 10 2005 019 559 A1 及び DE 100 23 602 C2から取り出すことができる。
【０００４】
乗用車のためのボールピンは技術水準によれば通常は、４１Ｃｒ４又は４２ＣｒＭｏ４の熱処理鋼（Verguetungsstaehl）からなる。この鋼は溶鉱（erschmelzen）され、ストランドにおいてビレットへと鋳造される。このビレットは次いで１０ｍｍ〜３０ｍｍの直径範囲の圧延線材へと熱間圧延される。これにより、この線材からは多工程のプレス処理においてボールピンが製造されることができ、この圧延線材は球状のセメンタイト（Zemenit）上で灼熱されなくてはならない（球状セメンタイト上での灼熱＝ＧＫＺ）。このために、この圧延線材は酸洗いされ、ホスファート浴中で被覆され、延伸され、再結晶性に灼熱され、新たに酸洗い及びホスファート化される。引き続き、狭い寛容性を有する終直径への線材の延伸が行われる。多工程のプレス処理において、この延伸された線材からボールピンプレス加工品が製造される。この所望される強度の調節のために、このボールピンプレス加工品は熱処理されなくてはならない。このプレス加工品は約９００℃に加熱され（オーステナイト化）、迅速に水又は油中で焼き入れされ（硬化）、更に５００℃〜６００℃の温度に加熱される（焼きもどし）。このボールピンの機械による又は機械によらない加工は引き続き行われる。ボールブッシュの製造のためには相応したことが当てはまる。ボールピン及びボールブッシュは無論、他の様式でも製造できる。
【０００５】
ボールピン及びボールブッシュが腐食保護されていることが望ましい場合には、これは、製造及び場合により引き続く研磨後にニトロカーボン化される。この際、炭素及び窒素がこの周辺層中へと拡散する。これにより、この鋼の外側領域は硬質になり、消耗し、腐食抵抗性になる。この腐食抵抗性はDIN 50021（DIN =ドイツ国工業規格）に応じた中性の塩吹付け試験において、ねじ部領域のために通常は９６時間、他の領域のために通常は４８０時間である。このニトロカーボン化は別個の、しばしば空間的にも別個の工程において、このボールピン及びボールブッシュの製造後実施される。この際、特に輸送の際には、このボールピンの表面が損なわれないように気をつける必要があり、というのは、さもなければ、この達成される腐食保護が減少し、この寸法安定性が損なわれるからである。このニトロ化はバッチ式に行われるので、ボールピン及びボールブッシュのこの個々の装入物も被覆後に手間をかけて腐食抵抗性について試験されなくてはならない。
【０００６】
本発明の課題は、この技術水準の前述の欠点を克服すること、特に、ニトロカーボン化／被覆の手間のかかる工程を断念し、この腐食抵抗性を維持するか又は延長化することであった。
【０００７】
このボールピン又はボールブッシュが以下の組成：
−鉄並びに
−クロム１０．５〜１３質量％
−炭素０．００５〜０．３質量％
−硫黄最大で０．０１５質量％
−ケイ素０．２〜１質量％
−マンガン０．２〜１．０質量％。（質量％との略称は、質量パーセントを意味する） 
を有する防錆性鋼から製造される場合にこのニトロカーボン化が断念できることが見出された。
【０００８】
本発明によるボールピン又はボールブッシュは、別個の被覆工程の断念にもかかわらず、技術水準のニトロ化されたボールピン又はボールブッシュと少なくとも同じレベルにある腐食抵抗時間を示し、しかしながら、このために、別個の被覆方法、特にニトロカーボン化は必要ではないものである。有利にはこの腐食抵抗時間は、顕著により高い。
【０００９】
つまり、本発明により、防錆性鋼が使用され、即ち、少なくとも５０％鉄を含有し、かつ、この場合のクロム含有量が１０．５〜１３質量％である鋼が使用される。根本的に、極めて腐食抵抗性である鋼も公知であり、これは、顕著により高いクロム含有量を有する。しかしながらこの鋼は、極めて高価であり、従って、大量生産品には適さない。
【００１０】
本発明による材料は、更に、０．００５〜０．３質量％の範囲内の炭素割合を有する。有利には、炭素に関するこの含有量は、最大で０．１質量％、更に有利には最大で０．０２質量％である。炭素に関するより少ない含有量は、鋼のより良好な変形性を生じる。
【００１１】
コストの理由から、クロムに関する含有量は可能なかぎり少ない。有利にはクロム含有量は、炭素含有量に依存して選択される。クロム含有量のための有利な範囲は、以下のように算出される：
質量％でのクロム含有量＝１１．５質量％＋１０×（炭素に関する含有量、質量％で）〜１２質量％＋２０×（炭素に関する含有量、質量％で）。
【００１２】
硫黄に関する含有量は、最大で０．０１５質量％であり、その際、最大で０．００７質量％の含有量が有利である。
【００１３】
更に、この材料は、０．２〜１質量％、有利には０．６〜０．８質量％のケイ素、並びに、０．２〜１質量％、有利には０．３〜０．５質量％のマンガンを含有する。
【００１４】
無論、この防錆性鋼は、更なる合金元素をより多い量で又はより少ない量で含有できる。製造に条件付けられて、更なる合金成分を含有することが通常である。
【００１５】
有利には、このボールピン又はボールブッシュは、最大で０．０６質量％のアルミニウムを含有する。
【００１６】
更なる一実施態様において、このボールピン又はボールブッシュは最大で１質量％、有利には最大で０．５質量％のニッケルを含有する。
【００１７】
１種以上の以下の元素：
−リン最大で０．０５質量％
−銅最大で０．５質量％
−コバルト最大で０．５質量％
−チタン最大で０．２質量％
−モリブデン最大で０．５質量％
−ニオブ最大で０．０１質量％
−ホウ素最大で０．０１質量％
−バナジウム最大で０．２質量％
−窒素最大で０．１質量％
が含有されていることが可能である。
【００１８】
このボールピン又はボールブッシュは、有利には、フェライト−マルテンサイト組織構造を有する。これは、この鋼が鋳造により再加熱される場合に生じ、この結果、オーステナイトの形成を増加させる。圧延線材へのこの鋼の熱間圧延後の冷却の際に、これは、正方晶系−ひずまされた格子を生じる；冷却が迅速なほど、多くのマルテンサイトが生じる。有利には、マルテンサイト構造の割合は５〜２５質量％である。
【００１９】
ボールピン又はボールブッシュが、DIN 50021に応じた中性の塩吹付け試験において７２０時間後に赤錆を示さないことが判明した。本発明により使用される材料の典型的な更なる特性は次のとおりである：
−５〜５０％のカリブレーション後にＲｍ＞８５０ＭＰａの高い強度、
−極めて高い靱性（ＩＳＯ−Ｖ−試料に対するノッチ付き衝撃性として測定）。
【００２０】
意外にも、この原材料は、とりたてて硫黄を含有しないにもかかわらず、これまでに使用された原材料と同じくらい良好に機械加工されることが示された。この加工工具の耐用時間は、それどころかこれまでに使用された材料に比較していくらか長い。この実施例中で試験された本発明による鋼は、０．００２質量％の硫黄含有量しか有しない。これまでに使用された原材料（４１Ｃｒ４＋ＱＴ、９００ＭＰａで熱処理）は、これに対して、０．０２〜０．０４質量％の硫黄含有量を有する。この両方の鋼は、同じ強度レベルを有する。
【００２１】
本発明の主題は、更に、特許請求の範囲に定義した組成を有する防錆性鋼からなるボールピン又はボールブッシュの製造方法である。当業者にとって意外にも、ボールピン及びボールブッシュは、線材の手間のかかるＧＫＺ処理無しでも、多工程のプレス処理においてプレスされることが示された。この高価かつ手間のかかるＧＫＺ処理は断念できる。更に当業者にとって意外であったことに、この構成部材はプレス処理後に、そのほかは熱処理された熱処理された構成部材のみと同じくらい高い強度を有する。本発明による鋼の使用の際には、従って、高価かつ手間のかかる熱処理が断念されることができる。この方法は、少なくとも次の工程：
−鋼の溶融
−鋼のブロック−又はストランド鋳造物への鋳造
−熱間圧延
−冷間延伸
−機械加工
を含む。
【００２２】
有利には、ボールピン−又はボールブッシュ−ブランク製造は、多工程の冷間変形方法により行われ、この方法においては、線材からブランクがプレス処理される。有利には、この熱間圧延後に、強度の調節のために＞５％の冷間延伸が行われる。
【００２３】
更に、この線材の冷却が熱間圧延後に＞１Ｋ／ｓ（１秒間あたりのケルビン）でもって行われることが有利である。ここからは、ＩＳＯ−Ｖ−試料に対するノッチ付き衝撃仕事が０℃で＞２００Ｊ（ジュール）であることが判明した。
【００２４】
本発明の主題は更に、以下の組成：
−鉄並びに
−クロム１０．５〜１３質量％
−炭素０．００５〜０．３質量％
−硫黄最大で０．０１５質量％
−ケイ素０．２〜１質量％
−マンガン０．２〜１．０質量％
を有する防錆性鋼のボールピン又はボールブッシュの製造のための使用である。
【００２５】
このようなボールピン及びボールブッシュは、特に車両製造における使用に適する。
【００２６】
車両製造においては、例えば、ステアリングリンケージ、プル−及びスラストストラット、カップリングロッド又はスタビライザ接続、２点及び３点アーム及びタイロッドにおいて使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、ねじ部５を有するシャフト部３を含むボールピン２及びボール頭部４及びボールシェル６を有する球状ジョイント１を図式により示す。
【図２】図２は、本発明により製造されたボールピンを通じた断面図を示す。
【図３】図３は、塩吹付け試験後の本発明により使用された材料からの切削されたロッド（gedrehte Staebe）を示す。
【図４】図４は、ＩＳＯ−Ｖ−試料に対するノッチ付き衝撃仕事を示す。
【図５】図５は、圧延線材から取り出された円柱状試料の流動応力を示す。
【図６】図６は、引張試験において算出された機械的特性値を示す。
【図７】図７は、切削の際に様々な加工パラメーターで生じる切りくずを示す。
【００２８】
本発明は、以下の実施例により詳説される：
実施例１
以下の組成を有した合金を製造した：
クロム  １２．２０質量％
炭素  ０．０１質量％
硫黄  ０．００１質量％
ケイ素  ０．７７質量％
マンガン  ０．３８質量％
リン  ０．０２質量％
ニッケル  ０．５９質量％
モリブデン  ０．０１質量％
アルミニウム  ０．０１質量％
銅  ０．１質量％
窒素  ０．０２質量％。
【００２９】
実施例２
以下の組成を有した合金を製造した：
鉄
クロム  １２．１６質量％
炭素  ０．００８質量％
硫黄  ０．００２質量％
ケイ素  ０．７３質量％
マンガン  ０．４３質量％
リン  ０．００５質量％
ニッケル  ０．４９質量％
モリブデン  ０．０１質量％
アルミニウム  ０．００２質量％
銅  ０．１質量％
窒素  ０．０３質量％。
【００３０】
実施例３
図２は、本発明によるボールピンを通じた断面図を示す。このマクロエッチングにより、流動線が可視可能になっている。ボールピンブランクは、多工程の冷間変形手順を通じて、カリブレーションされた線材から直接的にプレス処理された（abpressen）。このプレス後に、このブランクの機械加工を、引き続くねじ転造を用いて行う。このプレス後に、部材は調質又は熱処理されていない。冷間変形により、この部材中で引張強さ８６６ＭＰａ〜１０４６ＭＰａが生じる。この引張強さ分布は、熱処理された部材とは異なり、方法に依存して不均質である。この引張強さは、硬度値から再評価されている。ニトロ化された標準原材料の引張強さは、約８２０ＭＰａの値を達成する。
【００３１】
実施例４
実施例１及び２に応じた合金を、DIN 50021に応じた塩吹付け試験に課した。７２０時間後に、下側でわずかな飛行錆（Flugrost）が形成されたのみであった。
【００３２】
図３は、DIN 50021による中性の塩吹付け試験において７２０時間後の実施例２に応じた本発明により使用された鋼から切削されたロッドを示す。この際、このロッド下側では単に飛行錆形成に基づくわずかな赤錆を示す。１００１は、内部試験数である。圧延されたねじも４８０時間にわたる腐食抵抗性を中性の塩吹付け試験において有することが示された。
【００３３】
実施例５
引き続きノッチ付き衝撃仕事を試験した。図４は、ＩＳＯ−Ｖ試料に対するノッチ付き衝撃仕事を示し、これは２つの異なる圧延線材冷却条件のための試験温度に依存して圧延線材から取り出されたものである。この圧延工程の終わりにこの温度は両方の場合において約１０００℃であった。"硬質冷却"は、１．５Ｋ／ｓよりも大きい冷却速度であり、"軟質冷却"は、０．３Ｋ／ｓよりも小さい冷却速度である。更に、熱処理された状態にある標準原材料４１Ｃｒ４＋ＱＴのノッチ付き衝撃仕事は、参照として一緒に挙げられている。この全体の試験された温度範囲においては、本発明により使用された鋼のノッチ付き衝撃仕事は、標準原材料のものよりも顕著により大きく、かつ、室温で２５０Ｊを超える値を達成する。高いノッチ付き衝撃仕事は、材料の高い靱性と同じ意味合いであり、かつ、走行装置の領域にある安全性が重要である部材のためには不可欠である。
【００３４】
実施例６
引き続き流動応力を試験した。図５は、対数的な変形度（ｐｈｉ）に依存した、圧延線材から取り出された円柱状の試料の流動応力を、パラメーターとしての変形速度（ｐｈｉ（．））と共に示す。
【００３５】
この対数的な変形度は、試料のパーセントの圧縮歪み（Stauchung）（イプシロン）から計算される：ｐｈｉ＝自然対数（１−イプシロン）。
【００３６】
この変形速度は、この対数的な変形度の最初の時間的な差分である。少ない変形度で既に、８００ＭＰａを超える流動応力が生じる。従って、大抵は、強度の調節のためには約１０％の冷却抜き去り（Kaltabzug）で十分である。この変形曲線の長い平坦部は、ボールピンブランクの多工程のプレスの間に部材中での短い極端な硬化（Aufhaertung）を生じることを示す。高い変形速度で平坦部がより長いことが有利である。多工程のプレス処理を大きな能力（時間単位あたりの個数）で作業する場合に、この鋼は高い変形速度でもって変形される。
【００３７】
実施例７
引き続き引張試験を実施した。図６は、引張試験において算出された機械的な特性値、引張強さＲｍ、流動応力Ｒｐ０．２、破断点伸びＡ５及び破断狭窄（Brucheinschnuerung）Ｚを示す。この引張試料は、２個の異なるプレス処理されたボールピンから取り出された。両方の場合において、９００ＭＰａの引張強さが生じる。このボールピンは技術水準によれば、約８２０ＭＰａの引張強さを有する。
【００３８】
実施例８
図７は、切削の際に様々な加工パラメーターで生じる切りくずを示す。本発明による鋼の０．００２質量％と少ない硫黄含量にもかかわらず、ボールピン又はボールブッシュの加工の際にも際だったコイルチップ（Wickelspaene）が生じない。
【図１】
2010513713.tif 000003
【図２】
2010513713.tif 000004
【図３】
2010513713.tif 000005
【図４】
2010513713.tif 000006
【図５】
2010513713.tif 000007
【図６】
2010513713.tif 000008
【図７】
2010513713.tif 000009
【国際調査報告】
2010513713.tif 000010
2010513713.tif 000011
2010513713.tif 000012
2010513713.tif 000013