(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００２〜０．０５％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．０５〜１％、
Ｐ：０．０１１〜０．０２％、
Ｓ：０．０２％以下（０％含む）、
Ｎ：０．００２〜０．００７％
を含有し、更に、
Ｓｏｌ．Ａｌ：３×Ｎ含有量（％）〜０．１％
Ｎｂ：２×Ｎ含有量（％）〜０．０８％
Ｂ：（０．１×Ｐ含有量（％）−０．０００７）〜０．００３％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする低温延性に優れたトーションバー用鋼。
【請求項２】
シートベルト巻き取り装置に使用されるものであることを特徴とする請求項１記載の低温延性に優れたトーションバー用鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシートベルト巻き取り装置においてロードリミッタとして用いられるトーションバーに使用される鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に装備されているシートベルト装置は、衝撃などによって車体に大きな減速速度が働いた場合に、シートベルトで乗員を拘束することにより乗員がシートから飛び出すことを阻止して、乗員を保護している。
【０００３】
ところで、シートベルト巻き取り装置においては、車両衝突時にシートベルトが乗員を拘束するとき、大きな車両減速が生ずるため、乗員が大きな慣性により前方に移動しようとする。このため、シートベルトには大きな荷重がかかるとともに乗員はこのシートベルトから大きな衝撃を受けるようになる。
【０００４】
従って、乗員に作用する衝突エネルギーを吸収するためのエネルギー吸収機構が必要となる。ベルト装着状態での衝突時に、シートベルトにかかる荷重を制限するようにしたシートベルト巻き取り装置が実公昭６１−１１０８５号公報に開示されている。このシートベルト巻き取り装置はトーションバーを備えており、衝突時にベルトの引き出しが阻止されようとすると乗員の前方への慣性移動によりシートベルトに引張力が加えられるのでシートベルト巻き取りシャフトがこのトーションバーのねじれ部をねじりながら回転し、乗員の衝撃エネルギーを吸収する。このトーションバーが所定量ねじれるとシートベルト巻き取りシャフトの回転が阻止されることでシートベルトの引き出しが阻止されて乗員が保護されるとともに、トーションバーのねじれが阻止されて、トーションバーの破断が防止される。
【０００５】
実公昭６１−１１０８５号公報を改善した発明に特開２００１−１６３１７８号公報がある。これはトーションバーに使用される鋼の横断面において、表面部分の硬度を中心部分の硬度より低く製造することによりエネルギー吸収能力を増大させる方法である。更に、トーションバー用鋼を改善したものに特開２００１−１２２０７７号公報がある。従来、トーションバーを形成する鋼はねじれの塑性変形をすることでエネルギーを吸収するため、延性が必要であり、球状化焼鈍することが必要であった。特開２００１−１２２０７７号公報においては、鋼のＣ含有量を０．０４重量％以下にし、ＴｉあるいはＮｂを添加することで、球状化焼鈍せずとも十分なねじれ変形をすることを可能とした。このようにトーションバー用鋼はいくつかの改善がなされ、一定の成果をおさめてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、氷点下温度のような低温域におけるエネルギー吸収量は必ずしも満足とはいえなかった。すなわち、自動車は例えば、氷点下４５℃というような寒冷地でも使用される以上、このような温度でもトーションバーが十分なエネルギー吸収をする必要があり、そのために新たな鋼材開発の必要性が望まれていた。すなわち、低温でも十分な延性を有するトーションバー用鋼を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような課題を解決するために詳細な研究を行なった結果、鋼の成分を最適に調整することにより、低温域でも十分なねじれ変形能を有する鋼が製造できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明がその要旨とするところは、以下のとおりである。
【０００９】
（１）  質量％で、
Ｃ：０．００２〜０．０５％、
Ｓｉ：０．３％以下、
Ｍｎ：０．０５〜１％、
Ｐ：０．０１１〜０．０２％、
Ｓ：０．０２％以下（０％含む）、
Ｎ：０．００２〜０．００７％
を含有し、更に、
Ｓｏｌ．Ａｌ：３×Ｎ含有量（％）〜０．１％、
Ｎｂ：２×Ｎ含有量（％）〜０．０８％、
Ｂ：（０．１×Ｐ含有量（％）−０．０００７）〜０．００３％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする低温延性に優れたトーションバー用鋼。
【００１０】
（２）  シートベルト巻き取り装置に使用されるものであることを特徴とする上記（１）項記載の低温延性に優れたトーションバー用鋼。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
まず、鋼の化学成分を限定した理由について説明する。
【００１２】
Ｃ：０．００２〜０．０５％
トーションバーがねじり塑性変形する際に、十分なエネルギー吸収能を有するためには延性が必要である。Ｃが０．０５％超ではパーライトの分率が多くなり、延性が劣化するので、上限を０．０５％とする。一方、変形抵抗が小さすぎても、吸収エネルギーは小さくなるので、最低限の強度は必要である。Ｃが０．００２％未満になると析出硬化も効かなくなる。従ってＣ量の下限は０．００２％とする。
【００１３】
Ｓｉ：０．３％以下
Ｓｉは加工硬化能の大きい元素である一方、延性を阻害する元素でもある。０．３％超では十分な延性が得られないので上限を０．３％とする。
【００１４】
Ｍｎ：０．０５〜１％
Ｍｎはまず、不純物として含有するＳによる熱間脆性を防止する作用がある。０．０５％未満では熱間脆性が防止できないので、Ｍｎは０．０５％以上とする。一方、Ｍｎは延性の劣化を引き起こす元素であり、１％超では、十分な延性が得られないので上限を１％とする。
【００１５】
Ｓ：０．０２％以下（０％含む）
Ｓは本発明鋼においてプラス効果はもたらさない。熱間脆性の防止、延性を低下する原因となるＭｎＳを低減する意味からもできるだけ少ないほうが良い。０．０２％超では延性が劣化するので、Ｓの上限を０．０２％とする。
【００１６】
Ｓｏｌ．Ａｌ：３×Ｎ含有量（％）〜０．１％
常温においてもまた、低温においても固溶Ｎは延性を阻害する。固溶Ｎを低減するためにはＳｏｌ．Ａｌ量をＮの３倍以上必要であるので、Ｓｏｌ．Ａｌの下限をＮ量の３倍とする。一方、Ａｌが０．１％を超えると、固溶Ｎの低減には十分であり、かつ連続鋳造でのノズル詰まりが激しくなるので、上限を０．１％とする。
【００１７】
Ｎｂ：２×Ｎ含有量（％）〜０．０８％
本発明でにおいて、Ｎｂはふたつの意味を持つ。ひとつは延性に有害な固溶Ｎを十分に低減するためであり、もうひとつは、適度な強度を鋼に与えるためにＮｂ（Ｃ、Ｎ）の析出硬化を利用するためである。ＮｂがＮの２倍未満では、固溶Ｎが増え延性が低下し、かつ析出硬化が得られないので、Ｎｂの下限をＮ量の２倍とする。一方、Ｎｂが０．０８％超ではＮｂ（Ｃ、Ｎ）析出物が転位の移動を阻害し、延性が劣化するので、Ｎｂの上限は０．０８％とする。
【００１８】
Ｎ：０．００２〜０．００７％
Ｎは０．００７％を超えると固溶Ｎが残存し、延性を劣化させるので上限を０．００７％とする。０．００２％未満ではＮｂ（Ｃ、Ｎ）の析出効果が効かなくなる。よって、Ｎの下限は０．００２％とする。
【００１９】
次にＰとＢの成分範囲を、以下のとおりとした理由について説明する。
Ｐ：０．０１１〜０．０２％、かつ、Ｂ：（０．１×Ｐ含有量（％）−０．０００７）〜０．００３％
ＰおよびＢの添加量は本発明において最も重要であるので、詳細に説明する。Ｃ：０．０２％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：０．３％、Ｓ：０．００９％、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３％、Ｎｂ：０．０３％からなる鋼において、Ｐ量を０〜０．０３％、Ｂ量を０〜０．００３５％の範囲で添加量をふった鋼片を１１２０℃に加熱して熱間圧延し、９５０℃で仕上げた後、空冷して１２．１ｍｍφの種々の鋼線を製造した。これを１１．６φに伸線後、１３０ｍｍの長さに切断し、ねじり試験機にセットし、氷点下４５℃の温度まで試験片を冷却した。この試験片を一方向に２．５ｒｐｍの回転速度で連続的にねじり回転させた。破断までのねじり回転数の結果を図１に示す。ここで、６回（すなわち、２１６０度）以上回転してから破断した試料を○印、６回（すなわち、２１６０度）未満の回転で破断した試料を×印で示す。
【００２０】
図１から、Ｐ量が０．００７％以下の場合はＢ添加量０〜０．００３％の範囲に渡って、６回以上回転しなければ破断しないが、Ｐ量が０．００７％超になるとＢを添加しないと６回以上の回転に耐えないこと、更にＰ量が０．０２％超ではＢをいくら添加しても６回未満で破断すること、また、Ｂが０．００３％を超えると６回未満の回転で破断することがわかった。従って、この結果に基づき、Ｐ量が０．０１１％以上の高めである場合を対象とし、
Ｐ：０．０１１〜０．０２％、かつＢ：（０．１×Ｐ含有量（％）−０．０００７）〜０．００３％
を本発明の範囲とする。
【００２１】
構造用鋼などの、Ｃ量の多い鋼においてはＰが靭性を劣化させることは知られているが、極低炭素鋼の氷点下４５℃でのねじり変形において、Ｐが悪影響すること、またＢが改善効果を有することが初めて見出された。この機構は未だ明らかではないが、Ｐが粒界に偏析することで極微量でも低温での延性を劣化させること、およびＢがＰの粒界偏析を防止する役目があるものと推定される。また、Ｂ量が多い場合に早期破断するのは、Ｆｅ23（Ｃ、Ｂ）6の析出による延性の劣化が原因と推定される。
【００２２】
本発明鋼の製造条件については、特に延性を得るために、ＡｌＮとＮｂ（Ｃ、Ｎ）の溶解を極力防止するため、熱間圧延前の加熱温度を１１５０℃以下に制限し、圧延により導入される転位の残存を回避するために、仕上げ温度を８８０℃以上とし、更に、仕上げ圧延後は空冷とするのが好ましい。
【００２３】
以下に本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、これらの実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前記、後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２４】
【実施例】
表１に示す６種類の化学組成の鋼を溶製し、分塊圧延した鋼片を１１００℃に加熱して熱間圧延し、９４０℃で仕上げて空冷し、１２．１ｍｍφの鋼線を製造した。
【００２５】
【表１】
0003978073.tif 000002
【００２６】
これらの鋼線を１１．６φに伸線後、１３０ｍｍの長さに切断し、ねじり試験機にセットした。氷点下４５℃の温度まで試験片を冷却した後、この試験片を一方向に２．５ｒｐｍの回転速度で連続的にねじり回転させた。破断までのねじり回転数の結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
0003978073.tif 000003
【００２８】
試番１〜３は本発明例であり、いずれも氷点下４５℃でのねじり回転数が６回を上回り、十分な延性がある。試番８〜１０は比較例である。試番８は、鋼のＰ量が高く、かつＢを添加していないため、十分な延性が得られなかった例である。試番９、１０はＢの添加量が少ないために十分な延性が得られなかった例である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の結果から、本発明によれば鋼の成分を最適にすることにより、氷点下温度のような低温域においても、ねじり変形の延性が優れたトーションバー用に適した鋼を得ることができる。従って、本発明は産業上の効果が極めて顕著な発明であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】氷点下４５℃まで冷却した棒状試験片のねじり試験での破断までの回転数とＰ量、Ｂ量との関係を示す図である。
【図１】
0003978073.tif 000004