(57)【要約】  本発明は、以下のステップを含む方法によって、冷間成形（２０’、２０’’）によって鋼線（１）から製造されるばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）に関し、方法は：ａ）鋼線（１）を用意するステップと；ｂ）ステップａ）で提供される鋼線（１）を鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）と；ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線（１）を冷却するステップと；ｄ）鋼線（１）を焼入れるステップおよび焼戻すステップであって、Ｉ．加熱するステップ（１７）と、ＩＩ．焼入れるステップ（１８）と、ＩＩＩ．再加熱するステップと、ＩＶ．冷却するステップとを含むステップと；ｅ）ステップｄ）で焼入れられ、焼戻された鋼線（１）を冷間成形温度で冷間成形するステップ（２０’、２０’’）であって、冷間成形温度が鋼線（１）の最低再結晶温度未満の温度であるステップ（２０’、２０’’）と；ｆ）ステップｅ）で冷間成形された鋼線（１）を分離するステップ（２１）とを含み、ステップｃ）で鋼線（１）を冷却するステップにおいて、冷却が、最低再結晶温度未満の温度まで実施されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト微細組織が鋼線（１）の中に発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップを含む方法によって、冷間成形（２０’、２０’’）によって、鋼線（１）から製造されるばね（３’）またはトーションバー（３’’）であって、方法が、
ａ）鋼線（１）を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される前記鋼線（１）を前記鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）であって、前記鋼線（１）が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップ（１２）と、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された前記鋼線（１）を冷却するステップと、
ｄ）前記鋼線（１）を焼戻すステップであって
Ｉ．ステップｃ）で冷却された前記鋼線（１）を少なくとも、前記オーステナイト開始温度に等しい、または前記オーステナイト開始温度を超える硬化温度まで加熱するステップ（１７）と、
ＩＩ．ステップＩ．で少なくとも前記硬化温度まで加熱された前記鋼線（１）を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１８）であって、前記第１の冷却温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップ（１８）と、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で焼入れられた前記鋼線（１）を前記オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＶ．ステップＩＩＩ．で再加熱された前記鋼線（１）を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、前記第２の冷却温度が少なくとも前記第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと、
ｅ）ステップｄ）で焼戻された前記金属線（１）を冷間成形温度で冷間成形するステップ（２０’、２０’’）であって、前記冷間成形温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度である、ステップ（２０’、２０’’）と、
ｆ）ステップｅ）で冷間成形された前記鋼線（１）を分離するステップ（２１）と
を含み、
ステップｃ）で前記鋼線（１）を前記最低再結晶温度未満の温度まで冷却するステップによって、前記鋼線（１）が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が前記鋼線（１）内に確立されることを特徴とする、ばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
【請求項２】
ステップｅ）およびｆ）の順番が、所望であることを特徴とする、請求項１に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
【請求項３】
ステップｂ）で前記熱機械成形するステップが、前記オーステナイト開始温度に等しい温度、または前記オーステナイト開始温度より高い温度で、好適には前記オーステナイト終了温度に等しい温度、または前記オーステナイト終了温度より高い温度で、より好適には、前記オーステナイト終了温度から前記オーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲で実行されることを特徴とする、請求項１および２のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
【請求項４】
ステップｃ）で前記鋼線を前記冷却するステップが、少なくとも前記最低再結晶温度未満の温度、好適には２００℃の温度未満、より好適には５０℃の温度未満まで実行されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のばね（３’）またはトーションバー（３’’）。
【請求項５】
ばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造する方法であって、
ａ）鋼線（１）を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される前記鋼線（１）を前記鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）であって、前記鋼線（１）が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップ（１２）と、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された前記鋼線（１）を冷却するステップと、
ｄ）前記鋼線（１）を焼戻すステップであって
Ｉ．ステップｃ）で冷却された前記鋼線（１）を少なくとも、前記オーステナイト開始温度に等しい、または前記オーステナイト開始温度を超える硬化温度まで加熱するステップ（１７）と、
ＩＩ．ステップＩ．で少なくとも前記硬化温度まで加熱された前記鋼線（１）を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１８）であって、前記第１の冷却温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップ（１８）と、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で焼入れられた前記鋼線（１）を前記オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＶ．ステップＩＩＩ．で再加熱された前記鋼線（１）を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、前記第２の冷却温度が少なくとも前記第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと、
ｅ）ステップｄ）で焼戻された前記金属線（１）を冷間成形温度で冷間成形するステップ（２０’、２０’’）であって、前記冷間成形温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度である、ステップ（２０’、２０’’）と、
ｆ）ステップｅ）で冷間成形された前記鋼線（１）を分離するステップ（２１）と
を含み、
ステップｃ）で前記鋼線（１）を前記最低再結晶温度未満の温度まで冷却するステップによって、前記鋼線（１）が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が前記鋼線（１）内に確立されることを特徴とする、ばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造する方法。
【請求項６】
ステップｅ）およびｆ）の順番が、所望であることを特徴とする、請求項５に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項７】
ステップｂ）で前記熱機械成形するステップが、前記オーステナイト開始温度に等しい温度、または前記オーステナイト開始温度より高い温度で、好適には前記オーステナイト終了温度に等しい温度、または前記オーステナイト終了温度より高い温度で、より好適には、前記オーステナイト終了温度から前記オーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲で実行されることを特徴とする、請求項５または６のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項８】
ステップｃ）で前記鋼線を前記冷却するステップが、少なくとも最低再結晶温度未満の温度、好適には２００℃の温度未満、より好適には５０℃の温度未満まで実行されることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項９】
ステップｄ）Ｉ．で前記鋼線（１）を前記加熱するステップ（１７）が、前記オーステナイト開始温度に等しい温度、または前記オーステナイト開始温度より高い温度まで、好適には前記オーステナイト終了温度に等しい温度、または前記オーステナイト終了温度より高い温度まで実行されることを特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項１０】
ステップｄ）ＩＩ．で前記鋼線を前記焼入れるステップ（１８）によって、前記鋼線の組織が少なくとも部分的にマルテンサイトへ転換することを経験し、前記鋼線（１）が少なくともマルテンサイト開始温度にさらされ、それによって、前記鋼線を焼入れるステップ（１８）が、好適には２００℃未満または２００℃に等しい前記鋼線（１）の前記第１の冷却温度まで実行されることを特徴とする、請求項５から９のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項１１】
ステップｄ）で前記鋼線（１）を前記焼戻すステップが、前記鋼線（１）の断面に亘って硬度特性を確立することを特徴とする、請求項５から１０のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項１２】
ステップｄ）からステップｆ）の１つの後、更にステップｇ）の中で、前記鋼線（１）の縁部を加熱するステップ（１７）、続いて前記鋼線（１）を再冷却するステップが実行され、それによって、前記硬度が、前記鋼線（１）の縁部から中心部まで上昇することを特徴とする、請求項５から１１のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項１３】
ステップｃ）からステップｆ）の１つの後、更にステップｈ）の中で、前記鋼線（１）が巻き取られることを特徴とする、請求項５から１２のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項１４】
ステップｃ）からステップｇ）の１つの後、更にステップｉ）の中で、前記鋼線（１）の表面処理が実行され、その処理では、前記鋼線（１）の表面が少なくとも部分的に除去されることを特徴とする、請求項５から１３のいずれか一項に記載のばね（３’）および／またはトーションバー（３’’）を製造するための方法。
【請求項１５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の冷間成形されたばね（３’）および／またはトーションバーを製造するための鋼線（１）の使用であって、
ａ）鋼線（１）を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される前記鋼線（１）を前記鋼線（１）の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップ（１２）であって、前記鋼線（１）が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップ（１２）と、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された前記鋼線（１）を冷却するステップと、
ｄ）前記鋼線（１）を焼戻すステップであって
Ｉ．ステップｃ）で冷却された前記鋼線（１）を少なくとも、前記オーステナイト開始温度に等しい、または前記オーステナイト開始温度を超える硬化温度まで加熱するステップ（１７）と、
ＩＩ．ステップＩ．で少なくとも前記硬化温度まで加熱された前記鋼線（１）を第１の冷却温度まで焼入れるステップ（１８）であって、前記第１の冷却温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップ（１８）と、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で焼入れられた前記鋼線（１）を前記オーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＶ．ステップＩＩＩ．で再加熱された前記鋼線（１）を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、前記第２の冷却温度が少なくとも前記第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと、
ｅ）ステップｄ）で焼戻された前記金属線（１）を冷間成形温度で冷間成形するステップ（２０’、２０’’）であって、前記冷間成形温度が、前記鋼線（１）の前記最低再結晶温度未満の温度である、ステップ（２０’、２０’’）と、
ｆ）ステップｅ）で冷間成形された前記鋼線（１）を分離するステップ（２１）と
を含み、
ステップｃ）で前記鋼線（１）を前記最低再結晶温度未満の温度まで冷却するステップによって、前記鋼線（１）が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が前記鋼線（１）内に確立されることを特徴とする、鋼線（１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間成形ばねおよび／またはトーションバー、冷間成形ばねおよび／またはトーションバーを製造する方法、ならびに冷間成形ばねおよび／またはトーションバーを製造するための鋼線の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形された鋼線から作られるばね、およびトーションバーは、従来技術において多数の実施形態において公知である。トーションバーは、例えば、トルク棒ばね、安定化トルク棒またはトーションバーばねとも呼ばれる。鋼ばねおよびトーションバーばねは、特に自動車の中で使用され、鋼ばねは、例えば衝撃吸収システム内で路面凹凸を吸収するために使用され、トーションバーばねは、特に、自動車コーナリング、変化する路面上での自動車走行、および路面の凹凸がある場合に、シャーシの傾斜および歪みに対して安定性を提供するために使用される。ばねおよびトーションバーを提供するための鋼線の成形は、冷間成形方法および／または熱間成形方法によって実行され得る。この成形の前に、鋼線は、ばねおよび強度特性に影響を及ぼす様々な準備工程を経ることができる。例えば、鋼ばねおよび／またはトーションバーばねの製造のために使用されるばね鋼は、構造目的の使用に適した強度および靭性を高め、材料の更なる特定の使用特性を改善するために、熱機械成形（ＴＭＦ）作業を受ける。例えば、高い強度を有する含むばねおよび／またはトーションバーは、より少ない材料投入によって、したがって、低重量および低材料コストによって製造され得る。従来技術は、熱処理、次いで成形作業を含む複数の様々な方法を開示している。冷間成形の場合、鋼線の靭性および成形性が成形率の増加に伴って冷間凝固の結果として低下するので、鋼線の成形性は制限される。
【０００３】
熱間成形される螺旋状ばねの大量生産では、ＴＭＦが傾斜圧延法の形態で既に使用されているが、しかし、ここでは、作成済みの個々の棒ばねだけに限られる。そのような方法は、独国特許第１０３１５４１８号明細書の中に開示されている。ＴＭＦが、螺旋状ばねの熱間巻取りの直前に、一段階傾斜圧延法によって棒ばねに実施される。熱間成形ばねは、オイルの中で焼入れされ、その結果マルテンサイト組織が得られる。
【０００４】
螺旋状ばねの冷間成形では、棒ばねは使用されない。その代わり、事前に焼戻された、すなわち既に硬化され、焼鈍された冷温状態の鋼線が、冷間巻取りによって最終的な螺旋形態に転換され、そのとき初めて、連続する鋼線から分離され、したがって材料が分離される。
【０００５】
独国特許第１９８３９３８３号明細書は、捩り応力ばね要素のための鋼鉄の熱機械処理のための方法を記載する。出発材料は、１０８０℃の温度まで急速に加熱され、オーステナイト化される。その後、出発材料はＴＭＦを受け、それによって再結晶を達成する。その後、中間冷却せずに、出発材料は焼入れによって硬化される。
【０００６】
この工程は、ＴＭＦから焼入れまでのすべてのステップが実施される一体型製造ラインの中で実施される。熱機械成形およびしたがって必要とされる焼戻しを直接に連続して実施することによって、以下の不都合な点が発生する。
【０００７】
１．熱機械成形、通常は圧延から生じる鋼線の長さの変化が、そのすぐ後の焼戻しの工程パラメータに直接の影響を及ぼす。
【０００８】
２．熱機械成形、ならびに焼戻しの工程時間および温度を互いに一致させる必要があり、それを実施することは、工程技術の点から困難である。その理由は、熱機械成形のための好適な温度が、鋼線材料のオーステナイト温度のすぐ上の温度に過ぎないが、一方、はるかに高い温度まで加熱することが、焼戻しのためには有利であるからである。
【０００９】
３．ＴＭＦのための圧延装置および焼戻し装置は、鋼線の単位長さ当たりの異なる処理時間を含むので、この不一致を解決するために、非常に複雑な調節および制御の問題が解決されねばならない。
【００１０】
４．したがって、製造ラインの処理量が最も遅い工程構成要素によって定められることになり、したがって速い方の工程構成要素が最大生産能力で稼働しておらず、その結果として不経済である。
【００１１】
５．熱機械成形についてばねの製造において採用される一段階傾斜圧延操作（前述の独国特許第１０３１５４１８号明細書に相当する）は、４００ｒｐｍ以上の速度で長手軸を中心として鋼線を回転することにつながる。これは個別化された棒ばねでは実施可能であるが、しかし、連続した鋼線の加工においては実施できない。焼入れ、焼鈍しおよび巻取りなど、その次の方法ステップでは、対応して鋼線が回転するが、それには、これらユニットへの要求は少なくとも格段に高くなるであろう。実際に、連続した鋼線によるそのような一体型方法の実現性は、まだ試験されていない。傾斜圧延の代わりに、二段階穴型圧延操作が使用され得ることも既に公知である。しかし、穴型圧延が採用される場合でも、やはり上記の１〜４の不都合な点が存在する。
【００１２】
独国特許第１９８３９３８３号明細書は、一変形形態（コラム３の４〜２０行目）の中で、熱機械成形後に、最初にばね鋼を低温に焼入れ、次いでそれを顕著な加熱および焼入れを伴う別の焼戻し工程に送ることを提案する。しかし、この変形形態には、前述の不都合な点が実質的にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許第１０３１５４１８号明細書
【特許文献２】独国特許第１９８３９３８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって本発明の目的は、改良されたばねおよび／またはトーションバー、ならびに改良されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための改良された方法を提供することであり、本発明では前述の不都合な点が回避されている。より詳細には、改良されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための改良された方法は、より安定した製造方法を提供することができ、高品質要求を確実に達成する。更に、改良されたばねおよび／またはトーションバーを製造するための改良された方法は、既存の方法で、容易で確実な様式で実施されることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、請求項１に特許請求されるばねおよび／またはトーションバー、ならびに請求項５で特許請求される方法によって達成される。
【００１６】
本発明のばねは、本発明の線ばねが従来の線ばねに比較してより高い靭性を有するという、従来のばねに優る利点を有する。線ばねの靭性がより高いことから、本発明のばねは、より高い応力を受けることができる。本発明のばねの更なる利点は、従来のばねに比較してより低重量であり、使用寿命がより長い点である。更に、本発明のばねは、従来のばねに比較して、より小さい寸法およびより短いばねの長さによって特に設計されることが可能であり、それは、本発明のばねが小さい空間の中にでもやはり配置され得ることを意味する。
【００１７】
本発明のトーションバーは、本発明の線ばねが従来の線ばねに比較してより高い靭性を有するという、従来のトーションバーに優る利点を有する。線ばねの靭性がより高いので、本発明のトーションバーはより高い応力を受けることができる。本発明のトーションバーの更なる利点は、従来のトーションバーに比較して使用寿命がより長い点である。
【００１８】
ばねおよび／またはトーションバーを製造するための本発明の方法には、本発明のばねおよび／またはトーションバーが、従来の線ばねに比較してより高い靭性を含む線ばねを備えるという、従来の方法よりも有利な点がある。本発明の方法の更なる利点は、本発明の方法が容易に、確実に既存の方法の中に一体化され得るという点である。更に、本発明の方法は、
−方法の中でＴＭＦと焼戻しとを分離することによって、例えば、温度などの最適の方法パラメータが、２つのステップのそれぞれについて確立されることが可能になる
−方法の中でＴＭＦを下流の製造ステップから分離することによって、最適のスループット率が、各ステップについて確立されることが可能になる
−例えば、所望の長さに正確に切断すること、または不定の鋼線直径および／または棒直径を製造することなど、鋼線および／または棒に追加的に必要とされる任意の工程ステップが、焼入れ硬化前に、工程の持続期間を延長せずに着手され得る
−長期間超高温を保つ結果として、鋼線および／または棒の中の組織内に不都合な変化が発生する危険性が低減される
−任意の工程構成要素の停止（例えば、保守点検のため、または故障が原因で）が、全体の製造ラインに直接影響を与えず、他の工程ステップは製造を継続することができる
−すべての巻取りシステムに対して用意のできた状態に個々のＴＭＦユニットを保つ必要がなく、使用されるべき巻取りシステムの選択をＴＭＦユニットから独立して行うことができるので、製造の融通性が向上する
−不定の、特に変化する鋼線直径で棒ばねを加工することが、本発明の方法によって、容易な様式で複雑性を増大させずに可能である
という利点を有する。
【００１９】
したがって本発明は、以下のステップを含む方法によって、冷間成形によって、鋼線から製造されるばねまたはトーションバーを提供し、その方法が、
ａ）鋼線を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される鋼線を鋼線の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップであって、前記鋼線が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップと、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線を冷却するステップと、
ｄ）鋼線を焼戻すステップであって
Ｉ．ステップｃ）で冷却された鋼線を少なくとも、オーステナイト開始温度に等しく、またはオーステナイト開始温度を超える硬化温度まで加熱するステップと、
ＩＩ．ステップＩ．で少なくとも硬化温度まで加熱された鋼線を第１の冷却温度まで焼入れるステップであって、第１の冷却温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップと、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で焼入れられた鋼線をオーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＶ．ステップＩＩＩ．で再加熱された鋼線を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、第２の冷却温度が少なくとも第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと、
ｅ）ステップｄ）で焼戻された金属線を冷間成形温度で冷間成形するステップであって、冷間成形温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度である、ステップと、
ｆ）ステップｅ）で冷間成形された鋼線を分離するステップと
を含み、ステップｃ）で鋼線を最低再結晶温度未満の温度まで冷却するステップによって、鋼線が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が鋼線内に確立される。
【００２０】
本発明は、以下のステップを含む、ばねおよび／またはトーションバーを製造するための方法を提供し、その方法が、
ａ）鋼線を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される鋼線を鋼線の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップであって、前記鋼線が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップと、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線を冷却するステップと、
ｄ）鋼線を焼戻すステップであって
Ｉ．ステップｃ）で冷却された鋼線を少なくとも、オーステナイト開始温度に等しい、またはオーステナイト開始温度を超える硬化温度まで加熱するステップと、
ＩＩ．ステップＩ．で少なくとも硬化温度まで加熱された鋼線を第１の冷却温度まで焼入れるステップであって、第１の冷却温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップと、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で焼入れられた鋼線をオーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＶ．ステップＩＩＩ．で再加熱された鋼線を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、第２の冷却温度が少なくとも第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと、
ｅ）ステップｄ）で焼戻された金属線を冷間成形温度で冷間成形するステップであって、冷間成形温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度である、ステップと、
ｆ）ステップｅ）で冷間成形された鋼線を分離するステップと
を含み、ステップｃ）で鋼線を最低再結晶温度未満の温度まで冷却するステップによって、鋼線が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が鋼線内に確立される。
【００２１】
本発明は、以下のステップを含む、冷間成形されたばねおよび／またはトーションバーを製造するために鋼線の使用を更に提供し、その使用が、
ａ）鋼線を用意するステップと、
ｂ）ステップａ）で提供される鋼線を鋼線の最低再結晶温度を超えて熱機械成形するステップであって、前記鋼線が少なくとも部分的にオーステナイト組織を有する、ステップと、
ｃ）ステップｂ）で熱機械成形された鋼線を冷却するステップと、
ｄ）鋼線を焼戻すステップであって
Ｉ．ステップｃ）で冷却された鋼線を少なくとも、オーステナイト開始温度に等しい、またはオーステナイト開始温度を超える硬化温度まで加熱するステップと、
ＩＩ．ステップＩ．で少なくとも硬化温度まで加熱された鋼線を第１の冷却温度まで焼入れるステップであって、第１の冷却温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度であり、少なくとも部分的にマルテンサイト組織が確立される、ステップと、
ＩＩＩ．ステップＩＩ．で焼入れられた鋼線をオーステナイト開始温度未満である第１の焼鈍し温度まで再加熱するステップと、
ＩＶ．ステップＩＩＩ．で再加熱された鋼線を第２の冷却温度まで冷却するステップであって、第２の冷却温度が少なくとも第１の焼鈍し温度未満である、ステップとを含む、ステップと、
ｅ）ステップｄ）で焼戻された金属線を冷間成形温度で冷間成形するステップであって、冷間成形温度が、鋼線の最低再結晶温度未満の温度である、ステップと、
ｆ）ステップｅ）で冷間成形された鋼線を分離するステップと
を含み、ステップｃ）で鋼線を最低再結晶温度未満の温度まで冷却するステップによって、鋼線が冷却されて、少なくとも部分的にフェライト−パーライト組織が鋼線内に確立される。
【００２２】
パーライト−フェライト組織の形成によって、鋼線が高い柔軟性、したがって処理に対して優れた従順性を特色とする中間状態に鋼線を変える。この柔軟性があるため、方法の中で、ＴＭＦをその後の焼戻しステップから分離することを達成することができる。ＴＭＦと焼戻しステップとの間の期間中に、硬化された形態にされていないので、鋼線は処理に対してはるかに優れた従順性がある。
【００２３】
本発明は、ばねまたはトーションバーのいずれかにおいて、あるいは本発明のばね線、あるいはばねおよび／またはトーションバー、または線ばねを製造する方法において、ならびに、ばねおよび／またはトーションバーを製造するための鋼線の使用においてのいずれかで実施され得る。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の文脈の中で、ばねは、応力下で撓み、応力が解除される後、元の状態に戻る鋼線からできている構成要素を意味すると理解されたい。より詳細には、ばねは、鋼線から螺旋状または渦巻き状形態に巻かれた、あるいは棒の形態で伸展、または屈曲される構成要素であることができる。ばねの実施例は、螺旋状ばね、特に螺旋状圧縮ばね、螺旋状張力ばね、円錐ばね、弾性ばね、可撓性ばね、特に渦巻き状ばね、巻かれたトーションばねおよびそれらの組合せからなるグループから選択される。
【００２５】
本発明の文脈では、トーションバーはバー要素を意味し、トーションバーが両端部において固定される場合、固定された両端部は、バー要素の軸線を中心として互いに対して枢動運動を実施すると理解されたい。より詳細には、機械応力が、棒要素の軸線に対して正接方向に係合するトルクを通して重要な程度に発生する。トーションバーは、例えば、まっすぐなトーションバー、角のあるトーションバー、トーションバーばね、トーションばね、安定化トーションばね、スタビライザー、分離スタビライザーおよびそれらの組合せを意味すると更に理解されたい。
【００２６】
本発明の文脈における冷間成形は、再結晶温度未満で鋼線を成形することを意味すると理解されたい。より詳細には、例えば鋼鉄などの材料の靭性および成形性が成形率の増加に伴って冷間凝固の結果として低下するので、冷間成形において成形性が制限される。冷間成形の実施例は、冷間巻取り、冷間曲げおよびそれらの組合せである。
【００２７】
再結晶温度は、所与の成形程度を含む冷間成形された組織の場合、制限された時間内で再結晶を完了することにつながる仮焼温度である。再結晶温度は固定値を有さないが、しかし事前の冷間成形の程度および材料の溶融温度、特に鋼鉄の溶融温度に依存する。例えば、鋼鉄の場合、再結晶温度は、特定の鋼鉄の炭素含有量および合金にも依存する。
【００２８】
最低再結晶温度は、再結晶、特に鋼線の組織の再結晶がやはり存在する最も低い温度を意味すると理解されたい。
【００２９】
本発明の文脈でオーステナイト開始温度は、少なくとも部分的にオーステナイト組織への変換が存在する温度を意味すると理解されたい。より詳細には、オーステナイト温度で、少なくとも部分的にオーステナイト組織への変換が存在する。
【００３０】
本発明の文脈で焼戻しは、部分的または完全な焼戻しであることができる。
【００３１】
例えば、ステップｂ）の中の熱機械成形、ステップｄ）Ｉ．の中の加熱、ステップｄ）ＩＩＩ．の中の再加熱の中で発生する熱伝達、および／または本発明の文脈の中の別の熱伝達は、熱伝導、特に伝導加熱、熱放射、特に赤外線放射、誘導による加熱、対流による加熱、特に加熱ファン、およびそれらの組合せから選択された１つを意味すると理解されたい。
【００３２】
本発明の文脈の中のスタビライザーは、安定化トーションバーを意味するとやはり理解されたい。より詳細には、スタビライザーの部分および／または分離されたスタビライザーもやはり、本発明のスタビライザーを意味するとやはり理解されたい。
【００３３】
本発明の好適な実施形態では、ばねおよび／またはトーションバーの製造が、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線によって実施される。より詳細には、本発明の文脈では、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線は、亜共析鋼を意味すると理解されたい。
【００３４】
本発明の好適な実施形態では、ステップｅ）およびステップｆ）の順序が所望である。
【００３５】
本発明の好適な実施形態では、ステップｂ）の熱機械成形が、オーステナイト開始温度に等しい温度、またはオーステナイト開始温度より高い温度で、好適にはオーステナイト終了温度に等しい温度、またはオーステナイト終了温度より高い温度で、より好適には、オーステナイト終了温度からオーステナイト終了温度よりも５０℃高い温度までの範囲で実行される。
【００３６】
本発明の文脈でオーステナイト終了温度は、オーステナイト組織への変換が完了する温度を意味すると理解されたい。
【００３７】
したがって、好適な実施形態では、この中間状態、すなわち、ＴＭＦ後かつ焼戻し前に、まだ連続鋼線の形態である鋼線が、貯蔵または運搬の目的で巻き上げられ、特に巻き取られることが想定される。鋼線がより柔軟であるほど、このことはより容易に可能である。その後の焼戻しのために、鋼線が再び巻き戻される。したがって、その後の焼戻しステップがＴＭＦから完全に分離される。
【００３８】
本発明の工程順序は、温度範囲に関して、ＴＭＦから焼戻しを分離することを更に可能にする。ＴＭＦ中の最適の成形温度が、鋼線材料のオーステナイト温度をわずかに超える温度、特に鋼線材料のオーステナイト温度を５０℃未満超える温度であるが、一方、顕著により高い温度への加熱は、焼戻しのために有利である。したがって、好適な構成では、焼戻し温度は、成形温度を超え、特に鋼線材料のオーステナイト温度を５０℃以上超える温度である。工程の中でＴＭＦと焼戻しの分離によって、２つのステップのそれぞれのために最適温度が確立されることが可能になる。
【００３９】
本発明の工程順序の更なる利点は、焼戻しおよびＴＭＦの２つの工程を分離することによって、両方の工程が、特定の工程について最適である鋼線のスループット率（必要な）で実施されることを可能にすることである。ＴＭＦにおける鋼線のスループット率は、焼戻しステップにおけるスループット率と必ずしも同じではない。一体型製造ラインでは、対照的に、２つの工程の遅い方の工程が、両方の工程に対するスループット率を設定し、それは２つの工程の一方が最適な状態下で作動せず、すなわち不経済な様式であることを意味する。
【００４０】
本発明の方法、ならびに本発明のばねおよび／またはトーションバーの追加の利点は、本発明の線ばねが、従来のばね線に比較して微細粒組織を有することである。
【００４１】
本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）での鋼線の冷却が、少なくとも最低再結晶温度未満の温度まで、好適には２００℃の温度未満、より好適には５０℃の温度未満まで実行される。
【００４２】
ＴＭＦ後の冷却は、パーライト−フェライト組織が確立されることを保証するような低い冷却速度で好適には実行される。この目的のために、当業者は、材料に相当するＴＴＴ曲線を採用することができ、それによって冷却速度を読み取ることが可能である。
【００４３】
理論的には、鋼線が中間冷却後に冷間成形工程のために再加熱される必要があるので、提案される手順は、公知の工程に比較すると不経済であるように見える。しかし、それによって達成される分離が、最初に言及された不都合な点を回避することができ、それによって技術的観点からより優れており、一体型製造から得られる利点よりも経済的に有利であるとして評価され得るということが発見された。加えて、中間冷却が、熱交換機を含めることによって、制御された様式で実行されることがやはり可能であり、熱交換機によって、この冷却の廃熱がＴＭＦまたは後続の焼戻しにかなり高い効率で再び利用可能となる。
【００４４】
本発明によって、冷間成形される鋼ばね、特に鋼鉄から作られる螺旋状ばねまたはトーションバーばねを製造するために既に前処理された鋼線を使用することが可能になる。鋼線は、２００℃未満の温度、特に室温を有する。更に、鋼線は、熱機械成形操作を既に受けており、パーライト−フェライト組織を有する。次いでこの鋼線は焼戻され、焼戻しは、以下のステップ：鋼線を鋼線材料のオーステナイト温度を超える焼戻し温度まで加熱し、オーステナイト化するステップ；鋼線内にマルテンサイト組織を形成するために、加熱された鋼線を焼戻し温度まで焼入れるステップ；鋼線を焼鈍するステップを含む。その後、冷間成形された鋼ばねを製造するために鋼線の冷間成形が続く。工程に関して言及される利点および発展が、この使用に応用可能である。
【００４５】
本発明の好適な実施形態では、鋼線は、ステップｄ）Ｉ．でオーステナイト開始温度に等しい温度、またはオーステナイト開始温度を超える温度、好適にはオーステナイト終了温度に等しい温度、またはオーステナイト終了温度を超える温度まで加熱される。
【００４６】
本発明の好適な実施形態では、ステップｄ）ＩＩ．での鋼線の焼入れによって、鋼線の組織が少なくとも部分的にマルテンサイトへ転換することを経験し、鋼線が少なくともマルテンサイト開始温度にさらされ、それによって、鋼線の焼入れが、好適には、２００℃未満または２００℃に等しい鋼線の第１の冷却温度まで実行される。
【００４７】
本発明の文脈でマルテンサイト開始温度は、少なくとも部分的にマルテンサイト組織への変換が存在する温度を意味すると理解されたい。
【００４８】
本発明の好適な実施形態では、ステップｄ）での鋼線の焼戻しが、鋼線の断面に亘って硬度特性を確立する。例えば、鋼線の硬度は、鋼線の縁部から中心部まで変化することができる。より詳細には、硬度は、鋼線の縁部から中心部まで低下または上昇し、あるいは等しくすることができる。好適には、硬度は、鋼線の縁部から中心部まで低下する。例えば、これは、ステップｄ）からステップｆ）までの１つの後、鋼線を縁部加熱、その後再冷却することによって実行されることができる。
【００４９】
好適には、冷間成形される螺旋状ばねの製造でその工程が採用される。これには、鋼ばねを提供するために鋼線の冷間巻取りが含まれ、螺旋状ばねの冷間巻取り後に初めて、それらは特に個別に鋼線から分離される。
【００５０】
同様に好適には、冷間成形されるトーションバーばねの製造においてその工程が採用される。これには、焼戻し後に棒を提供するための長さの鋼線の切断が含まれる。その後、冷間曲げによって棒が更に加工されて、トーションバーばね、特に自動車のシャーシ用のスタビライザーを提供する。
【００５１】
本発明の好適な実施形態では、ステップｄ）からステップｆ）の１つの後、更にステップｇ）の中で、鋼線の縁部加熱、続いての再冷却が実行され、それによって、硬度が、鋼線の縁部から中心部まで上昇する。
【００５２】
本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）からステップｆ）の１つの後、更にステップｈ）で、鋼線が巻き取られる。
【００５３】
本発明の好適な実施形態では、ステップｃ）からステップｇ）の１つの後、更にステップｉ）で、鋼線の表面処理が実行され、その中で鋼線の表面が少なくとも部分的に除去される。
【００５４】
本発明の好適な実施形態では、本発明の方法によって製造されたばねおよび／またはトーションバーは、体積で４０％を超える、好適には体積で８０％を超える、より好適には体積で９０％を超える、最も好適には体積で９５％を超えるマルテンサイト含有量を有する。
【００５５】
本発明の好適な実施形態では、工程が、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線を使用して実施される。
【００５６】
本発明の好適な実施形態では、冷間成形されたばねおよび／またはトーションバーの製造が、重量で０．０２％〜０．８％の範囲の炭素含有量を有する鋼線を使用して実施される。
【００５７】
本発明の好適な実施例
本発明を改善する追加の方法が、本発明の好適な実施例の説明および図面への参照と共に、以下に詳細に考察される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態の本発明の工程の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の本発明の工程の概略図である。
【図３】図１および図２による実施形態についての温度のグラフである。
【００５９】
図１から図３は、共に以下に説明される。巻き付けられた鋼線１、特に線材が、リング１０の上に設けられる。鋼線１は、約８００℃の第１の成形温度Ｔ１まで最初に加熱され、第１の成形温度Ｔ１は、鋼線の最低再結晶温度を超え、特にこの場合、７８５℃のオーステナイト温度Ａｃ３を超える温度である、１１。次いで、鋼線１は、熱機械成形（ＴＭＦ）１２を受ける。ＴＭＦが鋼線圧延工程の後すぐに行われ、鋼線の温度が依然として所望の成形温度Ｔ１である場合、加熱１１を省くことができる。
【００６０】
熱機械成形１２は、多段階穴型圧延によって実行され得る。その後、鋼線１は、フェライト−パーライト組織、すなわち柔軟な組織が鋼線の内部で確立されるような緩やかな速度で冷却される１３。冷却は、室温または周囲温度で簡単に保管されることによって任意の追加的介入なしに実行され得るが、しかし、冷却は好適には制御された様式で実行される。冷却するステップの前、ステップ中またはステップ後、鋼線１は、渦巻き状に巻き取られ１４、それは柔軟な微細組織状態のために容易に可能である。冷却のために、熱交換機を設けることが更に可能であり、廃熱を工程に戻すことができるようにする。
【００６１】
次いで鋼線１が巻き取られる場合、鋼線１は、１つの工程場所から次の工程場所へ運送され、そこで更に加工されることができる。図３では、このことは巻取り１４後の温度グラフの中の途切れた部分によって図示されている。次いで、ばね製造者は熱機械成形によって前処理された鋼線１を鋼線製造者から購入することができ、ＴＭＦのために必要な設備を社内に維持する必要がない。このことは、ばね製造者にとっての空間および資本コストを節約する。
【００６２】
任意の所望期間の保管および／または運送後に、鋼線１の焼戻しが開始し、結局はＴＭＦの後すぐに行う必要がない（または配置の点から）。巻取り１５の後に、例えば研削１６などの加工作業が、焼戻しの前に行われることが可能である。その後、焼戻しを開始するために、鋼線が、オーステナイト温度Ａｃ３、または成形温度Ｔ１を明らかに超える硬化温度Ｔ２まで加熱される１７。この場合には、硬化温度Ｔ２は約９５０℃である。加熱は非常に迅速に実行され、好適には、誘導手段によって実施される。加熱は、少なくとも５０Ｋ／ｓ、好適には少なくとも１００Ｋ／ｓの加熱速度で実行される。この後に、例えば水中または油浴で焼入れ１８が行われ、それによって少なくとも部分的にマルテンサイト組織を確立する。その後、鋼線１は焼鈍される１９。
【００６３】
図１に示される第１の構成では、次いで焼戻された鋼線１が、冷間巻取り２０’を受けて、螺旋状ばね３’を提供し、次いで鋼線１から切断する２１。図２に示される別の構成では、焼戻された鋼線１が、最初に個別の棒ばね２２に切断され２１、次いで冷間曲げ２０’’を受けて、トーションバーばね３’’を提供する。
【００６４】
実施の観点から、本発明は、上記に特定される好適な実施例に限定されない。その代わり、基本的に異なる種類の実施の中でも提示される解決策を利用する複数の考えられる変形が存在する。特許請求の範囲、構造または３次元配置の詳細を含む説明または図面から明らかであるすべての特徴および／または利点が、それ自体で、または多様な異なる組合せの中で本発明にとって必須であってよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
上記に説明される種類のばねおよび／またはトーションバーは、例えば、自動車の製造、特に自動車のシャーシの製造の中で使用される。
【符号の説明】
【００６６】
１  鋼線
２  棒ばね
３’  螺旋状ばね
３’’  トーションバーばね
１０  リング
１１  加熱
１２  熱機械成形（ＴＭＦ）
１３  冷却
１４  巻取り
１５  巻戻し
１６  研削
１７  加熱
１８  焼入れ
１９  焼鈍し
２０’  冷間巻取り
２０’’  冷間曲げ
２１  切断
２２  棒ばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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