CN107075626B - 涨断连杆用轧制钢材 - Google Patents

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Abstract

本实施方式的涨断连杆用轧制钢材以质量％计含有C：0.30～0.40％、Si：0.60～1.00％、Mn：0.50～1.00％、P：0.04～0.07％、S：0.04～0.13％、Cr：0.10～0.30％、V：0.05～0.14％、Ti：超过0.15％且0.20％以下、N：0.002～0.020％，作为任意元素可以含有Cu、Ni、Mo、Pb、Te、Ca以及Bi，余量为Fe以及杂质。由式(1)定义的fn1为0.65～0.80。具有200nm以上的粒径的粗大析出物中的V含量相对于钢材中的V含量的比率为70％以下，粗大析出物中的Ti含量相对于钢材中的Ti含量的比率为50％以上。fn1＝C+Si/10+Mn/5+5Cr/22+(Cu+Ni)/20+Mo/2+33V/20‑5S/7 (1)

Description

涨断连杆用轧制钢材
技术领域
本发明涉及钢材、更详细而言，涉及涨断连杆用轧制钢材。
背景技术
连杆用于汽车等的引擎。连杆连结活塞和曲轴，将活塞的上下运动变换为曲柄的旋转运动。
图1为以往的连杆1的主视图。如图1中所示，以往的连杆1包含大头部10、杆身部20和小头部30。在杆身部20的一端配置大头部10，杆身部20的另一端配置小头部30。大头部10连接于曲柄销。小头部30连接于活塞。
以往的连杆1具备2个部件(盖40以及杆50)。盖40以及杆50的一端部相当于大头部10。除杆50的一端部以外的其它部分相当于杆身部20以及小头部30。
对于大头部10以及小头部30，进行切削而形成。因此，要求连杆1有高切削性。
进而，连杆1在引擎工作时受到来自周边构件的负载。近年为了进一步的油耗节省化，而要求连杆1的小型化以及气缸内的筒内压力提高。因此，要求连杆1即便使杆身部20细，也可以对应由活塞传导的爆炸冲击载荷的优异的压曲强度。压曲强度强烈依赖于原材料的屈服强度。因此，要求连杆有高切削性以及高屈服强度。
但是，对于以往的连杆1，如上所述，盖40和杆50被分别地制造。因此，为了决定盖40和杆50的位置，实施定位销加工工序。进而，对于盖40与杆50的接触面，实施切削加工工序。因此，开始普及可以省略这些工序的涨断连杆。
涨断连杆中，将连杆一体成型后，使大头部断裂，分割为2个部件(相当于盖40以及杆50)。并且，安装到引擎上时，使被分割的2个部件结合。因此，省略定位销加工工序以及切削加工工序。其结果，制造成本降低。
涉及这样的涨断连杆用钢材以及涨断连杆的制造方法的技术公开于美国专利第5135587号公报(专利文献1)、日本特开2010-180473号公报(专利文献2)、日本特开2004-301324号公报(专利文献3)、国际公开第2012/164710号(专利文献4)、日本特开2011-084767号公报(专利文献5)、以及国际公开第2012/157455号(专利文献6)。
专利文献1中记载了以下的事项。涨断连杆用钢以重量％计含有C：0.6～0.75％、Mn：0.25～0.50、S：0.04～0.12％，余量为Fe以及最大为1.2％的杂质。Mn/S为3.0以上。对于钢的组织，为100％珠光体且基于ASTM E112-88而测定的粒度为3～8。
专利文献2中公开了如下的事项。涨断连杆用钢为以质量％计包含0.20～0.60％的C的铁素体以及珠光体型的非调质钢。杆身部被精压处理。涨断连杆用钢作为必要元素含有C、N、Ti、Mn以及Cr，作为任意元素含有Si、P、S、V、Pb、Te、Ca以及Bi。必要元素中以质量％计Mn为0.30～1.50％、Cr为0.05～1.00％、N为0.005～0.030％、Ti为0.20％以下。并且，满足Ti≧3.4N+0.02。大头部的0.2％耐力低于650MPa。进而，被精压处理的杆身部的0.2％耐力高于700MPa。
专利文献3中公开了如下的事项。非调质连杆以质量％计含有C：0.25～0.35％、Si：0.50～0.70％、Mn：0.60～0.90％、P：0.040～0.070％、S：0.040～0.130％、Cr：0.10～0.20％、V：0.15～0.20％、Ti：0.15～0.20％以及N：0.002～0.020％，余量为Fe以及杂质。由式(1)定义的Ceq值不足0.80。大头部的组织为铁素体以及珠光体。大腿部的总硬度以维氏硬度计为255～320。进而，大头部的铁素体的硬度以维氏硬度计为250以上。进而，上述铁素体的硬度的、相对于上述大头部的总硬度的比为0.80以上。
Ceq＝C+(Si/10)+(Mn/5)+(5Cr/22)+1.65V-(5S/7)(1)
专利文献4中公开了如下的事项。非调质连杆用棒钢以质量％计包含C：0.25～0.35％、Si：0.40～0.70％、Mn：超过0.65％且在0.90％以下、P：0.040～0.070％、S：0.040～0.130％、Cr：0.10～0.30％、Cu：0.05～0.40％、Ni：0.05～0.30％、Mo：0.01～0.15％、V：0.12～0.20％、Ti：超过0.150％且在0.200％以下、Al：0.002～0.100％、以及、N：0.020以下，余量为Fe以及杂质。由下式定义的Fn1为0.60～0.80，由下式定义的Fn2为7以上。非调质连杆钢的组织的90％以上为铁素体以及珠光体组织。铁素体以及珠光体组织中的铁素体的比例为40％以上。
Fn1＝C+(Si/10)+(Mn/5)+(5Cr/22)+1.65V-(5S/7)+(Cu/33)+(Ni/20)+(Mo/10)
Fn2＝(Mn+Ti)/S
专利文献5中公开了如下的事项。涨断连杆的制造方法包括：准备钢材的步骤；将钢材加热至1200℃～1300℃的温度范围的步骤；以1000℃以上的温度对钢材的至少规定部位赋予达到50％以上的加工率那样的压缩加工，从而热锻造为粗锻造体的步骤；和将粗锻造体至少以5℃/s以下进行冷却而赋予铁素体以及珠光体组织的步骤。所制造的涨断连杆以质量％计含有C：0.16～0.35％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.3～1.0％、P：0.040～0.070％、S：0.080～0.130％、V：0.10～0.35％、以及Ti：0.08～0.20％。并且，规定部位的硬度至少为250HV以上。
专利文献6中进一步公开了V含量低的非调质钢。具体而言，专利文献6中记载了如下的事项。非调质钢以质量％计包含C：0.27～0.40％、Si：0.15～0.70％、Mn：0.55～1.50％、P：0.010～0.070％、S：0.05～0.15％、Cr：0.10～0.60％、V：0.030％以上且不足0.150％、Ti：超过0.100％且在0.200％以下、Al：0.002～0.050％以及N：0.002～0.020％、余量为Fe以及杂质。由下式表示的Et不足0。由下式表示的Ceq超过0.60且不足0.80。
Et＝[Ti]-3.4[N]-1.5[S]
Ceq＝[C]+([Si]/10)+([Mn]/5)+(5[Cr]/22)+(33[V]/20)-(5[S]/7)
专利文献1的涨断连杆用钢在欧州被广泛实用化。然而，专利文献1的涨断连杆用钢会存在屈服强度以及切削性低的情况。
专利文献2中记载的涨断连杆用钢的屈服强度高。然而，会有裂解性低的情况。
进而，热锻造的制造条件例如热锻造前的加热温度有时在每个制造基地不均匀。若热锻造前的加热温度不均，则即便根据上述专利文献1～专利文献6中记载的钢材以及制造方法制造涨断连杆，也存在涨断连杆的裂解性、屈服强度、以及切削性的任一者低的情况。
发明内容
本发明的目的在于，即便热锻造时的加热温度产生不均，也能提供在热锻造后具有高裂解性、高屈服强度以及高切削性的涨断连杆用轧制钢材。
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材具有以质量％计含有C：0.30～0.40％、Si：0.60～1.00％、Mn：0.50～1.00％、P：0.04～0.07％、S：0.04～0.13％、Cr：0.10～0.30％、V：0.05～0.14％、Ti：超过0.15％且0.20％以下、N：0.002～0.020％、Cu：0～0.40％、Ni：0～0.30％、Mo：0～0.10％、Pb：0～0.30％、Te：0～0.30％、Ca：0～0.010％、以及Bi：0～0.30％，余量为Fe以及杂质，由式(1)定义的fn1为0.65～0.80的化学组成。具有200nm以上的粒径的粗大析出物中的V含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的V含量的比率为70％以下。粗大析出物中的Ti含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的Ti含量的比率为50％以上。
fn1＝C+Si/10+Mn/5+5Cr/22+(Cu+Ni)/20+Mo/2+33V/20-5S/7···式(1)
其中，式(1)中的元素标记代入对应的元素的质量％含量，不含有对应的元素时代入“0”。
对于基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材，即便热锻造时的加热温度产生不均，也可以在热锻造后得到高的裂解性、高的屈服强度以及高的切削性。
附图说明
图1为以往的连杆的侧面图。
具体实施方式
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材具有以质量％计含有C：0.30～0.40％、Si：0.60～1.00％、Mn：0.50～1.00％、P：0.04～0.07％、S：0.04～0.13％、Cr：0.10～0.30％、V：0.05～0.14％、Ti：超过0.15％且0.20％以下、N：0.002～0.020％、Cu：0～0.40％、Ni：0～0.30％、Mo：0～0.10％、Pb：0～0.30％、Te：0～0.30％、Ca：0～0.010％、以及、Bi：0～0.30％，余量为Fe以及杂质，由式(1)定义的fn1为0.65～0.80的化学组成。具有200nm以上的粒径的粗大析出物中的V含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的V含量的比率为70％以下。粗大析出物中的Ti含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的Ti含量的比率为50％以上。
fn1＝C+Si/10+Mn/5+5Cr/22+(Cu+Ni)/20+Mo/2+33V/20-5S/7···式(1)
其中，式(1)中的元素标记代入对应的元素的质量％含量，不含有对应的元素时代入“0”。
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材中，由式(1)定义的fn1为0.65～0.80的范围内。因此，得到优异的屈服强度以及切削性。
进而，具有200nm以上的粒径的粗大析出物中的V含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的V含量的比率为70％以下。此时，在涨断连杆用轧制钢材中，具有不足200nm的粒径的微细的V析出物(含有V的析出物)大量存在。在热锻造工序的加热时，微细的V析出物容易溶解。因此，热锻造工序中的加热温度即便为低温(例如1000℃左右)，通过加热，V也容易固溶。固溶的V在热锻造的冷却过程以碳化物的形式析出。其结果，热锻造工序中的加热温度即便为不均，对于热锻造后的钢材也会稳定地得到优异的屈服强度。
进而，粗大析出物中的Ti含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的Ti含量的比率为50％以上。在本实施方式中，Ti形成硫化物以及碳硫化物，提高钢的切削性。Ti进一步在热锻造工序的加热时一部分固溶到钢中。固溶了的Ti在之后的冷却时形成碳化物而使铁素体脆化，提高裂解性。然而，在热锻造工序的加热时，Ti的固溶量若过高，则冷却后的钢材组织成为贝氏体。此时，裂解性降低。Ti的固溶量若过高，进一步钢材的拉伸强度变得过高，切削性降低。因此，优选可以在热锻造工序的加热时抑制Ti析出物(含有Ti的析出物)过量地溶解的情况。粗大析出物中的Ti含量的比率为50％以上时，钢中的微细的Ti析出物足够少。因此，即便为热锻造工序的加热温度高的情况(例如1280℃)，Ti析出物不易溶解(即，Ti不易固溶)，可以抑制裂解性以及切削性降低。
由以上所述，对于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材，即便热锻造时的加热温度产生不均，在热锻造后也具有高的裂解性、高的屈服强度以及高切削性。
上述化学组成也可以含有选自由Cu：0.01～0.40％、Ni：0.01～0.30％、以及Mo：0.01～0.10％组成的组中的1种或者2种以上。上述化学组成还可以含有选自由Pb：0.05～0.30％、Te：0.0003～0.30％、Ca：0.0003～0.010％、以及Bi：0.0003～0.30％组成的组中的1种或者2种以上。
以下，对于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材详细地说明。各元素的含量的“％”意味着“质量％”。
[化学组成]
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材的化学组成含有如下的元素。
C：0.30～0.40％
碳(C)提高钢的强度。C含量若过低，则不能得到该效果。另一方面，C含量过高，则钢材的硬度高，切削性降低。因此，C含量为0.30～0.40％。C含量的优选下限比0.30％高，进一步优选为0.31％，进一步优选为0.32％。C含量的优选上限不足0.40％，进一步优选为0.39％，进一步优选为0.38％。
Si：0.60～1.00％
硅(Si)使钢脱氧。Si进一步在钢中固溶，提高钢的强度。Si含量若过低，则不能得到该效果。另一方面，Si含量若过高，则上述效果饱和。Si含量若过高，则进一步使钢的热加工性降低，钢材的制造成本也变高。因此，Si含量为0.60～1.00％。Si含量的优选下限比0.60％高，进一步优选为0.62％，进一步优选为0.65％。Si含量的优选上限不足1.00％，进一步优选为0.95％，进一步优选为0.90％。
Mn：0.50～1.00％
锰(Mn)使钢脱氧。Mn进一步提高钢的强度。Mn含量若过低，则不能得到这些效果。另一方面，Mn含量若过高，则钢的热加工性降低。Mn含量若过高则淬透性还变高，在钢的组织中产生贝氏体。此时，钢的裂解性降低。因此，Mn含量为0.50～1.00％。Mn含量的优选下限比0.50％高，进一步优选为0.60％，进一步优选为0.65％。Mn含量的优选上限不足1.00％，进一步优选为0.95％，进一步优选为0.90％。
P：0.04～0.07％
磷(P)在晶界偏析而使钢脆化。因此，断裂分割后的涨断连杆的截面变得平滑。其结果，断裂分割后的涨断连杆的组装的精度高。P含量若过低，则不能得到该效果。另一方面，P含量若过高，则钢的热加工性降低。因此，P含量为0.04～0.07％。P含量的优选下限比0.04％高，进一步优选为0.042％，进一步优选为0.045％。P含量的优选上限不足0.07％，进一步优选为0.068％，进一步优选为0.065％。
S：0.04～0.13％
硫(S)与Mn以及Ti结合，形成硫化物，提高钢的切削性。S含量若过低，则不能得到该效果。另一方面，S含量若过高，则钢的热加工性降低。因此，S含量为0.04～0.13％。S含量的优选下限比0.04％高，进一步优选为0.045％，进一步优选为0.05％。S含量的优选上限不足0.13％，进一步优选为0.125％，进一步优选为0.12％。
Cr：0.10～0.30％
铬(Cr)提高钢的强度。Cr含量若过低，则不能得到该效果。另一方面，Cr含量若过高，则钢的淬透性变高，在钢的组织中产生贝氏体。此时，钢的裂解性降低。Cr含量若过高则进一步使制造成本变高。因此，Cr含量为0.10～0.30％。Cr含量的优选下限比0.10％高，进一步优选为0.11％，进一步优选为0.12％。Cr含量的优选上限不足0.30％，进一步优选为0.25％，进一步优选为0.20％。
V：0.05～0.14％
对于钒(V)，在热锻造后的冷却过程中，在铁素体中以碳化物的形式析出，提高钢的屈服强度。V进一步与Ti共同含有，从而提高钢的裂解性。V含量若过低，则不能得到这些效果。另一方面，V含量若过高，则不仅钢的制造成本极度变高，而且切削性降低。因此，V含量为0.05～0.14％。V含量的优选下限比0.05％高，进一步优选为0.06％，进一步优选为0.07％。V含量的优选下限不足0.14％，进一步优选为0.13％，进一步优选不足0.13％。
Ti：超过0.15％且0.20％以下
钛(Ti)以碳化物或者氮化物的形式在钢中析出，提高钢的强度。Ti进一步生成硫化物或者碳硫化物，提高钢的切削性。
在热锻造前对涨断连杆用轧制钢材进行加热的情况下，Ti硫化物以及Ti碳硫化物中的Ti的一部分固溶。进而，在热锻造后钢材被大气放置冷却的情况下，至铁素体相变开始为止，Ti的一部分保持固溶状态。铁素体相变开始时，固溶Ti与铁素体中的V一同以碳化物的形式析出，提高钢的屈服强度以及拉伸强度。在铁素体相变时生成的Ti碳化物进一步使铁素体脆化，提高钢的裂解性。Ti含量若过低，则不能得到这些效果。另一方面，Ti含量若过高，则在热锻造前固溶的Ti含量变得过高。此时，钢的淬透性变高，生成贝氏体。进一步，析出的Ti碳化物的个数也变得过多，钢的拉伸强度变得过高。此时，钢的切削性降低。因此，Ti含量为超过0.15％且0.20％以下。Ti含量的优选上限不足0.20％，进一步优选为0.19％。
N：0.002～0.020％
氮(N)与Ti结合，形成氮化物，提高钢的强度。N含量若过低，则不能得到该效果。另一方面，N含量若过高，则该效果饱和。因此，N含量为0.002～0.020％。N含量的优选下限比0.002％高，进一步优选为0.003％，进一步优选为0.004％。N含量的优选上限不足0.020％，进一步优选为0.019％，进一步优选为0.018％。
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材的化学组成的余量为Fe以及杂质。其中，杂质是指在工业上制造钢材时，从作为原料的矿石、废料或者制造环境等混入的物质，意味着在不对本实施方式的钢材产生坏影响的范围内则是允许的。
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材的化学组成可以进一步含有选自由Cu、Ni以及Mo组成的组中的1种或者2种以上代替Fe的一部分。这些元素为任意元素，均提高钢的强度。
Cu：0～0.40％
钢(Cu)为任意元素，也可以不含。含有的情况下，Cu在钢中固溶，提高钢的强度。然而，Cu含量若过高，则不仅钢的制造成本变高，而且切削性降低。因此，Cu含量为0～0.40％。Cu含量的优选下限为0.01％，进一步优选为0.05％，进一步优选为0.10％。Cu含量的优选上限不足0.40％，进一步优选为0.35％，进一步优选为0.30％。
Ni：0～0.30％
镍(Ni)为任意元素，也可以含有。含有的情况下，Ni在钢中固溶，提高钢的强度。然而，Ni含量若过高，则不仅制造成本变高，而且夏氏冲击值上升，裂解性降低。因此，Ni含量为0～0.30％。Ni含量的优选下限为0.01％，进一步优选为0.02％，进一步优选为0.05％。Ni含量的优选上限不足0.30％，进一步优选为0.28％，进一步优选为0.25％。
Mo：0～0.10％
钼(Mo)为任意元素，也可以不含。含有的情况下，Mo在钢中固溶，提高钢的强度。Mo进一步在钢中形成碳化物，提高钢的强度。然而，Mo含量若过高，则淬透性变高，在热锻造后生成贝氏体。此时，钢的裂解性降低。因此，Mo含量为0～0.10％。Mo含量的优选下限为0.01％。Mo含量的优选上限不足0.10％，进一步优选为0.09％，进一步优选为0.08％。
基于本实施方式的涨断连杆用轧制钢材的化学组成可以进一步含有选自由Pb、Te、Ca以及Bi组成的组中的1种或者2种以上代替Fe的一部分。这些元素为任意元素，均提高钢的切削性。
Pb：0～0.30％
铅(Pb)为任意元素，也可以不含。含有的情况下，Pb提高钢的切削性。然而，Pb含量若过高，则钢的热加工性降低。因此，Pb含量为0～0.30％。Pb含量的优选下限为0.05％，进一步优选为0.10％。Pb含量的优选上限不足0.30％，进一步优选为0.25％，进一步优选为0.20％。
Te：0～0.30％
碲(Te)为任意元素，也可以不含。含有的情况下，Te提高钢的切削性。然而，Te含量若过高，则钢的热加工性降低。因此，Te含量为0～0.30％。Te含量的优选下限为0.0003％，进一步优选为0.0005％，进一步优选为0.0010％。Te含量的优选上限不足0.30％，进一步优选为0.25％，进一步优选为0.20％。
Ca：0～0.010％
钙(Ca)为任意元素，也可以不含。含有的情况下，Ca提高钢的切削性。然而，Ca含量若过高，则钢的热加工性降低。因此，Ca含量为0～0.010％。Ca含量的优选下限为0.0003％，进一步优选为0.0005％，进一步优选为0.0010％。Ca含量的优选上限不足0.010％，进一步优选为0.008％，进一步优选为0.005％。
Bi：0～0.30％
铋(Bi)为任意元素，也可以不含。含有的情况下，Bi降低钢的切削性。然而，Bi含量若过高，则钢的热加工性降低。因此，Bi含量为0～0.30％。Bi含量的优选下限为0.0003％，进一步优选为0.0005％，进一步优选为0.0010％。Bi含量的优选上限不足0.30％，进一步优选为0.20％，进一步优选为0.10％。
[对于式(1)]
本实施方式的钢材的化学组成中进一步由式(1)定义的fn1为0.65～0.80。
fn1＝C+Si/10+Mn/5+5Cr/22+(Cu+Ni)/20+Mo/2+33V/20-5S/7···(1)
式(1)中的元素标记代入对应的元素的含量(质量％)。不含与式(1)中的元素标记对应的元素的情况下，在该元素标记中代入“0”。
fn1与钢的热锻造后的拉伸强度具有正相关关系。fn1比0.80高的情况下，钢的拉伸强度变得过高，钢的切削性降低。fn1进一步与钢的屈服强度具有正相关关系。因此，fn1不足0.65时，钢的强度降低。fn1若为0.65～0.80，则钢材具有优异的强度以及切削性。fn1的优选下限比0.65高，进一步优选为0.66，进一步优选为0.67。fn1的优选上限为不足0.80，进一步优选为0.79，进一步优选为0.78。
[析出物中的V含量以及Ti含量]
本实施方式中进一步具有200nm以上的粒径的粗大析出物中的V含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的V含量的比率为70％以下。进而，上述粗大夹杂物中的Ti含量相对于涨断连杆用轧制钢材中的Ti含量的比率为50％以上。以下，详细叙述该点。
[析出物中的V含量]
在本实施方式中，V以碳化物的形式析出。更详细而言，V在热锻造前的加热阶段一旦固溶，在热锻造后的冷却中，以碳化物的形式在相变中的奥氏体-铁素体界面析出(相界面析出)。通过V碳化物的相界面析出，热锻造后的钢材的屈服强度变高。为了得到该效果，在热锻造前的钢材中，优选V在奥氏体中固溶。
为了促进含有V的析出物(以下，称为V析出物)的固溶，使热锻造前的V析出物微细化，使V析出物的总表面积增大是有效的。即，涨断连杆用轧制钢材中的V析出物微细对于V的固溶是有效的。这是因为，若V析出物微细，其总表面积大，则热锻造时的加热温度即便为低温(例如1000℃)，在加热中V也充分固溶于奥氏体。
将涨断连杆用轧制钢材整体中的V含量设为Vm(质量％)，将钢材整体中的粗大析出物中的V含量设为Vp(质量％)时，由式(2)定义的V比率Rv若为70％以下，则涨断连杆用轧制钢材中的V析出物足够微细。因此，热锻造的加热时V充分地固溶。因此，热锻造后的冷却过程中V碳化物微细地析出，热锻造后的钢材得到高强度。
Rv＝Vp/Vm×100 (2)
Vm以及Vp用以下的方法测定。自圆棒状的涨断连杆用轧制钢材的任意的R/2部分(在钢材的截面中，包含将钢材的中心轴线与钢材的外周面之间2等分的点的区域)采取直径8mm、长度12mm的圆柱试验片。圆柱试验片的长度与钢材的轴向平行。
使用圆柱试验片，实施基于电解法的提取残渣分析。具体而言，使电流恒定，调整电解时间，去除自圆柱试验片的表面至200μm深度为止的表层。由此，去除在圆柱试验片的表面附着的杂质。去除表层之后，更换电解液从而准备新的电解液。电解液均使用AA系电解液(含有10vol％乙酰丙酮和1vol％四甲基氯化铵，余量为甲醇的电解液)。
使用上述新的电解液，对于圆柱试验片实施电解。此时，使电流恒定为1000mA，以所电解的圆柱试验片的体积成为0.5cm3的方式，调整电解时间。使用网眼尺寸为200nm的过滤器过滤电解后的电解液，得到残渣。所得到的残渣相当于粗大析出物。
对于所得到的残渣，实施感应耦合等离子体(IPC)发射光谱分析法，求出粗大析出物中的V含量Vp(％)。具体而言，Vp用以下的式子求出。
Vp＝0.5cm3的钢材内的粗大析出物中的V量(mg)/0.5cm3的钢材的质量(mg)×100
另一方面，使用电解后的圆柱试验片，用以下的方法测定涨断连杆用轧制钢材中的V含量。从圆柱试验片采取切屑。切屑例如是对圆柱试验片进行车床加工而得到的。对于切屑实施IPC发射光谱分析法，求出V含量Vm(％)。使用所得到的Vp以及Vm，通过式(2)而求出V比率Rv(％)。
[析出物中的Ti含量]
在本实施方式中，Ti以Ti碳化物或者Ti氮化物、Ti硫化物或者Ti碳硫化物的形式析出。Ti硫化物以及Ti碳硫化物提高钢材的裂解性。然而，在热锻造时的加热中，过量地溶解Ti硫化物以及Ti碳硫化物而使在奥氏体中固溶的Ti量增加是不优选的。热锻造时的加热温度成为高温(例如1280℃)的情况下，在奥氏体中固溶的Ti量若过多，则在热锻造后的冷却工序中，Ti碳化物过量地析出。此时，热锻造后的钢材的强度变得过高，切削性降低。
奥氏体中的固溶Ti量若过多，进而在冷却中生成贝氏体。贝氏体使钢材的夏氏冲击值过度地提高。因此，钢材的裂解性降低。
因此，Ti硫化物以及Ti碳硫化物优选在热锻造的加热中尽可能不熔融。为了抑制Ti的过量的固溶，将热锻造前的含有Ti的析出物(以下，称为Ti析出物)粗大化而使Ti析出物的表面积减小是有效的。这是因为，若Ti析出物粗大、其总表面积小，则热锻造时的加热温度即便为高温(例如1280℃)，在加热中Ti也不易固溶于奥氏体。
将涨断连杆用轧制钢材中的Ti含量定义为Tim(％)，将粗大析出物中的Ti含量定义为Tip(％)。此时，由式(3)定义的Ti比率Rti若为50％以上，则涨断连杆用轧制钢材中的Ti析出物足够粗大。因此，可以充分抑制Ti在热锻造的加热时过量固溶。因此，热锻造后的钢材得到高切削性以及裂解性。
Rti＝Tip/Tim×100 (3)
Tim以及Tip用以下方法测定。与求出Vm以及Vp时同样地采取圆柱试验片。接着，在与求出Vm以及Vp的情况相同的条件下进行电解，得到残渣(粗大析出物)。对于残渣，在与求出Vp的情况相同的条件下实施ICP发射光谱分析法，求出粗大析出物中的Ti含量Tip(％)。具体而言，Tip用以下的式子求出。
Tip＝0.5cm3的钢材内粗大析出物中的Ti量(mg)/0.5cm3的钢材的质量(mg)×100
进而，用与求出Vm的情况相同的方法采取切屑。对于所采取的切屑，在与求出Vm的情况相同的条件下实施ICP发射光谱分析法，求出钢材中的Ti含量Tim(％)。使用所得到的Tip以及Tim，由式(3)求出Ti比率Rti(％)。
优选Ti比率Rti比50％高，进一步优选为60％以上，进一步优选为70％以上。
[制造方法]
说明上述的涨断连杆用轧制钢材的制造方法的一个例子。
用公知的方法制造具有上述化学组成的钢水。使用所制造的钢水，利用连续铸造法制造铸坯(板坯或者方坯)。可以利用钢水，利用铸锭法制造铸块。也可以利用连续铸造法制造钢坯(billet)。
对所制造的铸坯或者铸块进行热加工而制造钢坯。热加工例如为热轧。热轧例如利用初轧机以及多个轧机排成一列的连轧机而实施。
使用钢坯而制造棒钢(涨断连杆用轧制钢材)。具体而言，用加热炉对钢坯进行加热(加热工序)。加热后，使用连轧机，对钢坯进行热轧，制成棒状的涨断连杆用轧制钢材(热轧工序)。以下，对于各工序进行说明。
[加热工序]
在加热工序中，在1000～1100℃下对钢坯进行加热。加热温度Tf若过低，则钢坯中的V析出物不易溶解。因此，钢坯中存在的粗大的V析出物延续至热轧后，轧制后的钢材中的粗大的V析出物变多。因此，V比率Rv超过70％。进而，加热温度Tf若过低，则在加热中Ti析出物未聚集及生长，不易粗大化。因此，在轧制后的钢材中粗大的Ti析出物少，Ti比率Rti变得不足50％。
加热温度Tf若高，则Ti析出物聚集及生长。然而，加热温度Tf若过高，则在加热中Ti析出物过度地固溶。固溶的Ti在轧制中或者冷却中以碳化物的形式微细地析出。因此，Ti比率Rti变得不足50％。
加热温度Tf若为1000～1100℃，则V析出物适度地溶解，Ti析出物在加热中聚集及生长而粗大化。若还满足后述的热轧工序的条件，则在轧制后的涨断连杆用轧制钢材中，V比率Rv变为70％以下，Ti比率Rti变为50％以上。
[热轧工序]
使用连轧机，对加热后的钢坯进行热轧，制造涨断连杆用轧制钢材。
连轧机具备多个辊组。辊组包含围绕轧制轴(轧制线)而配置的一对辊或者3个以上辊。轧制轴意味着所轧制的钢坯通过的线。多个辊组排列为一列。各辊组收纳于对应的轧机中。
在热轧工序中，轧制速度Vr为5～20m/秒。轧制速度Vr如以下定义。连轧机的多个辊组之中，测定钢坯的前端从被最前列的辊组轧制到被轧制所用的末尾的辊组轧制为止的时间t0(秒)。时间t0通过确认对最前列的辊施加的负载和对末尾的辊施加的负载，从而可以测定。使用时间t0，通过式(4)而求出轧制速度Vr(m/秒)。
Vr＝从最前列辊组的中心至末尾辊组的中心为止的轧制轴上的距离/t0(4)
总之，轧制速度Vr意味着在整个热轧中的轧制速度。轧制速度Vr若过慢，则不易产生基于热轧的加工发热。因此，轧制中，被轧制材的温度降低。此时，在轧制中Ti析出物不易聚集及生长。其结果，Ti比率Rti不足50％。
另一方面，轧制速度Vr若过快，则在轧制中的被轧制材中，容易产生过量的加工发热。此时，在轧制中析出的V碳化物粗大化。因此，大量生成粗大的V析出物。其结果，V比率Rv超过70％。
进而，对于断面收缩率成为50～70％的轧制中的被轧制材进行1～3秒水冷。断面收缩率如以下定义。求出在热轧工序中，成为原材料的钢坯的横截面积(相对于钢坯的中心轴，垂直的截面的面积)A0(mm2)。接着，求出在连轧机中，通过任意的辊组之后的被轧制材的横截面积A1(mm2)。横截面积A1可以根据任意的辊组的孔型计算。至任意的辊组为止实际对被轧制材进行轧制，求出横截面积A1即可。
使用A0以及A1，通过式(5)求出断面收缩率(％)。
断面收缩率＝(A0-A1)/A0×100 (5)
在断面收缩率为50～70％的位置，对轧制中的被轧制材实施1～3秒水冷。例如，在断面收缩率达到50～70％的辊组之间(轧机与轧机之间)设置水冷设备(水冷带)。并且，对通过水冷设备内的被轧制材进行水冷。水冷时的水量为100～300升/秒。
水冷时间tw若过短，则由于加工发热导致被轧制材的温度变得过高。此时，在轧制中析出的V碳化物粗大化。因此，大量生成粗大的V析出物。其结果，V比率Rv超过70％。
另一方面，水冷时间tw若过长，则被轧制材的温度变得过低。此时，在轧制中Ti析出物未聚集及生长，不易粗大化。其结果，Ti比率Rti不足50％。
加热温度Tf、轧制速度Vr以及水冷时间tw若在上述范围内，则在轧制后的钢材中，V比率Rv变为70％以下，Ti比率Rti变为50％以上。
[连杆制造工序]
说明使用涨断连杆用轧制钢材的涨断连杆的制造方法的一个例子。起初，用加热炉对钢材进行加热。然后，对于经过加热的钢材，实施热锻造制造涨断连杆。优选热锻造时的加工度为0.22以上。其中，加工度在锻造工序中，设为除了毛刺之外的部分产生的对数应变的最大值。
将热锻造后的涨断连杆放置冷却至常温为止。对于冷却后的涨断连杆，根据需要实施机械加工。通过以上工序而制造涨断连杆。
使用本实施方式的涨断连杆用轧制钢材的情况下，热锻造时的加热温度若为1000～1280℃的范围内，则所制造的涨断连杆具有优异的裂解性、优异的切削性以及优异的屈服强度。
实施例
制造具有表1所示化学组成的钢水。
[表1]
参照表1，钢A～Q的化学组成为合适的，由式(1)定义的fn1也在00.65～0.80的范围内。另一方面，对于钢R～AB，化学组成内的任意元素含量或者fn1是不合适的。钢AB的化学组成为专利文献1中记载的钢的化学组成的范围内。
用70吨转炉制造钢A以及B，在3吨试制炉中分别制造钢C～AB。使用所制造的钢水，制造方坯或者铸块。对所制造的方坯或者铸块进行初轧，制造钢坯。初轧时的钢材的加热温度为1100℃。钢坯的横截面(与钢坯的轴向垂直的截面)为180mm×180mm的矩形。各试验编号中使用的钢坯的钢种如表2中的“原材料”栏中所示。
使用连轧机，对钢坯进行热轧，制造试验编号1～42的涨断连杆用轧制钢材。此时，加热温度Tf、轧制速度Vr、以及水冷时间tw如表2中所示。对断面收缩率为65％的被轧制材(钢坯)实施水冷。水量为200升/秒。
[表2]
表2
1)#表示化学成分偏离本实施方式的规定。
2)*表示偏离本实施方式的规定。
各试验编号的涨断连杆用轧制钢材均为具有35mm的直径的圆棒。
[V比率Rv以及Ti比率Rti测定试验]
基于上述的测定方法，求出各试验编号的Vm(％)、Vp(％)、Tim(％)以及Tip(％)。进而使用式(2)以及式(3)，求出V比率Rv以及Ti比率Rti。将所得到的V比率Rv以及Ti比率Rti示于表2。
[模拟锻造品的制造]
从试验编号1～41的各个圆棒采取多个小型圆棒试验片和多个大型圆棒试验片。小型圆棒试验片的直径为22mm，长度为50mm。小型圆棒试验片的中心轴与对应的具有35mm的直径的试验编号的圆棒的中心轴一致。大型圆棒试验片的直径为32mm，长度为50mm。大型圆棒试验片的中心轴与对应的具有35mm的直径的试验编号的圆棒的中心轴一致。
对各小型圆棒试验片进行加热，在1000℃下保持5分钟。之后，实施前方挤出加工，制造具有20mm的直径的圆棒。对加工后的圆棒进行大气放置冷却。前方挤出加工中的断面收缩率为20％。以下，将由小型圆棒试验片制造的圆棒称为“低温模拟锻造品”。
对各大型圆棒试验片进行加热，在1280℃下保持5分钟。之后，实施前方挤出加工，制造具有20mm的直径的圆棒。对加工后的圆棒进行大气放置冷却。前方挤出加工中的断面收缩率为60％。以下，将由大型圆棒试验片制造的圆棒称为“高温模拟锻造品”。
[基准锻造品的制作]
由试验编号42的圆棒采取多个大型圆棒试验片。对大型圆棒试验片进行加热，在1250℃下保持5分钟。之后，实施前方挤出加工，制造具有20mm的直径的圆棒。以下，将试验编号42的模拟锻造品称为“基准品”。
[显微组织观察试验]
使用各试验编号的低温模拟锻造品、高温模拟锻造品以及基准品，实施显微组织观察试验。具体而言，各锻造品(低温模拟锻造品、高温模拟锻造品、基准品)的横截面之中采取包含R/2部的样品。样品之中，研磨相当于包含R/2部的横截面的表面(以下，称为观察面)，用硝酸乙醇腐蚀液进行腐蚀。腐蚀后，用400倍的光学显微镜，观察观察面的显微组织。
[裂解性评价试验]
对于各锻造品，实施夏氏冲击试验，评价裂解性。具体而言，从各锻造品的中央部，采取JIS Z 2202(2012)中记载的V型切口试验片(4号试验片)。使用该试验片，在大气中的室温(25℃)下实施夏氏冲击试验，求出冲击值(J/cm2)。冲击值为10J/cm2以下时，评价裂解性优异。
[屈服强度以及拉伸强度评价试验]
从各锻造品的R/2部采取JIS 14A号试验片。使用所采取的试验片，在大气中的室温(25℃)下实施拉伸试验，求出屈服强度YS(MPa)以及拉伸强度TS(MPa)。
求出各试验编号1～41的屈服强度YS(MPa)的，相对于基准品的屈服强度YS(MPa)的比Rys(单位为％，以下称为屈服强度比)。进而，求出各试验编号1～41的拉伸强度TS(MPa)的，相对于基准品的拉伸强度TS(MPa)的比Rts(单位为％，以下称为拉伸强度比)。
屈服强度比Rys若为110％以上，则评价屈服强度优异。进而，拉伸强度比Rts若为100％以下，则评价切削性优异。
[试验结果]
在表3中示出试验结果。表3中的“显微组织”栏中的“F”意味着观察到铁素体。“P”意味着观察到珠光体。“B”意味着观察到贝氏体。
[表3]
参照表3，试验编号1～19的化学组成是合适的，fn1值也是合适的。进而，V比率Rv以及Ti比率Rti也是合适的。进而，显微组织为铁素体以及珠光体，贝氏体未被观察到。因此，低温模拟锻造品与高温模拟锻造品的夏氏冲击值均为10J/cm2以下，屈服强度比Rys均为110％以上，拉伸强度比Rts均为100％以下。
另一方面，试验编号20以及28的钢的V含量过低。因此，低温模拟锻造品以及高温模拟锻造品的屈服强度比Rys均不足110％。
试验编号21以及24的钢的各元素含量是合适的，但fn1不足0.65。因此，低温模拟锻造品以及高温模拟锻造品的屈服强度比Rys均不足110％。
试验编号22以及25的各元素含量是合适的，但fn1超过0.80。因此，低温模拟锻造品以及高温模拟锻造品的拉伸强度比Rts均超过100％。
试验编号23以及27的钢的Ti含量过低。因此，低温模拟锻造品以及高温模拟锻造品的夏氏冲击值超过10J/cm2，裂解性低。
试验编号26的C含量过高。因此，低温模拟锻造品以及高温模拟锻造品的拉伸强度比Rts超过100％，切削性低。
试验编号29的Mo含量过高。因此，在显微组织中，确认到贝氏体。进而，极少观察到铁素体以及珠光体。试验编号29的低温模拟锻造品以及高温模拟锻造品的夏氏冲击超过10J/cm2，裂解性低。
试验编号30以及36的化学组成是合适的，fn1值也在0.65～0.80的范围内。然而，加热温度Tf过低。因此，V比率Rv过高，Ti比率Rti过低。其结果，低温模拟锻造品的屈服强度比Rys过低。进而，在高温模拟锻造品的显微组织中观察到贝氏体。因此，夏氏冲击值超过10J/cm2，裂解性低。进而，拉伸强度比Rts超过100％，切削性低。
试验编号31以及37的化学组成是合适的，fn1值也在0.65～0.80的范围内。然而，水冷时间tw过短。因此，V比率Rv过高。其结果，低温锻造品的屈服强度比Rys低。
试验编号32以及38的化学组成是合适的，fn1值也在0.65～0.80的范围内。然而，水冷时间tw过长。因此，Ti比率Rti过低。进而，在高温模拟锻造品的显微组织中观察到贝氏体。因此，夏氏冲击值超过10J/cm2，裂解性低。进而，拉伸强度比Rts超过100％，切削性低。
试验编号33以及39的化学组成是合适的，fn1值也在0.65～0.80的范围内。然而，轧制速度Vr过慢。因此，Ti比率Rti过低。进而，在高温模拟锻造品的显微组织中观察到贝氏体。因此，夏氏冲击值超过10J/cm2，裂解性低。进而，拉伸强度比Rts超过100％，切削性低。
试验编号34以及40的化学组成是合适的，fn1值也在0.65～0.80的范围内。然而，轧制速度Vr过快。因此，V比率Rv过高。其结果，低温锻造品的屈服强度比Rys低。
试验编号35以及41的化学组成是合适的，fn1值也在0.65～0.80的范围内。然而，加热温度Tf过高。因此，Ti比率Rti过低。其结果，在低温模拟锻造品中，屈服强度比Rys过低。进而，在高温模拟锻造品的显微组织中观察到贝氏体。因此，夏氏冲击值超过10J/cm2，裂解性低。
以上，说明了本发明的实施方式。然而，上述的实施方式只不过是用于实施本发明的例示。因此，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内可以对上述的实施方式进行适宜变更并实施。

Claims (3)

1.一种涨断连杆用轧制钢材，其具有以质量％计
C：0.30～0.40％、
Si：0.60～1.00％、
Mn：0.50～1.00％、
P：0.04～0.07％、
S：0.04～0.13％、
Cr：0.10～0.30％、
V：0.05～0.14％、
Ti：超过0.15％且0.20％以下、
N：0.002～0.020％、
Cu：0～0.40％、
Ni：0～0.30％、
Mo：0～0.10％、
Pb：0～0.30％、
Te：0～0.30％、
Ca：0～0.010％、
Bi：0～0.30％、以及、
余量为Fe以及杂质，
由式(1)定义的fn1为0.65～0.80的化学组成；
具有200nm以上的粒径的粗大析出物中的V含量相对于所述涨断连杆用轧制钢材中的V含量的比率为70％以下，
所述粗大析出物中的Ti含量相对于所述涨断连杆用轧制钢材中的Ti含量的比率为50％以上，
fn1＝C+Si/10+Mn/5+5Cr/22+(Cu+Ni)/20+Mo/2+33V/20-5S/7···式(1)
其中，式(1)中的元素标记代入对应的元素的质量％含量，不含有对应的元素时代入“0”。
2.根据权利要求1所述的涨断连杆用轧制钢材，其中，所述化学组成含有选自由
Cu：0.01～0.40％、
Ni：0.01～0.30％、以及
Mo：0.01～0.10％组成的组中的1种或者2种以上。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的涨断连杆用轧制钢材，其中，所述化学组成含有选自由
Pb：0.05～0.30％、
Te：0.0003～0.30％、
Ca：0.0003～0.010％、以及
Bi：0.0003～0.30％组成的组中的1种或者2种以上。
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