JP2001030036A - 高強度非調質鋼部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間鍛造による自動車部品の製造において、
鋼を熱間鍛造後、直接、油冷して、穴明けを主体とす
る、機械加工性に優れ且つ耐座屈性、耐疲労性に優れた
高強度部品を製造する。 【解決手段】 Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．
０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．５０〜２．００％、Ｃ
ｒ：０．３０〜１．５０％、Ｂ：０．０００５〜０．０
０５０％、Ａｌ：０．０１０〜０．１００％、Ｎ：０．
０１０％以下（以上、重量％）を含有し、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物からなり、更に、次式、Ｐ ₁＝Ｃ＋
（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｒ／２０）で算出される表面硬化
パラメータＰ₁が、０．１５〜０．２５％の範囲内で、
且つ、次式、Ｐ₂＝Ｍｎ＋Ｃｒで算出される内部硬化パ
ラメータＰ₂が、１．２０〜２．８０％の範囲内にある
鋼材を熱間鍛造し、次いで、直接油冷を行い、このよう
にして得られた鋼材の表面のロックウェルＣ硬さを２５
以上、３５未満、表層から２ｍｍ以下の内部のロックウ
ェルＣ硬さを、表面硬さより低く、且つ、２０以上、３
０未満とし、そして、機械加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高強度で且つ機
械加工性に優れた、熱間鍛造による非調質鋼部品を製造
する方法およびその部品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジン部品であるコネクティ
ングロッド（以下コンロッドという）、あるいは、自動
車の足廻り部品であるナックル等の部品は、従来Ｓ５０
Ｃ等の機械構造用鋼を熱間鍛造し、その後、焼入れ・焼
戻しを施して、所望の機械的性質を付与し、そして、ド
リル穴明け等の機械加工により仕上げて部品として供さ
れてきた。

【０００３】しかし、焼入れ・焼戻し処理は、鋼をオー
ステナイト状態に再加熱して、水または油に焼入れし、
次いで、再び４００〜６００℃の間の温度に再加熱して
焼戻すため、コストおよび時間のかかるものであった。

【０００４】この焼入れ・焼戻し処理を省略するため非
調質鋼がこれまで多く開示されている。これらの非調質
鋼は、Ｖを０．０５〜０．３０％程度含有する鋼を、熱
間鍛造し、次いで、空冷または風冷して微細なＶ炭窒化
物を析出させ、かくして、降伏応力および引張強さを高
めるものである。例えば、特開昭５８−５２４５８に
は、Ｖ：０．０８〜０．１５％含有するフェライト＋ベ
イナイト組織の非調質鋼が、特開昭５８−１６７７５１
には、Ｖ：０．０５〜０．２０％合有するフェライト＋
パーライト＋ベイナイト組織の非調質鋼が開示されてい
る。

【０００５】しかしながら、上記非調質鋼は、緻密な焼
戻しマルテンサイト組織を有する従来の焼入れ焼戻し鋼
に比較すると降伏応力が劣り、また、硬度分布が表面か
ら芯部まで比較的差が小さく均一である。

【０００６】エンジン部品であるコンロッドにおいて
は、エンジンの回転に伴い、引張力、圧縮力が繰り返し
かかる。従って、表面の硬さが低く、また、降伏応力が
低い場合には、断面寸法を大きくしない限り座屈が発生
したり、疲労強度が低下する等の問題が生じる。このた
めに小型で軽量の部品とすることは困難であった。

【０００７】上記空冷型、風冷型非調質鋼に対し、特開
昭６３−３１２９４９には、熱間鍛造後、直接、水冷し
て、組織をマルテンサイトおよび／またはベイナイトに
する高靱性熱間鍛造用非調質鋼が開示きれている。

【０００８】即ち、Ｃを０．０４〜０．２０％と低めに
押さえ、Ｍｎを０．８〜２．０％と高めとし、更に、Ｂ
を添加して焼入れ性を高めた鋼を、熱間鍛造後、直接、
水冷して焼戻しを施すことなく、高強度高靱性としたも
のである。

【０００９】しかしながら、水冷材の硬さ、特に表面の
硬さは、ほとんど炭素量によって決定される。即ち、図
１に示すように、水冷材の表面硬さは、９９．９％マル
テンサイト硬さに相当し、炭素量０．１０％の場合に
は、ロックウェルＣ硬さ（ＨＲＣ）が約４０にもなって
しまい、旋削、穴明け等の機械加工に適したＨＲＣ約３
０にまで低下させることが困難である。

【００１０】また、Ｓ５０Ｃ等の中炭素の機械構造用鋼
を熱間鍛造後に水冷すると、焼割れが発生することがあ
る。焼割れは、微細なものになると見落としがちで、そ
のまま使用すると重大欠陥につながる恐れがある。かか
る重大欠陥を回避するために、熱間鍛造後に水冷が施さ
れることはほとんどなく、多くの場合、油冷が施され
る。従って、鍛造後に水冷を施すには、設備を水冷用に
改造しなければならず、莫大な改造費用を必要とする。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、自動
車部品の製造に当たり、従来法のＳ５０Ｃ等の機械構造
用鋼を用いた場合には、焼入れ・焼戻しを必要とするこ
とによる製造コストの上昇が避けられない。

【００１２】また、熱間鍛造後の空冷、風冷ままで使用
する非調質鋼部品においては、降伏応力が焼入れ・焼戻
し材に比較して低く、そのままでは座屈等の問題を生
じ、このため部品の寸法を大きくする必要があり、軽量
化、省エネルギーの点で問題があった。

【００１３】更に、熱間鍛造後、水冷する非調質鋼にお
いては、水冷では表面の硬さを機械加工に適した硬さに
まで下げることが困難である。また、焼割れの発生する
ことがあることから、ほとんど水冷設備が設置されてい
ない問題があり、この水冷設備を油冷設備に替えること
は、多額の費用を要すると共に、現在、油冷で製造して
いる部品が存在することから不可能なことである。

【００１４】従って、この発明が解決すべき課題は、非
調質鋼部品の製造に当たり、広く設置されている油冷設
備により冷却することを前提とし、降伏応力を高め、耐
座屈性および耐疲労性に優れた部品としての性能を付与
するため、表面の硬さは適度に高く、一方、機械加工
性、特に、穴明け加工性に優れたものとするために、内
部は必要以上に硬くない非調質鋼部品を製造することに
ある。

【００１５】即ち、この発明の目的は、高強度で機械加
工性に優れた、熱間鍛造による非調質鋼部品を製造する
方法およびその部品を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、熱間鍛造後、油冷することにより、高強度で
且つ機械加工性に優れた非調質鋼部品の製造方法を開発
すべく鋭意研究を重ねた。その結果、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒの
化学成分を最適な含有率に調整した鋼を、熱間鍛造後、
油冷することにより、表面硬さが適度に高く、また、内
部硬さが必要以上に硬くない非調質鋼部品の安価な製造
方法を見い出すに至った。この発明の特徴は、以下の通
りである。

【００１７】請求項１記載の発明は、Ｃ ：０．０５〜
０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．
５０〜２．００％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｂ
：０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．０１０
〜０．１００％、Ｎ ：０．０１０％以下（以上、重量
％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
り、更に、下記（１）式、 Ｐ₁＝Ｃ＋（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｒ／２０） ---(１） で算出される表面硬化パラメータＰ₁が、０．１５〜
０．２５％の範囲内で、且つ、下記（２）式、 Ｐ₂＝Ｍｎ＋Ｃｒ ---(２） 但し、上記（１）および（２）式中の各元素は、重量％
表示による鋼材の各含有率の値、で算出される内部硬化
パラメータＰ₂が、１．２０〜２．８０％の範囲内にあ
る鋼材を熱間鍛造し、次いで、直接油冷を行い、このよ
うにして得られた鋼材の表面のロックウェルＣ硬さを２
５以上、３５未満、表層から２ｍｍ以下の内部のロック
ウェルＣ硬さを、表面硬さより低く、且つ、２０以上、
３０未満とし、そして、機械加工することに特徴を有す
るものである。

【００１８】請求項２記載の発明は、Ｃ ：０．０５〜
０．２０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．
５０〜２．００％、Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、Ｂ
：０．０００５〜０．００５０％、Ａｌ：０．０１０
〜０．１００％、Ｎ ：０．０１０％以下（以上、重量
％）を含有し、更に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂのうちの少なく
とも１種を０．０１０〜０．０５０％含有し、残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなり、更に、下記（１）式、 Ｐ₁＝Ｃ＋（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｒ／２０） ---(１） で算出される表面硬化パラメータＰ₁が、０．１５〜
０．２５％の範囲内で、且つ、下記（２）式、 Ｐ₂＝Ｍｎ＋Ｃｒ ---(２） 但し、上記（１）および（２）式中の各元素は、重量％
表示による鋼材中の各含有率の値、で算出される内部硬
化パラメータＰ₂が、１．２０〜２．８０％の範囲内に
ある鋼材を熱間鍛造し、次いで、直接油冷を行い、この
ようにして得られた鋼材の表面のロックウェルＣ硬さを
２５以上、３５未満、表層から２ｍｍ以下の内部のロッ
クウェルＣ硬さを、表面硬さより低く、且つ、２０以
上、３０未満とし、そして、機械加工することに特徴を
有するものである。

【００１９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の方法により高強度非調質鋼部品を製造することに
特徴を有するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明において使用する鋼材の
化学成分組成、および、熱間鍛造後、油冷された鋼材の
硬さの限定理由について説明する。

【００２１】Ｃ（カーボン）：０．０５〜０．２０％ Ｃは、安価に強度を確保するための重要な元素である。
Ｃ量が０．０５％未満では、所望の強度を確保するのに
多量の合金元素を必要とし、Ｃ含有量の少ない合金添加
剤、例えば、電解Ｍｎや電解Ｃｒを使用しなければなら
ず、コストが上昇する。油冷材の表面では、その冷却能
は、油温や攪拌によって若干変化するが、概ね、９０％
マルテンサイト硬さに相当する硬さが得られ、図１から
明らかなように、Ｃ量を０．０９％とすることによっ
て、ＨＲＣ３０の硬さを得ることができる。一方、０．
２０％を超えると、冷却能を落として、焼入れ後に得ら
れるマルテンサイトを８０％程度に低下させても、表面
の硬さをＨＲＣ３５未満にすることは困難である。従っ
て、Ｃ含有量を０．０５〜０．２０％の範囲内に限定し
た。

【００２２】Ｍｎ（マンガン）：０．５０〜２．００％ Ｍｎは、鋼中のＳをＭｎＳとして無害化して、鋼の熱間
延性を向上させる。また、焼入れ性を向上させて焼入れ
後の組織中のマルテンサイトの量を高め、これにより降
伏応力、強度を高める。油焼入れにおいてＭｎの含有量
は、０．５０％以上でないと、油冷後の鋼材内部を所望
の硬さに維持することが困難である。しかし、２．００
％を超えると鋼の粘性が高くなって、加工時の切り屑が
繋がりやすくなる。また、鋼材内部が硬くなり過ぎて、
機械加工性を低下させ、特に、穴明け工具の寿命を低下
させる。従って、Ｍｎ含有量は、０．５０〜２．００％
の範囲内に限定する。

【００２３】Ｃｒ（クロム）：０．３０〜１．５０％ Ｃｒは、Ｍｎとの併用による相乗効果によって、焼入れ
性を大きく向上させ、油冷後のマルテンサイトの量を増
加させる。Ｃｒが０．３０％未満では、焼入れ性を向上
させる効果が少ない。しかし、Ｃｒの含有量は、１．５
０％まででその目的は達成される。また、Ｃｒは、Ｍｎ
より若干ではあるが高価な元素である。従って、Ｃｒ含
有量は、０．３０〜１．５０％の範囲内に限定する。

【００２４】Ｓｉ(シリコン)：０．０５〜０．５０％ Ｓｉは、脱酸剤として重要な元素である。Ｓｉが０．０
５％未満では、脱酸不良で酸素の高い鋼になり、大きな
ブローホールが残存して表面疵の原因となる。しかし、
０．５０％を超えると、変形抵抗が増大して製造型の寿
命が短くなる他、鍛造加熱中の脱炭が大きくなり、冷却
後の表面硬さか低下する。従って、Ｓｉ含有量は、０．
０５〜０．５０％の範囲内に限定する。

【００２５】Ｂ（ボロン）：０．０００５〜０．００５
０％ Ｂは、微量で焼入れ性を高める元素であるが、焼入れ性
に有効に作用させるためには０．０００５％以上の添加
を必要とする。しかし、０．００５０％を超えて添加し
ても効果は飽和するのみならず、多量の炭ほう化物を析
出し、割れの原困となったり、靱性を低下させたりす
る。従って、Ｂ含有量は、０．０００５〜０．００５０
％の範囲内に限定する。

【００２６】Ａｌ（アルミニウム）：０．０１０〜０．
１００％ Ａｌは、脱酸剤として重要な元素であると共に、ＡｌＮ
を析出し結晶粒を微細にする元素である。これらの目的
のためにはＡ１は、少なくとも０．０１０％以上添加す
る必要がある。しかし、０．１００％を超えると、酸化
物系介在物の量が多くなって、鋼の清浄性を低下させ、
熱間加工時の割れの原因となる。また、連続鋳造におい
てＡｌ₂０₃がノズルに堆積してノズル詰まりを引き起こ
す。従って、Ａｌ含有量は、０．０１０〜０．１００％
の範囲内に限定する。

【００２７】Ｎ(窒素)：０．０１０％以下 Ｎは、Ｂと結合してＢＮを析出し、Ｂの焼入れ性効果を
阻害すると共に、靱性を低下させる。微量の焼入れ性を
有効ならしめるには、Ｎは、０．０１０％以下とする必
要がある。従って、Ｎ含有量は、０．０１０％以下に限
定した。

【００２８】Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、
Ｎｂ（ニオブ）：０．０１０〜０．０５０％ Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂは、何れも炭化物、窒化物を析出し、
結晶粒を微細化する。また、何れの元素もＢよりＮとの
結合力が強く、Ｎを窒化物として固定することによりＢ
の焼入れ性効果を有効ならしめる。しかし、これら元素
の単独または総計での添加量が０．０１０％未満では、
その効果は小さい。一方、０．０５０％までの添加で十
分に目的は達せられる。従って、これら元素のうちの少
なくとも１種の含有量は、０．０１０〜０．０５０％の
範囲内に限定する。

【００２９】なお、以上の元素の他に、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ａｓ等の不可避的に混入する元素を
合む。Ｓは、機械加工性を向上させる元素であるので、
０．１０％までの添加は許容される。またＰｂ、Ｃａを
適宜使用することも差し支えない。またＮｉ、Ｍｏは高
価な元素であり、その使用は差し控えるべきであるが、
０．３０％までの使用はコスト上昇も比較的小さいの
で、使用しても差し支えはない。

【００３０】表面硬化パラメータＰ₁：０．１５〜：
０．２５％ 冷却能力が水より劣る油焼入れといえども、焼入れまま
硬さに及ぼすＣの影響は大きく、特に表面では部品の大
きさにもよるが、概ね、９０％マルテンサイトに相当す
る硬さになる。座屈を起こさず、疲労強度の高い部品と
するには、表面の硬さを内部より高くするのが望まし
い。油冷によって表面の高さをＨＲＣ２５以上とするに
は表面硬化パラメータＰ₁、即ち、Ｃ＋（Ｍｎ／２０）
＋（Ｃｒ／２０）は、０．１５％以上必要である。しか
し、Ｐ₁が０．２５％を超えると、表面、芯部共、硬く
なりすぎて、工具寿命の低下、切り屑処理性の低下を招
く。従って、Ｐ₁の範囲は、０．１５〜０．２５％の範
囲内に限定する。

【００３１】内部硬化パラメータＰ₂：１．２０〜２．
８０ 油冷において、内部の硬さを確保するには、ある程度、
焼入れ性を高める必要がある。ＭｎとＣｒは、比較的安
価な元素であり、両者を併用することによりその相乗効
果で焼入れ性を大きく向上させることができる。この目
的で用いる場合にはＰ₂は、１．２０％以上必要とす
る。しかし、Ｐ₂が２．８０％を超えるとと、合金コス
トが嵩む他に、芯部の硬さも高くなってしまい、機械加
工性の低下を招く。従って、Ｐ₂の範囲は、１．２０〜
２．８０％の範囲内に限定する。

【００３２】表面硬さ：ＨＲＣ２５以上〜３５未満 油冷後の鋼材の表面の硬さは、座屈および疲労に対して
重要な影響を与える。即ち、表面が内部より硬い程、座
屈や捻じれに対して強くなる。また、残留応力が犬きく
なって疲労強度も高いものとなる。しかし、ロックウェ
ルＣ硬さが２５未満の場合には座屈に対して強い部品と
することができないのみならず、疲労強度も低いものに
なってしまう。従って、油冷後の表面硬さは、ＨＲＣ２
５以上とする。しかし、表面硬さがＨＲＣ３５以上に高
くなり過ぎると、端部切削による加工工具の寿命が短く
なるので、表面硬さは、ＨＲＣ３５未満とする必要があ
る。従って、鋼材の表面硬さは、ＨＲＣ２５以上〜３５
未満の範囲内に限定する。

【００３３】内部硬さ：ＨＲＣ２０以上〜３０未満 コンロッドにおいては、クランクシャフトの回転に伴う
軸部との摩擦による損傷を防止するため、大端部から小
端部にかけて潤滑油を供給するための数ｍｍの貫通穴を
明ける。通常のドリルにより行われる穴明けは、その深
さがせいぜい直径の数倍程度であるが、コンロッドに明
けられる穴の深さは１０倍をはるかに超える深穴加工と
呼ばれる特殊な穴明け加工である。この穴明け加工は、
部品の製造コストの中でも大きな部分を占めており、ま
た、ドリルも切り屑の排出性を考慮した特殊な形状を持
たせた高価なものであり、鋼材には、優れた穴明け加工
性が要求される。

【００３４】図２に、熱間鍛造後、機械加工したコンロ
ッドの概略を示し、図３に、図２のＡ−Ａ’線断面図を
示す。

【００３５】図２および図３において、１は、コンロッ
ド小端部、２は、コンロッド大端部、３は、コンロッド
キャップ、４は、コンロッド軸部、５は、油穴、そし
て、６は、ボルト穴を示す。

【００３６】しかしながら、表層２ｍｍ以下の内部のロ
ックウェルＣ硬さが３０以上の場合にはドリルによる穴
明け加工において工具寿命の低下を招く。また、切り屑
が適度に分断せず、穴からの排出性か悪くなって、切り
屑の詰まりによるドリルの折損を引き起こす。しかし、
内部の硬さがＨＲＣ２０未満の場合には、コンロッド全
体の強度が不足して、座屈や疲労強度の低下を招く。従
って、油冷材の表層２ｍｍ以下の内部のロックウェルＣ
硬さの範囲は、２０以上〜３０未満の範囲内に限定す
る。

【００３７】なお、耐座屈性、耐疲労性に優れたものと
するには、内部の硬さは表面より低いことが必要であ
る。

【００３８】

【実施例】次に、この発明を実施例によって更に詳細に
説明する。

【００３９】各種化学成分組成を有する直径６２ｍｍの
棒鋼を調製し、当該棒鋼を熱間鍛造後、油冷を始めとす
る各種冷却を施して、コンロッドを製造した。以下にそ
の製造方法を説明する。

【００４０】表１に、各棒鋼の化学成分組成を示す。鋼
種Ｎｏ．１〜１０は、本発明の範囲内の化学成分組成を
有するものであり、Ｎｏ．１１〜２６はその範囲外のも
のである。また、Ｎｏ．２７は、従来の機械構造用炭素
鋼Ｓ５０Ｃである。

【００４１】本発明範囲内の試険として実施例１−１〜
１−１０を行い、本発明範囲外の試験として比較例１−
１１〜１−１２、および、２−１１〜２−２６を行な
い、そして従来方法による試験として従来例２−２７を
行なった。

【００４２】

【表１】

【００４３】表２に、各実施例、比較例および従来例に
おけるコンロッドの製造条件および試験の結果を示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】コンロッドの製造方法は、以下の通りであ
る。即ち、直径６２ｍｍの棒鋼を１５０ｍｍの長さに切
断して、１１００から１３００℃に加熱し、ロール鍛
造、型鍛造によりコンロッド形状に熱間鍛造し、バリ取
りを行なった後、直接、油冷した。但し、比較例１−１
１は水冷、比較例１一１２は空冷、従来例２−２７は熱
間鍛造後、室温まで冷却した鋼材を８５０℃に再加熱
し、この後、５５０℃にて焼戻しを行なった。

【００４６】冷却した鋼材は、その後、両端部を切削加
工し、且つ、大端部を半分に切断してコンロッドキャッ
ブ部を分離後、コンロッド軸部断面の中心に４ｍｍの貫
通する油供給穴をドリルによって加工した。

【００４７】表面の硬さは、機械加工前の小端部の表面
の硬さを測定し、内部の硬さは、コンロッド軸部断面の
硬さを表層下２ｍｍ、中間部および中心部について測定
した。また、コンロッド軸部の両端より引張試験片を採
取して、引張試験を行ない、降伏応力を測定した。更
に、軸部中心部の組織を光学顕微鏡により観察した。

【００４８】穴明け加工性は、前述のように、コンロッ
ド大端部から小端部に４ｍｍの貫通穴をドリルにより明
けて、貫通時間、切り屑の穴からの排出性により総合的
に判定した。

【００４９】また、コンロッドキャップを組み合わせ
て、大端部両端にボルト穴を明けてコンロッドを完成さ
せ、完成コンロッドを、エンジンの回転をシミュレート
とした試験機にかけて、繰り返し引張−圧縮応力をかけ
て座屈の有無を調査した。

【００５０】更に、２０トンの荷重を負荷可能な引張−
圧縮疲労試験機を用いて１５±５トンの繰り返し荷重を
負荷して疲労試験を行ない、１００万回以上の寿命であ
ったものを合格、１００万回未満の寿命のものを不合格
と判定した。

【００５１】試験の結果は、次の通りであった。

【００５２】本発明実施例Ｎｏ．１−１〜１−１０は、
何れも、コンロッド軸部表面の硬さは、ＨＲＣ２５以
上、表層下２ｍｍ以下の内部の硬さは、３０未満であ
り、切り屑の排出性、貫通時間共に問題はなく、穴明け
加工性は良好であった。また、軸部の降伏応力も８００
Ｎ／ｍｍ²以上と高く、エンジンの回転シミュレーショ
ン試験においても座屈の発生はなく、疲労寿命も１００
万回以上と良好なものであった。なお、軸部断面中心部
の組織は、マルテンサイトとベイナイトとが混在するも
のであった。

【００５３】これに対して、本発明方法の範囲外にある
比較例：Ｎｏ．１−１１および１−１２は、何れも、下
記の問題があった。

【００５４】比較例Ｎｏ．１−１１は、鋼Ｎｏ．１０を
熱間鍛造後、水焼入れをしたものであるが、表面の硬
さ、内部の硬さ共に本発明の範囲より高いため、穴明け
に時間を要し、穴明け加工性は、不良であった。

【００５５】比較例Ｎｏ．１−１２は、同様に鋼Ｎｏ．
１０を熱間鍛造後、空冷したものであるが、表面の硬さ
がＨＲＣ２５を下回って低く、軸部の降伏応力が不足し
て、コンロッドに座屈が発生し、疲労試験も不合格であ
った。

【００５６】比較例Ｎｏ．２−１１は、鋼の炭素量が本
発明の範囲より低く、このため表面の硬さがＨＲＣ２５
未満で、コンロッドに座屈が発生し、疲労試験も不合格
であった。

【００５７】比較例Ｎｏ．２−１２は、鋼の炭素量が本
発明の範囲より高いため、表面の硬さ、内部の硬さ共に
本発明の範囲より高くなり、このため穴明け加工性が不
良であった。

【００５８】比較例Ｎｏ．２−１３は、鋼のＳｉ量が本
発明の範囲より低いため、脱酸不良でブローホールが生
じ、鍛造品に割れ疵が発生し、部品としての使用が不可
能であった。従って、エンジン回転シミュレーション試
験、疲労試験を行うことができなかった。

【００５９】比較例Ｎｏ．２−１４は、鋼のＳｉ量が本
発明の範囲より高いため、熱間鍛造における加熱で大き
な脱炭が生じて、焼入後の表面硬さがＨＲＣ２５未満と
なってしまった。このため残留応力が小さくなってコン
ロッドに座屈が発生し、また、疲労試験も不合格であっ
た。

【００６０】比較例Ｎｏ．２−１５は、鋼のＭｎ量が本
発明の範囲より低く、このためにＰ ₂が１．２を下回っ
て、十分に内部が硬化せず、中心の硬さがＨＲＣ２０未
満となり、座屈が発生し、また、疲労試験も不合格であ
った。

【００６１】比較例Ｎｏ．２−１６は、鋼のＭｎ量が本
発明の範囲より高く、このために切り屑が粘くなって繋
がってしまい、穴明け加工性が不良であった。

【００６２】比較例Ｎｏ．２−１７は、鋼のＣｒ量が本
発明の範囲より低く、このためにＰ ₁が０．１５を下回
って、表面が十分硬化せず、硬さがＨＲＣ２５より低く
なり、座屈が発生し、また、疲労試験も不合格であっ
た。

【００６３】比較例Ｎｏ．２−１８は、鋼のＣｒ量が本
発明の範囲より高く、このためにＰ ₁が本発明の範囲を
超えて大きく、この結果、表面の硬さが本発明の範囲よ
り高くなり、穴明け加工が不良であった。

【００６４】比較例Ｎｏ．２−１９は、鋼のＢ量が本発
明の範囲より低く、このためＢの焼入れ性向上効果が有
効に作用せず、内部の硬さが本発明の範囲を下回って低
くなってしまった。また、鋼のＴｉ量が本発明の範囲を
外れて高かったために、硬いＴｉの炭窒化物が破壊起点
になり、コンロッドに微小な疵が生じてしまい、製品と
しての使用が不可能であった。

【００６５】比較例Ｎｏ．２−２０は、Ｂ量が本発明の
範囲より高いために、炭ほう化物が多量に生成して、コ
ンロッドに割れが生じ、製品としての使用が不可能であ
った。

【００６６】比較例Ｎｏ．２−２１は、鋼のＡｌ量が本
発明の範囲より低く、このため脱酸不良で、鍛造品の表
面に多数の疵が発生し、コンロッドとしての使用が不可
能であった。

【００６７】比較例Ｎｏ．２−２２は、鋼のＡｌ量が本
発明の範囲より高いために、アルミナ系介在物が多量に
生成して、これが原因してコンロッドに割れが生じ、や
はりコンロッドとしての使用が不可能であった。

【００６８】比較例Ｎｏ．２−２３は、鋼のＮ量が本発
明の範囲より高いために、焼入れ性向上に必要な有効Ｂ
量を確保することができず、内部の硬さが低くなって、
コンロッドに座屈が発生し、また、疲労試験も不合格で
あった。

【００６９】比較例Ｎｏ．２−２４は、鋼の化学成分は
本発明の範囲内であるが、Ｐ₂値が本発明の範囲より低
いため、内部の硬さが低くなって、コンロッドに座屈が
発生し、また、疲労試験も不合格であった。

【００７０】比較例Ｎｏ．２−２５は、鋼の化学成分
は、本発明の範囲内であるが、Ｐ₁値が本発明の範囲よ
り低いため、表面の硬さが低くなって、コンロッドに座
屈が発生し、また、疲労試験も不合格であった。

【００７１】比較例Ｎｏ．２−２６は、鋼の化学成分は
本発明の範囲内であるが、Ｐ₁およびＰ₂共に本発明の範
囲より高いため、表面の硬さがＨＲＣ３５を超えて高
く、また内部の硬さもＨＲＣ３０を超えて高かった。こ
のために、機械加工性が不良であった。

【００７２】従来例Ｎｏ．２−２７は、Ｓ５０Ｃを用い
て試験した例であるが、表面硬さ、内部硬さ、降伏応
力、機械加工性、何れも良好であり、座屈の発生もな
く、疲労試験結果も合格であった。しかし、焼入れ・焼
戻しと２回の加熱を必要とするため、製造コストと時間
がかかるといった問題があった。

【００７３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
コンロッドのみならず、クランクシャフト、ナックルア
ーム等の自動車部品の製造に当たって、熱間鍛造後、油
冷することにより、機械加工性に優れた高強度部品の製
造が可能になり、低コストで部品の小型軽量化を図るこ
とができる。このような高強度非調質鋼部品の製造方法
およびその部品を提供することができ、工業上有益な効
果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭素量と冷却後の硬さとの関係を示すグラフで
ある。

【図２】熱間鍛造後、機械加工したコンロッドの概略を
示す正面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ’線断面図である。

【符号の説明】

１：コンロッド小端部 ２：コンロッド大端部 ３：コンロッドキャップ ４：コンロッド軸部 ５：油穴 ６：ボルト穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ ：０．０５〜０．２０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．００％、 Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、 Ｂ ：０．０００５〜０．００５０％、 Ａｌ：０．０１０〜０．１００％、 Ｎ ：０．０１０％以下（以上、重量％） を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、更
   に、下記（１）式、 Ｐ₁＝Ｃ＋（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｒ／２０） ---(１） で算出される表面硬化パラメータＰ₁が、０．１５〜
   ０．２５％の範囲内で、且つ、下記（２）式、 Ｐ₂＝Ｍｎ＋Ｃｒ ---(２） 但し、上記（１）および（２）式中の各元素は、重量％
   表示による鋼材中の各含有率の値、で算出される内部硬
   化パラメータＰ₂が、１．２０〜２．８０％の範囲内に
   ある鋼材を熱間鍛造し、次いで、直接油冷を行い、この
   ようにして得られた鋼材の表面のロックウェルＣ硬さを
   ２５以上、３５未満、表層から２ｍｍ以下の内部のロッ
   クウェルＣ硬さを、表面硬さより低く、且つ、２０以
   上、３０未満とし、そして、機械加工することを特徴と
   する、高強度非調質鋼部品の製造方法。
2. 【請求項２】Ｃ ：０．０５〜０．２０％、 Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、 Ｍｎ：０．５０〜２．００％、 Ｃｒ：０．３０〜１．５０％、 Ｂ ：０．０００５〜０．００５０％、 Ａｌ：０．０１０〜０．１００％、 Ｎ ：０．０１０％以下（以上、重量％） を含有し、更に、 Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂのうちの少なくとも１種を０．０１０
   〜０．０５０％含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物
   からなり、更に、下記（１）式、 Ｐ₁＝Ｃ＋（Ｍｎ／２０）＋（Ｃｒ／２０） ---(１） で算出される表面硬化パラメータＰ₁が、０．１５〜
   ０．２５％の範囲内で、且つ、下記（２）式、 Ｐ₂＝Ｍｎ＋Ｃｒ ---(２） 但し、上記（１）および（２）式中の各元素は、重量％
   表示による鋼材中の各含有率の値、で算出される内部硬
   化パラメータＰ₂が、１．２０〜２．８０％の範囲内に
   ある鋼材を熱間鍛造し、次いで、直接油冷を行い、この
   ようにして得られた鋼材の表面のロックウェルＣ硬さを
   ２５以上、３５未満、表層から２ｍｍ以下の内部のロッ
   クウェルＣ硬さを、表面硬さより低く、且つ、２０以
   上、３０未満とし、そして、機械加工することを特徴と
   する、高強度非調質鋼部品の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法により製造さ
   れることを特徴とする高強度非調質鋼部品。