JP2001254143A5 - 軟窒化用非調質鋼及び軟窒化非調質クランク軸とその製造方法 - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉを含有し、その質量百分率が、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下で、かつ、下記の式を満足する範囲内にあり、さらに、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｐ：０．０７％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｓ：０．１０％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０２０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｎ：０．０３０％以下、Ｐｂ：０〜０．３０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする軟窒化用非調質鋼。
fn1 ＝44．23×Cu〔％〕＋214 ．2 ×C 〔％〕＋231
fn2 ＝42．51×Cu〔％〕十228 ．6 ×C 〔％〕＋110
fn3 ＝Ni〔％〕／Cu〔％〕
但し、260 ≦fn1 ≦380
180 ≦fn2 ≦300
fn3 ≧0 ．4 ０
【請求項２】
請求項１に記載の鋼から製造され、軟窒化処理されていることを特徴とする軟窒化非調質クランク軸。
【請求項３】 請求項１に記載の鋼をクランク軸に鍛造した後、自然放冷又は強制空冷し、その後は熱処理をすることなく、必要に応じて機械加工をした後軟窒化処理を施すことを特徴とする軟窒化非調質クランク軸の製造方法。

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鍛造後の「焼入・焼戻し」や「焼ならし」などの調質処理を行わずに軟窒化処理を施しても、高い疲労強度と優れた曲げ矯正性を有する鋼と、この鋼を素材とする軟窒化非調質クランク軸、及び、そのクランク軸を製造する方法に関するものである。

図１は、従来の調質鋼および後述する本発明鋼を使用する軟窒化クランク軸の製造方法を比較した工程の略図である。ここで、（ａ）は従来の調質鋼を、また（ｂ）は本発明鋼を素材とした場合の製品までの工程を示す。

【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、調質処理を行わないで軟窒化処理を施した場合であっても、繰返し曲げ時や曲げ矯正時に、応力・ひずみが集中するフィレットＲ部の疲労強度が高く、かつ、曲げ矯正時に発生するき裂が実際上問題とならない程度にまで小さいか、あるいは、き裂が発生する限界のひずみ量が大きい軟窒化非調質クランク軸とその製造方法を提供すること、及びそれらに適した軟窒化用非調質鋼を提供することを目的としている。

【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の軟窒化用非調質鋼は、所定の含有量に規定した各成分元素からなる鋼とする。そして、本発明の軟窒化非調質クランク軸は、前記本発明鋼をクランク軸に鍛造した後、自然放冷又は強制空冷し、その後は熱処理をすることなく、必要に応じて機械加工した後軟窒化処理を施すことで製造することとしている。そして、このようにすることで、調質処理を行わないで軟窒化処理を施した場合であっても、繰返し曲げ時や曲げ矯正時に、応力・ひずみが集中するフィレットＲ部の疲労強度が高くなると共に、曲げ矯正時に発生するき裂が実際上問題とならない程度にまで小さくなったり、あるいは、き裂が発生する限界のひずみ量が大きくなったりする。

【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記の軟窒化用非調質鋼及び軟窒化非調質クランク軸を得るため、主としてクランク軸素材の成分調整について、試作、評価を繰り返した結果、上記の課題を解決できる本発明に至った。

本発明は上記した基本的な知見と、各合金成分および不純物の作用ならびに軟窒化処理の条件に関する詳細な検討を総合してなされたものであり、本発明の軟窒化用非調質鋼は、Ｃ、Ｃｕ、Ｎｉを含有し、その質量百分率が、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｃｕ：３．０％以下、Ｎｉ：３．０％以下で、かつ、下記の式を満足する範囲内にあり、さらに、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｐ：０．０７％以下、Ｍｎ：０．２０〜１．２０％、Ｓ：０．１０％以下、Ａｌ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０２０％以下、Ｃａ：０．００３０％以下、Ｎ：０．０３０％以下、Ｐｂ：０〜０．３０％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼であり、また本発明の軟窒化非調質クランク軸は、この本発明鋼から製造され、軟窒化処理されているものである。

また、本発明の軟窒化非調質クランク軸の製造方法は、本発明の鋼をクランク軸に鍛造した後、自然放冷又は強制空冷し、その後は熱処理をすることなく、必要に応じて機械加工した後軟窒化処理を施すものである。

以下、本発明鋼の各構成元素の作用及び各元素の含有量を限定した理由について説明する（成分含有量の％は全て質量百分率である）。

Ｐｂ：０〜０．３０％
Ｐｂは特に添加しなくても良いが、Ｐｂを添加した場合には、被削性をより向上させるという効果がある。その向上効果は含有量が０．０５％以上の時に顕著になる。しかし、Ｐｂが過剰になると鋼中の介在物が多くなって疲労限度が著しく低下する。このため、本発明では、含有量の上限を０．３０％とした。

上記した本発明の軟窒化非調質クランク軸は次に述べる方法で製造することができる。すなわち、先ず、本発明鋼を加熱し、鍛造加工を行って、目的の形状とする。この時の加熱温度は、低ければ低いほど好ましいが、低温鍛造には大きなプレス能力が必要となるため、一般的な条件として１２００℃を標準とし、プレスの能力に応じて１１５０〜１２５０℃の範囲で決定する。鍛造後は、製造コストの点から自然放冷（空冷）を行う。ただし、製造時間短縮のために送風等による強制空冷を行ってもなんら問題はない。

下記表３に、疲労、曲げ及び被削性の各試験の結果を示す。表３から明らかなように、本発明鋼を用いて製造した軟窒化非調質クランク軸（本発明例：Ｚ１〜Ｚ６）は、疲労限度及び曲げ矯正可能ひずみ量の両方において、目標値（Ｚ１９のＳ４８Ｃ鋼を素材とする軟窒化非調質クランク軸に対し、疲労限度が同等（５８８ＭＰａ）、曲げ矯正可能ひずみ量が対Ｓ４８Ｃ比７０％（ひずみ２．４５％））を達成している。

【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軟窒化非調質クランク軸を熱間鍛造後、調質処理を行わずに軟窒化処理を施しても、素材鋼の表面硬さと母材硬さを適正範囲内とする本発明鋼の成分とすることにより、従来の調質処理を行った軟窒化クランク軸と同等以上の優れた疲労限度および曲げ矯正性を確保することができる。また、このクランク軸を製造する本発明法では、調質処理の工程が不要であることから、製造時間が大幅に短縮し、コスト削減にも大きな効果を有する。

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