JP2004183101A - 鋼鍛造物を製造する方法、および、この方法によって得られる鋼鍛造物 - Google Patents

鋼鍛造物を製造する方法、および、この方法によって得られる鋼鍛造物 Download PDF

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Abstract

【課題】 高いレベルの疲れ応力に耐え得る鋼鍛造物の製法を提供する。
【解決手段】 重量パーセントで以下の成分、すなわち、０．０６％≦Ｃ≦０．３５％；０．５％≦Ｍｎ≦２％；痕跡量≦Ｓｉ≦２％；痕跡量≦Ｎｉ≦１．５％；痕跡量≦Ａｌ≦０．１％；痕跡量≦Ｃｒ≦１．５％；痕跡量≦Ｍｏ≦０．３０％；痕跡量≦Ｖ≦０．５％；痕跡量≦Ｃｕ≦１．５％；残りが鉄および製造から生じる不純物からなる鋼を用意して鋳造する工程と、１１００℃から１３００℃の範囲の温度で部品のためのブランクを鍛造する工程と、静止または強制空気中で、６００℃から３００℃の範囲で、かつ、３℃／ｓより小さくまたは同じ速度で制御された態様で、部品のためのブランクを冷却して、ブランクにベイナイトマイクロ構造を与える工程と、部品を機械加工する工程と、部品における特に高いレベルの応力を受ける個所に機械的強化の処理を行う工程とを備える。
【選択図】 なし

Description

本発明は、冶金に関し、特に、高いレベルの応力（圧力）に耐性がある鍛造物を製造するための鋼の分野に関する。
鍛造物は、しばしば、鋳鉄からつくられ、特に、パーライト構造の球状黒鉛（ＳＧ）鉄、または、フェライトパーライト構造の鍛造された鋼からつくられ、鋳鉄よりも疲れに対してより良好な抵抗を供給する信用を備える。内燃（ＩＣ）機関に対するクランクシャフトは、例えば、上記鍛造物にて構成される。
高い応力集中を備える部分は、さまざまな、熱化学処理、熱処理、または、機械処理によって、例えば、窒化処理、インダクションクエンチング、バニシ仕上げ、または、ショットブラスティングによって、強化され得る。
クランクシャフトに適用されるバニシ仕上げとは（この出願は排他的ではないけれども）、二つのホイールと上記クランクのピン溝とを接触させることにある。上記ホイールは、上記溝に間接的に適応され、通常の力は、そこに適用される。上記クランクシャフトが、回転させられて、上記通常の力は、所定数ｎ１の回転中に、上記ホイールによって、次第に適用され、それから、回転数ｎ２の一定値で保持され、それから、回転数ｎ３の間で、次第に緩和される。このバニシ仕上げは、４ｍｍから５ｍｍの深さで、残留圧縮応力を発生させる。それは、フェライトパーライト構造のＳＧ鋳鉄の疲れ性能に対して重要な改良を与える。それにもかかわらず、主金属（卑金属）の改良された疲れ性能の理由から、フェライトパーライト構造の鍛造された鋼からつくられた以前のクランクシャフトは、バニシ仕上げされ（みがかれ）、このクランクシャフトの性能は、ＳＧ鋳鉄からつくられたクランクシャフトの性能よりもより良くなっている。そういうわけで、最も高いレベルの応力をうけるガソリンエンジンにおいて、フェライトパーライト構造の鋼を使用することが好ましく、また、直接噴射のディーゼルエンジンにおいての使用も好ましい。強化されている部分の外側にクラックが発生しないことを確実にすることは重要であり、高い性能の特性を備える金属を選択することを正当化する。
しばしばこの目的のために使用されるフェライトパーライト構造の鍛造された鋼は、ＸＣ７０型、４５Ｍｎ５型、３０ＭｎＳｉＶ６型および３８ＭｎＳｉＶ５型からつくられ、鍛造後に、静止空気中でインラインクーリングをうける。上記鋼の製造方法は、このように、比較的に安価であるが、上記鋼の寿命は、高いレベルの応力の存在において、限界がある。
そのような部品は、３５ＭｎＶ７型のグレードのベイナイト鋼からつくられ、鍛造後に、強制された空気のもとで冷却されることが提案されている。強度性能は、上記前例を越えて相当に改良されているが、上記製造方法は、より高価になる。付け加えると、静止空気中で冷却するための部品を製造するように初めに設計された製造ラインに上記方法を適用することは、必ずしも可能ではない。
特開昭５９−６７３６５号公報
そこで、この発明の目的は、鋼のグレードと、ＩＣ機関に用いられるクランクシャフトのような鍛造物を製造する方法との間の関係を提案することにあり、現在の経済的な利益を現在の関連と比較しながら、冶金の性能を劣化させずにできる限り向上させる。このように製造された上記部品は、高いレベルの疲れ応力に耐え得る。上記製造方法は、特に、いかなる鍛造ラインにも適応されることに都合がよい。
上記課題を解決するため、この発明の鋼鍛造物の製造方法は、
鍛造によって鋼部品（鋼片）を製造する方法であって、
重量パーセントで以下の成分、すなわち、０．０６％≦Ｃ（炭素）≦０．３５％；０．５％≦Ｍｎ（マンガン）≦２％；痕跡量≦Ｓｉ（シリコン）≦２％；痕跡量≦Ｎｉ（ニッケル）≦１．５％；痕跡量≦Ａｌ（アルミニウム）≦０．１％；痕跡量≦Ｃｒ（クロム）≦１．５％；痕跡量≦Ｍｏ（モリブデン）≦０．３０％；痕跡量≦Ｖ（バナジウム）≦０．５％；痕跡量≦Ｃｕ（銅）≦１．５％；残り（残部）が鉄および製造から生じる不純物からなる鋼を用意して鋳造する工程と、
１１０℃から１３００℃の範囲の温度で上記部品のためのブランク（半加工品）を鍛造する工程と、
静止または強制空気中で、６００℃から３００℃の範囲で、かつ、３℃／ｓより小さくまたは同じ速度で制御された態様で、上記部品のためのブランクを冷却して、上記ブランクにベイナイトマイクロ構造を与える工程と、
上記部品を機械加工する工程と、
上記部品における特に高いレベルの応力を受ける個所に機械的強化の処理を行う工程と
を備えることを特徴としている。
ここで、上記痕跡量とは、例えば、微量または重量パーセントで０％に近い量をいう。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼は、５ｐｐｍから５０ｐｐｍのＢ（ホウ素）を含む。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼は、０．００５％から０．０４％のＴｉ（チタン）を含む。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記Ｔｉの含有量は、上記鋼の上記Ｎ（窒素）の含有量の少なくとも３．５倍に等しい。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼は、０．００５％から０．０６％のＮｂ（ニオブ）を含む。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼は、０．００５％から０．２％のＳ（硫黄）を含む。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼は、以下の元素、すなわち、０．００７％までのＣａ（カルシウム）；０．０３％までのＴｅ（テルル）；０．０５％までのＳｅ（セレン）；０．０１５％までのＢｉ（ビスマス）；０．１５％までのＰｂ（鉛）の内の少なくとも一つを含む。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼の上記Ｃ（炭素）の含有量は、０．０６％から０．２０％の範囲にある。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼の上記Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記鋼の上記Ｃｒ（クロム）の含有量は、０．０５％から１．５％の範囲にある。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼の上記Ｃｕ（銅）の含有量は、０．５％から１．５％の範囲にある。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼の上記Ｃ（炭素）の含有量は、０．２５％から０．３５％の範囲にあり、上記Ｓｉ（シリコン）の含有量は、痕跡量から０．５％の範囲にあり、上記Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．８％から２％の範囲にあり、上記Ｃｒ（クロム）の含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記Ｍｏ（モリブデン）の含有量は、０．０５％から０．２０％の範囲にあり、上記Ｂ（ホウ素）の含有量は、５ｐｐｍから５０ｐｐｍの範囲にあり、上記Ｔｉ（チタン）の含有量は、０．００５％から０．０４％の範囲にある。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記鋼の上記Ｃ（炭素）の含有量は、０．２０％から０．３５％の範囲にあり、上記Ｓｉ（シリコン）の含有量は、０．５％から２％の範囲にあり、上記Ｍｎ（マンガン）の含有量は、０．８％から２％の範囲にあり、上記Ｃｒ（クロム）の含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記Ｍｏ（モリブデン）の含有量は、０．０５％から０．２０％の範囲にあり、上記Ｂ（ホウ素）の含有量は、５０ｐｐｍまでの範囲にあり、上記Ｔｉ（チタン）の含有量は、０．００５％から０．０４％の範囲にある。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、焼きなましは、機械加工後、または、機械加工前の制御された冷却後に、１時間から３時間までの間で３００℃から５００℃の範囲で、行われる。
また、一実施形態の鋼鍛造物の製造方法では、上記機械的強化の処理は、バニシ仕上げである。
また、この発明の鋼鍛造物は、上述の鋼鍛造物の製造方法の一つによって得られることを特徴としている。
また、一実施形態の鋼鍛造物では、上記鋼鍛造物は、ＩＣ機関に対するクランクシャフトを構成する。
また、一実施形態の鋼鍛造物では、上記機械的強化の処理は、上記クランクシャフトの上記クランクピンと上記ベアリングとを結合している上記フィレットで、行われる。
理解されるであろうように、この発明は、鋼のグレードと処理方法との組み合わせにあり、この処理方法は、鋳造後に上記鋳物を鍛造する工程を含み、さらに、この処理方法では、静止空気または強制空気にて冷却が行われ、また、最も高いレベルの応力をうける上記鋳物の上記部分が、機械的な強化をうける。上記選択された鋼の成分において保証されるところは、冷却が行われる方法に関わらず、この鋼からつくられ最も高いレベルの応力をうける部分に機械的に強化された鍛造物は、使用者の要求を満足するのに十分である疲れに耐え得る能力を備える。高い性能のＩＣ機関のためのクランクシャフトを製造することは、特に、この発明のより望ましい適用である。
一般的な基準として、特有の鋼が上述の使用に向いているか否かを決定する基準は、初めに無傷の状態にある材料の疲れ耐久限度であり、機械的強化実施によって表面にもたらされる残留応力に気づく。
発明者は、上記基準は、実のところ、適切ではないということを発見した。バニシ仕上げ（または機械的強化のその他のタイプ）によって引き起こされる上記残留応力は、最初の使用から１ミリメータの数十分の一の表面深さで弱まり、上記材料は、すばやく、この深さをこえてクラックする。しかしながら、上記バニシ仕上げによって与えられた残留応力の初期の領域の理由から、クラックの伝達は妨げられる。上記結合溝における応力集中の減少もまた、この機能を行う。しかしながら、徹底的な緩和はおこらない。
上記バニシ仕上げが行われる圧力が高くなればなるほど、上記応力集中が大きくなり、クラックが発生しやすくなる。しかしながら、上記高い圧力のバニシ仕上げは、より深くまで残留応力を形成するので、上記クラックが、より深く、より長い間妨げられ、それによって、破壊される上記部分の危険の限度をなくす。一般的に、それにもかかわらず信じられていることは、上記クランクシャフトの使用中に共振とそれに関連する騒音との発生を避けるように、最善に、クラックは起こるはずがなく、この発明のより好ましい適用についてだけ伝える。
上記鋼の化学的特徴と、鋳造後に適用される上記熱化学の処理とは、ベイナイトのマイクロ構造を得ようとし、また、最適化されるバニシ仕上げのような機械的強化処理後に機械的特徴を得ようとする。上記ベイナイトのマイクロ構造は、静止空気中の冷却によって、得られるにちがいないが、強制空気中の冷却に適合されるにちがいない。これにより、本発明の方法によってつくられた部品は、鍛造後に強制空気冷却を必要とするか、もしくは、静止空気冷却のみでよいかに関わらず、いかなる現存の機械で生産され得る。このように、フェライトパーライトのマイクロ構造を備える鋼部品を処理するように初めに設計された鍛造の機械は、困難性なく、特別な適応なく、ベイナイトのマイクロ構造を備える本発明の部品を処理するために使用され得る。上記使用のために前もって使われる上記ベイナイトのマイクロ構造の鋼は、強制空気冷却を必要とし、それゆえに、必ずしも、同じ設計の機械で処理され得るとは限らない。
本発明によれば、鋼は、初めに、以下に詳細に述べられ説明される成分を備えるように用意され、それから、鋼は、インゴットで鋳造され、または、中間製品を得るように最終部品の型に連続して従属している。
その後、鍛造工程は、中間製品の状態で行われる。鍛造物は、静止空気または強制空気を使うことによって、鍛造の熱を制御された空気冷却によって、もたらされる。
その後、上記部品は、その使用中に特に大きく力がかけられるであろう特定の所における機械的強化の処理によってもたらされる従来の方法で、機械にかけられる。クランクシャフトに対して、バニシ仕上げは、例えば、上記クランクピンが結合されたウエブで、行われる。
上記必要とされる分析の範囲は、存在しているにちがいない、または、選択的に存在しているかもしれないさまざまな化学元素に対して、次のとおりである（全てのパーセントは、重量に対してである（重量パーセントである））。
上記炭素の含有量は、０．０６％から０．３５％の範囲にある。この範囲は、得られるマイクロ構造の型を決定することに適する。０．０６％未満では、結果として生じるマイクロ構造は、意図する目的物に対して有利とならないであろう。０．３５％を越えると、他の元素との結合において、静止空気中で冷却された後に得られるマイクロ構造は、ベイナイトに十分に近づかないであろう。
上記マンガンの含有量は、０．５％から２％の範囲にある。この元素の０．５％以上では、冷却が行われる方法に関わらずに、上記材料は、冷却可能となり、幅のあるベイナイトの範囲が、得られる。それにも関わらず、２％を越える含有量では、過度の分離に導く危険性を駆り立てるであろう。
上記シリコンの含有量は、痕跡量から２％の範囲にある。この元素は厳密に強制的であるというものではなく、固溶体に変化することによって上記ベイナイトを固くする限りでは有利である。含有量が２％を超えると、それにも関わらず上記材料の機械加工ができるということについて問題を引き起こすであろう。付け加えると、シリコンはカーバイドの形成を妨げ、それから、冷却中の過度の量において、とても多くの残留のオーステナイトまたは実際はマルテンサイトを形成する危険性が生じるであろう。
上記ニッケルの含有量は、痕跡量から１．５％の範囲にある。この元素は強制的であるというものではなく、上記オーステナイトの抑制能力と安定性を促進する。もし、銅が比較的多くの量存在しているなら、ニッケルは鍛造中に銅の存在に関連した問題を避けることに適している。１．５％を超えると、付加されたニッケルは、意図された冶金の目的物を与えられるには、無意味に高価である。
上記アルミニウムの含有量は、痕跡量から０．１％の範囲にある。この元素は強制的であるというものではなく、強い還元剤であり、少ない量を付加された時でさえ、上記液体の鋼に溶けている酸素の量を制限することに役立ち、それによって、過度の反酸化剤を供給している上記部品の包含純度を改良することが、鋳造の間避けられる。
強制的元素ではないクロムの含有量は、痕跡量から１．５％の範囲にある。マンガンと同じように、クロムは抑制能力を向上することに寄与する。付加されたクロムは１．５％を超えると無意味に高価になる。
上記モリブデンの含有量は、痕跡量から０．３％の範囲にある。この強制的でない元素は、大きな粒子のフェライトの形成を妨げ、より確実にベイナイトの構造を得る。付加されたモリブデンは０．３％を超えると無意味に高価になる。
バナジウムの含有量は、痕跡量から０．５％の範囲にある。この強制的でない元素は、固溶体に変化することによって、上記ベイナイトを固くすることに役立つ。０．５％を超えてバナジウムを付加することは無意味に高価になる。
銅の含有量は、痕跡量から１．５％の範囲にある。この強制的でない元素は、機械加工能力を向上することができ、沈殿することによって、上記材料を二次的に固くするように導くことができる。上述したように、熱間形成の問題を最小限にするために、ニッケルの重要な成分に銅が関連することが望ましい。１．５％を超えて銅を付加することは無意味に高価になる。
上述した元素は、冶金の役割が本発明にとって最も重要でありまたはそういう能力がある元素であり、しかしながら、以下に述べるその他の元素は、上記鋼の特定の性質を改良するために選択的に存在する。
上記ホウ素の含有量は、５ｐｐｍから５０ｐｐｍの範囲にある。それは抑制能力を向上することができるが、効果的にするために固溶体である必要がある。言い換えると、ホウ素窒化物または炭素窒化物の形成においてホウ素が実質的に存在しないことを確実にすることが必要である。この目的のために、好ましくは３．５×Ｎ％≦Ｔｉ％のような濃度で、付加されたホウ素を付加されたチタンと結びつけることが望ましい。この状態では、溶解された窒素の全てが捕らえられ、それによって、ホウ素窒化物または炭素窒化物の形成を避けることができる。この理由のために、普通は直面される最も低い窒素の含有量を与えられ、最小のチタンの含有量は０．００５％である。それにも関わらず、過度の量のその他のチタン窒化物が得られるので、０．０４％のチタンの含有量を超えないようにすることが望ましい。
チタンは、また、オーステナイトの粒子が高い温度で成長する範囲を制限する機能を備え、そういうわけで、ホウ素と無関係にチタンを付加することが有用である。
ニオブは、また、０．００５％から０．０６％の範囲にある濃度で付加される。それは、オーステナイト中の炭素窒化物の形成を早めて、上記材料を固くすることに役立つ。
最終的に、従来の方法で、上記材料の機械加工能力は、（０．００５％から０．２％までの範囲で）硫黄を付加することによって向上され、また、（０．００７％までの）カルシウムおよび／または（０．０３％までの）テルルおよび／または（０．０５％までの）セレンおよび／または（０．１５％までの）ビスマスおよび／または（０．１５％までの）鉛を付加することと結びつけてもよい。
一度、上述した成分を備える中間製品が得られると、上記ブランクは、従来の方法による鍛造を受ける。上記ブランクを供給することは、１１００℃から１３００℃で加熱されて、変形を受け、その後、普通の方法で整えられ仕上げることである。
それから、鍛造後、上記部品の強制冷却は、静止空気中または強制空気中で行われる。一般的に、ベイナイトのマイクロ構造を得るために、上記部品は、３℃／ｓより小さくまたは同等の割合で、６００℃と３００℃の範囲で、冷却される。
それから、上記部品は、固い特徴を得られるように調整される条件のもとで、従来の方法で機械加工される。
最終的に、上記部品を機械的に強化する実施は、運転中に特に高いレベルの応力を受ける個所で行われる。ＩＣ機関のクランクシャフトに対して、この実施は、クランクピンとベアリングとの間のフィレットをバニシ仕上げすることにある。
さまざまな利用に対して、最大限利用される特徴を備えた部品を得るために、この発明はさまざまな方法で実施される。
この発明の第一の実施形態では、加工硬化にとても適している低炭素ベイナイトを得るように、上記炭素の含有量は、０．０６％から０．２％に制限されている。上記マンガンの含有量は、最適に、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記クロムの含有量は、０．５％から１．５％の範囲にある。
これらの鋼において、上記結果として得られた製品の牽引特徴（降伏強度、強度）は、特に高いグレードではない：典型的に、抗張力Ｒｍは、約８００ＭＰａから９００ＭＰａであり、上記降伏強度Ｒｅは、約５５０ＭＰａから６５０ＭＰａである。しかしながら、これらの鋼は、良好な機械加工能力を示し、これは、０．５％から１．５％で銅を付加することによって向上される。
この発明の他の実施形態では、上記炭素の含有量は、上記第一の実施形態よりも高い値であり、中間炭素ベイナイトによって構成される最終製品においてマイクロ構造を得るように、０．２０％から０．３５％の範囲にある。この構造は、上記製品に、制御された空気冷却後にただちに高いグレードの機械的特徴を与える。
もし、上記炭素の含有量が、０．２５％から０．３５％の範囲にあり、上記シリコンの含有量が、０．５％より小さくまたは同等であるとすると、上級のベイナイトからなる構造を得られる。マンガンの含有量が、０．８％から２％にあり、クロムの含有量が０．５％から１％にあり、モリブデンの含有量が、０．０５％から０．２％にあり、ホウ素およびチタンの含有量が、上述で与えられた推薦を満たしているとすると、加工硬化、約９００ＭＰａから１０００ＭＰａの抗張力、６００ＭＰａから７００ＭＰａの範囲にある降伏強度、および、鍛造後の冷却中に沈殿し始める銅の存在において特に良好になる機械加工能力に対して、良好な適合を示す部分を得られる。
もし、上記炭素の含有量が、０．２０％から０．３５％の範囲にあり、上記シリコンの含有量が、０．５％から２％の範囲にあり、上記マンガンの含有量が、０．８％から２％の範囲にあり、上記クロムの含有量が、０．５％から１％の範囲にあり、上記モリブデンの含有量が、０．０５％から０．２％の範囲にあるとすると、（粒状＋上級の）混合されたベイナイトからなる構造が得られる。この構造は、上記部分に、ショットブラスティング、加工硬化、バニシ仕上げ、予備鍛造などによって、機械的に強化されることに対して、良好な耐久性と良好な能力を与える。比較的に柔らかい残留オーステナイトの存在が、加工硬化と、機械的強化の処理によって予備の応力の確立とに対する適合性を向上することが信じられている。結合フィレット中の溝の刻み目は、比較的に小さく応力集中を減少してクラックに対する抵抗を増加する。典型的に、約９５０ＭＰａから１２５０ＭＰａまでの抗張力と６００ＭＰａから８００ＭＰａの降伏強度との値は、上記シリコンの含有量によって調整される。機械加工能力は適応可能のままで、この目的のために上述された付加物によって向上される。（５０ｐｐｍまでの）ホウ素の追加および／または（０．０４％までの）チタンの追加は、上記与えられた理由に対して望ましい。
この発明のこの実施形態において、１時間から３時間までの間で３００℃から５００℃で少量の焼きなましを実施することは可能である。これにより、上記残留オーステナイトをフェライトとカーバイドに変化させ、それによって、抗張力を減少させずに降伏強度において少しの増加を得る。これにより、約１０％までに疲れ抵抗を向上できる。上記焼きなましは、機械加工後、または、機械加工前の冷却後に行われる。
この発明の二つの利用と比較例とを以下に述べる。
クランクシャフトに対する材料を試験するとき、従来と同じように、以下に述べる機械的テストが、クランクシャフトとクランクピンの結合が折り曲げられるときに受ける応力を再現するのに適した形状のテストピースで行われ、上記テストピースは、クランクシャフトを鍛造することによって与えられる熱サイクルと同一の熱サイクルを受ける。上記テストピースは、クランクシャフトのクランクピンを結合しているフィレットで従来通り行われるバニシ仕上げの条件と類似した条件のもとで、バニシ仕上げを受ける。
参照として、テストは、フェライトパーライトの構造と次の成分とを備える３８ＭｎＳｉＶ５型の鋼のテストピースで行われる。上記成分を示すと、Ｃ＝０．３８％；Ｍｎ＝１．４％；Ｓｉ＝０．５％；Ｓ＝０．０７５％；Ｎｉ＝０．１％；Ｃｒ＝０．２％；Ｍｏ＝０．０３％；Ｃｕ＝０．０２％；Ｖ＝０．０９％；Ｎ＝１３０ｐｐｍ。それらのテストピースは、８６０ＭＰａの抗張力と５７０ＭＰａの降伏強度とを与えるように（０．５℃／ｓから１℃／ｓの）静止空気中で冷却された後に回転を受ける鋼から切り取られる。
上記バニシ仕上げは、１．３５ｍｍの半径を備え約０．６ｍｍの切れ込みを有する溝に対して垂直方向に３５°で傾いたホイールを使用することによって、行われる。バニシ仕上げ中に受ける荷重は、８００ｄａＮ（デカニュ−トンズ）から１２００ｄａＮの範囲にある。
そのような条件のもとで、２０９０Ｎ．ｍ（ニュートンメーターズ）から１８５０Ｎ．ｍのモーメントにおいて発生するクラックの始まりと、４０５０Ｎ．ｍから４６２０Ｎ．ｍの破裂モーメントとが、得られる。（上記受ける荷重が増えるにつれて、クラックを開始するのに必要なモーメントは減少する一方、破裂モーメントは増加するということに、気づかれる。）
上記同じテストは、この発明に一致して以下の成分を備えるベイナイト構造の鋼のテストピースで行われる。上記成分を示すと、Ｃ＝０．２４％；Ｍｎ＝１．５０％；Ｓｉ＝０．７％；Ｓ＝０．０７７％；Ｎｉ＝０．１％；Ｃｒ＝０．８％；Ｍｏ＝０．０７％；Ｃｕ＝０．１％；Ｖ＝０．１９％；Ｂ＝３０ｐｐｍ；Ｔｉ＝０．０１９％；Ｎ＝７０ｐｐｍ。このように、この鋼は、（０．５℃／ｓから１℃／ｓの）静止空気中で鍛造と冷却後に混合されたベイナイト構造が得られるところの高シリコンの型において、上述した高炭素含有量の実施形態に一致している成分を備える。後の焼きなましは行われない。これらの条件のもとで、１０００ＭＰａの抗張力と６４０ＭＰａの降伏強度とが得られ、これは、上記参照の鋼よりも重大に良いものである。
テストピースは、上記参照のテストピースと同じ条件のもとで、８００ｄａＮから１２００ｄａＮの荷重を受けた状態のままで、バニシ仕上げを受ける。
そのような条件のもとで、２６５０Ｎ．ｍから２４００Ｎ．ｍのクラック開始モーメントと、５２００Ｎ．ｍから５９００Ｎ．ｍの破裂モーメントとが、得られる。この発明は、これら二つの制限について、約３０％程のとても重大な改良を達成する。
この発明者は、荷重を与えることで少量の応力の緩和に一層適している上記発明通りに作られたテストピースによって、この結果を説明する。これにより、すでに始まっているクラックに対して一層大きなブロッキングを生み出すことができる。上記クラックの開始の制限は改良されており、その理由は、上記ホイールが、より少ない範囲で上記溝に刻みを付けるからである。：応力集中がより低くなり、抗張力がより高くなる。
Ｘ線回折テストを使うことによって、発明者は、通常のフェライトパーライトの鋼は、上記発明の鋼よりも大きな緩和をうけ、これとは反対に、使用中に、一層強くなる傾向にあるということに、気づいた。
この発明の主な利点は、一層低いバニシ仕上げの荷重に対して、従来のフェライトパーライトのグレードと同じような結果が、機械的特性の分野において、得られる。このように、バニシ仕上げのホイールを節約することができ、それによって、上記バニシ仕上げの実施のコストを軽減できる。これは、上記鋼における混ぜられている元素のより大きな存在による特別のコストを補正することに役立つ。
テストは、また、上記発明に一致しているベイナイト構造の鋼のテストピースで行われ、このテストピースは、以下の成分を備える。Ｃ＝０．０６％；Ｍｎ＝１．３５％；Ｃｒ＝０．９０％；Ｓｉ＝０．３９％；Ｎｉ＝０．２５％；Ｓ＝０．００３％；Ｃｕ＝０．２２％；Ｖ＝痕跡量；Ｎ＝０．００７％；Ｍｏ＝０．０９％；および、Ｂ＝０．００３％。上記鋼の成分は、この発明の上記第１の実施形態に一致している。冷却は、２℃／ｓから３℃／ｓに近い割合で、６００℃から３００℃の範囲で、強制空気のもとで行われる。そのような条件のもとで、８２０ＭＰａの抗張力と５５０ＭＰａの降伏強度とが得られ、これは、上記参照の鋼に似ている。上記テストピースは、上記参照のテストピースに対する条件と同じ条件のもとで、８００ｄａＮから１２００ｄａＮの荷重をうけたままで、バニシ仕上げされる。そのような条件のもとで、２３００Ｎ．ｍから２５００Ｎ．ｍのクラック開始モーメントと、５６００Ｎ．ｍから６１２０Ｎ．ｍの破裂モーメントとが、得られる。この場合、この発明を用いることによって、これら二つの制限について、それぞれ２０％と３５％との順番で、とても重大な改良が得られる。
結局、上記発明に用いられる鋼のグレードは、静止空気中と強制空気中とで同じように、冷却され、いかなる現存の鍛造装置で処理されることを可能にする。

Claims (17)

  1. 鍛造によって鋼部品を製造する方法であって、
    重量パーセントで以下の成分、すなわち、０．０６％≦Ｃ≦０．３５％；０．５％≦Ｍｎ≦２％；痕跡量≦Ｓｉ≦２％；痕跡量≦Ｎｉ≦１．５％；痕跡量≦Ａｌ≦０．１％；痕跡量≦Ｃｒ≦１．５％；痕跡量≦Ｍｏ≦０．３０％；痕跡量≦Ｖ≦０．５％；痕跡量≦Ｃｕ≦１．５％；残りが鉄および製造から生じる不純物からなる鋼を用意して鋳造する工程と、
    １１０℃から１３００℃の範囲の温度で上記部品のためのブランクを鍛造する工程と、
    静止または強制空気中で、６００℃から３００℃の範囲で、かつ、３℃／ｓより小さくまたは同じ速度で制御された態様で、上記部品のためのブランクを冷却して、上記ブランクにベイナイトマイクロ構造を与える工程と、
    上記部品を機械加工する工程と、
    上記部品における特に高いレベルの応力を受ける個所に機械的強化の処理を行う工程と
    を備えることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  2. 請求項１に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼は、５ｐｐｍから５０ｐｐｍのＢを含むことを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  3. 請求項１または２に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼は、０．００５％から０．０４％のＴｉを含むことを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  4. 請求項３に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記Ｔｉの含有量は、上記鋼の上記Ｎの含有量の少なくとも３．５倍に等しいことを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  5. 請求項１ないし４の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼は、０．００５％から０．０６％のＮｂを含むことを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  6. 請求項１ないし５の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼は、０．００５％から０．２％のＳを含むことを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  7. 請求項６に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼は、以下の元素、すなわち、０．００７％までのＣａ；０．０３％までのＴｅ；０．０５％までのＳｅ；０．０１５％までのＢｉ；０．１５％までのＰｂの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  8. 請求項１ないし７の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼の上記Ｃの含有量は、０．０６％から０．２０％の範囲にあることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  9. 請求項８に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼の上記Ｍｎの含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記鋼の上記Ｃｒの含有量は、０．０５％から１．５％の範囲にあることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  10. 請求項８または９に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼の上記Ｃｕの含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  11. 請求項１ないし７の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼の上記Ｃの含有量は、０．２５％から０．３５％の範囲にあり、上記Ｓｉの含有量は、痕跡量から０．５％の範囲にあり、上記Ｍｎの含有量は、０．８％から２％の範囲にあり、上記Ｃｒの含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記Ｍｏの含有量は、０．０５％から０．２０％の範囲にあり、上記Ｂの含有量は、５ｐｐｍから５０ｐｐｍの範囲にあり、上記Ｔｉの含有量は、０．００５％から０．０４％の範囲にあることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  12. 請求項１ないし７の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記鋼の上記Ｃの含有量は、０．２０％から０．３５％の範囲にあり、上記Ｓｉの含有量は、０．５％から２％の範囲にあり、上記Ｍｎの含有量は、０．８％から２％の範囲にあり、上記Ｃｒの含有量は、０．５％から１．５％の範囲にあり、上記Ｍｏの含有量は、０．０５％から０．２０％の範囲にあり、上記Ｂの含有量は、５０ｐｐｍまでの範囲にあり、上記Ｔｉの含有量は、０．００５％から０．０４％の範囲にあることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  13. 請求項１２に記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    焼きなましは、機械加工後、または、機械加工前の制御された冷却後に、１時間から３時間までの間で３００℃から５００℃の範囲で、行われることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  14. 請求項１ないし１３の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法において、
    上記機械的強化の処理は、バニシ仕上げであることを特徴とする鋼鍛造物の製造方法。
  15. 請求項１ないし１４の何れか一つに記載の鋼鍛造物の製造方法によって得られることを特徴とする鋼鍛造物。
  16. 請求項１５に記載の鋼鍛造物において、
    上記鋼鍛造物は、ＩＣ機関に対するクランクシャフトを構成することを特徴とする鋼鍛造物。
  17. 請求項１６に記載の鋼鍛造物において、
    上記機械的強化の処理は、上記クランクシャフトの上記クランクピンと上記ベアリングとを結合している上記フィレットで、行われることを特徴とする鋼鍛造物。
JP2003403359A 2002-12-03 2003-12-02 鋼鍛造物を製造する方法、および、この方法によって得られる鋼鍛造物 Pending JP2004183101A (ja)

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