JP2004277841A

JP2004277841A - Non-heat treated steel

Info

Publication number: JP2004277841A
Application number: JP2003073070A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Hasegawa; 達也長谷川; Koji Watari; 宏二渡里
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP3988663B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide steel which has excellent machinability, cracking properties and fatigue resistance, and is suitable as the stock for a cracking connecting rod. <P>SOLUTION: The non-heat treated steel has a chemical composition comprising 0.20 to 0.40% C, 0.05 to 1.50% Si, 0.30 to 2.00% Mn, 0.040 to 0.130% S, 0.10 to 0.50% V, >0.10 to 0.50% Ti, 0.002 to 0.100% Al and 0.002 to 0.020% N, and the balance Fe with impurities. Provided that each atomic symbol is defined as the content in the steel by mass%, the value of C+(Si/10)+(Mn/5)+(5Cr/22)+1.65V-(5S/7) is ≥0.80. The steel has a ferrite-pearlite structure in which the proportion of the ferrite is ≥40%. Further, the hardness of the ferrite is ≥250 by Vickers hardness, and the ratio between the hardness of the ferrite and the total hardness is ≥0.80. In place of Fe, one or more groups selected from the following (1) to (3) can be incorporated: (1) P; (2) Cr; and (3) one or more kinds of metals selected from Pb, Te, Ca and Bi. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非調質鋼に関し、詳しくは、被削性及び破断分割性に優れるとともに引張強さが大きく耐疲労特性も良好で、自動車エンジンなどのコネクティングロッドの素材として好適な被削性、破断分割性及び耐疲労特性に優れた高強度の非調質鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンなどのコネクティングロッド（以下、コンロッドという）は、ピストンとクランクシャフトを連結するエンジン部品であり、爆発力を駆動軸に伝達する役割を担っている。このため、コンロッドには高い疲労限度（以下、疲労強度ともいい、σｗの記号で表す）が要求される。特に、近年のエンジンの高出力化にともなって、コンロッドに要求される疲労強度はますます大きくなっている。また、コンロッドのボルト穴及び、ピストンやクランクシャフトと連結する部分は切削加工されるため、その素材には良好な被削性が要求される。
【０００３】
ＪＩＳに規定されたＳ４８Ｃ等の機械構造用炭素鋼は、これに焼入れ−焼戻しのいわゆる調質処理を施せば、安定して大きな疲労強度が確保できる。このため、従来のコンロッドは、Ｓ４８Ｃ等の機械構造用炭素鋼を調質処理して製造されてきた。
【０００４】
しかしながら、最近の厳しい経済情勢を反映して、各種自動車部品の製造コスト低減の動きが活発化しており、この動きはエンジン部品であるコンロッドにおいても例外ではなくなってきている。このため、製造コストが嵩む焼入れ−焼戻しの調質処理を行うことなく、つまり非調質で、前記機械構造用炭素鋼を調質処理した場合と同等の疲労強度が得られるコンロッドに対する要望が大きくなり、一部の車種では採用され始めた。
【０００５】
図１にコンロッドを示すが、従来のコンロッド１は、別の工程で熱間鍛造されたコンロッド本体２とコンロッドキャップ３に対して、切削加工によるボルト穴の加工と仕上げ整形加工を施し、その後でボルト４によって形状の複雑なクランクシャフトに結合して組み立てるという工程を経る必要がある。したがって、非調質化は達成できても、次に述べる「クラッキングコンロッド」ほどにはコスト低減の点で満足のいくものではない。
【０００６】
つまり、最近では、非調質鋼化に加えて、更に一層の製造コスト低減のために、コンロッド本体２とコンロッドキャップ３の両者を熱間鍛造で一体成形した後、大端部５でコンロッド本体２とコンロッドキャップ３にクラッキング（分割）するいわゆる「クラッキングコンロッド」が検討されている。
【０００７】
なお、上記のクラッキングには、一体成形材の分割したい部位である大端部５の穴（例えば図１におけるＮ部）に治具を挿入し、応力を負荷して破断させる方法が適用される。
【０００８】
クラッキングされたコンロッド１（つまり、クラッキングコンロッド）は、クラッキングした際の破断面が平滑な脆性破面であれば、それをクランクシャフトと連結する際には、コンロッド本体２とコンロッドキャップ３とでクランクシャフトを挟み込んだ後、破断面を合わせ、コンロッド本体２とコンロッドキャップ３とをボルト４で連結するだけでよい。
【０００９】
したがって、クラッキングコンロッドは、その破断面が平滑な脆性破面であれば、クランクシャフトを挟む部分である合わせ面の切削加工が不要になって製造コストを低減することができるし、破断面で連結が行われるために締結剛性すなわち強度に優れている。
【００１０】
上記のクラッキングコンロッドについては、特許文献１に開示された質量％で０．７％程度のＣ（炭素）を含む非調質鋼を素材とするものが欧州で既に実用化されている。しかし、上記の欧州で実用化されたコンロッドは従来の機械構造用炭素鋼、例えばＪＩＳのＳ４８Ｃを調質処理したコンロッドに比べて疲労強度が劣り、耐疲労特性の面では必ずしも産業界の要望に応えきれていない。
【００１１】
そこで、欧州で実用化されているものと同等以上の破断分割性（以下、クラッキング性という）を有するとともに、非調質の状態で、例えばＪＩＳの機械構造用炭素鋼を調質処理したコンロッドより大きな疲労強度を有し、且つ、被削性にも優れた高強度のコンロッド用鋼に対する要望が極めて大きくなっている。
【００１２】
特許文献２〜１５には、鋼の化学組成を制御してクラッキング性を高めた「低延性非調質鋼」、或いは、化学組成と炭硫化物を制御してクラッキング性と被削性を高めた「低延性非調質鋼」が開示されている。しかし、この特許文献２〜１５で提案されたいずれの非調質鋼も、必ずしも耐疲労特性に対する配慮がなされたものではない。
【００１３】
特許文献１６には、Ｃ含有量が重量％で０．２〜０．３５％未満の低炭素域で、Ｍｎの含有量を低減するとともに高Ｖ組成として延性の大きなフェライトを脆化させ、更に、粗大なＴｉＣ粒子を分散させることによって破断分離性を高めた「破断分離性と耐久強さに優れた機械構造用鋼」が開示されている。しかし、この公報で提案された機械構造用鋼は、被削性向上のために単にＳを重量％で、０．０１〜０．２％含有させただけのものであり、したがって、必ずしもコンロッドに要求される被削性を満足できるものではない。
【００１４】
【特許文献１】
米国特許第５１３５５８７号公報
【特許文献２】
特開平９−３５８９号公報
【特許文献３】
特開平９−３１５９４号公報
【特許文献４】
特開平９−１１１４１２号公報
【特許文献５】
特開平９−１７６７８５号公報
【特許文献６】
特開平９−１７６７８６号公報
【特許文献７】
特開平９−１７６７８７号公報
【特許文献８】
特開平１１−５０１８４号公報
【特許文献９】
特開平１１−１９９９６７号公報
【特許文献１０】
特開平１１−１９９９６８号公報
【特許文献１１】
特開平１１−２３６６４３号公報
【特許文献１２】
特開平１１−２８６７４６号公報
【特許文献１３】
特開平１１−２８６７５０号公報
【特許文献１４】
特開平１１−３０２７７８号公報
【特許文献１５】
特開２０００−３４５２９８号公報
【特許文献１６】
特開平１１−３１５３４０号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、被削性及び破断分割性に優れるとともに引張強さが大きく耐疲労特性も良好で、自動車エンジンなどのコンロッドの素材として好適な高強度の非調質鋼を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）〜（８）に示す非調質鋼にある。
【００１７】
（１）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％及びＮ：０．００２〜０．０２０％を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、下記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００１８】
Ｃｅｑ＝Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ−（５Ｓ／７）・・・・・▲１▼、ここで、▲１▼式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【００１９】
（２）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％及びＰ：０．１５０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２０】
（３）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％及びＣｒ：０．５０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２１】
（４）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％及びＮ：０．００２〜０．０２０％を含むとともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２２】
（５）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％、Ｐ：０．１５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２３】
（６）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％及びＰ：０．１５０％以下を含むとともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２４】
（７）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％及びＣｒ：５０％以下を含むとともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２５】
（８）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜１．５０％、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｓ：０．０４０〜０．１３０％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで、Ａｌ：０．００２〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０２０％、Ｐ：０．１５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下を含むとともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成で、組織がフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織で、更に、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上であることを特徴とする非調質鋼。
【００２６】
ここで、フェライト・パーライト組織とは、フェライトとパーライトの混合組織をいう。前記した各相は、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いた観察によって確認することができる。
【００２７】
フェライトの硬さとしてのビッカース硬さは、０．０９８０７Ｎの試験力で測定した値をいい、全硬さとしてのビッカース硬さは、９８．０７Ｎの試験力で測定した値をいう。
【００２８】
また、全硬さとはランダムに４箇所測定した場合の平均値を指す。
【００２９】
なお、本発明でいうフェライトには、セメンタイトとともにパーライトを形成するフェライトは含まない。
【００３０】
以下、上記（１）〜（８）の非調質鋼に係る発明をそれぞれ（１）〜（８）の発明という。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前記した目的を達成するために種々検討を行い、下記（イ）〜（ヘ）の知見を得た。
【００３２】
（イ）クラッキング性と被削性がともに良好になる場合の鋼の組織はフェライト・パーライト組織である。
【００３３】
（ロ）フェライト・パーライト組織におけるフェライトの硬さはクラッキング性、被削性及び耐疲労特性に影響する。
【００３４】
（ハ）フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合が小さい場合には、σｗ（疲労強度）の上昇割合に対してＴＳ（引張強さ）の上昇割合が大きくなりすぎ、被削性が低下することがある。
【００３５】
（ニ）フェライト・パーライト組織におけるフェライトの硬さと全硬さの比が大きい場合には、クラッキング性、耐疲労特性及び被削性はいずれも良好である。
【００３６】
（ホ）適正量のＴｉとＶを複合添加することによって、従来のＶを単独添加する非調質鋼に比べてフェライトを大幅に強化することができる。しかも、ＴｉとＶの複合添加によるフェライトの強化は、フェライト・パーライト組織における全硬さとフェライトの硬さとの差を小さくするので、上記したフェライトの硬さと全硬さの比が大きくなって、良好なクラッキング性、被削性及び耐疲労特性を確保することができる。
【００３７】
（ヘ）前記▲１▼式で表されるＣ当量（つまりＣｅｑ）の値を大きくすればＴＳ（引張強さ）を高くできるので大きなσｗ（疲労強度）が確保でき、更に、強度が大きい分クラッキング性は良好になる。
【００３８】
前記（１）〜（８）の本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。
【００３９】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
（Ａ）鋼の化学組成
Ｃ：０．２０〜０．４０％、
Ｃは、鋼の強度を高める作用を有し、０．２０％以上含有させることで効果が得られる。しかし、その含有量が０．４０％を超えると、フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合が少なくなって、σｗ（疲労強度）の上昇割合に対してＴＳ（引張強さ）の上昇割合が大きくなりすぎ、被削性が低下することがある。したがって、Ｃの含有量を０．２０〜０．４０％とした。なお、Ｃの含有量は０．２０〜０．３５％とすることが好ましい。
【００４０】
Ｓｉ：０．０５〜１．５０％
Ｓｉは、鋼の脱酸に有効であるとともに固溶強化によって鋼の強度を高める作用を有する。しかし、その含有量が０．０５％未満では添加効果に乏しい。一方、Ｓｉを１．５０％を超えて含有させても上記の効果は飽和しコストが嵩むばかりである。しかも、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉの含有量を０．０５〜１．５０％とした。なお、Ｓｉの含有量は０．１５〜０．９０％とすることが好ましい。
【００４１】
Ｍｎ：０．３０〜２．００％
Ｍｎは、鋼の脱酸作用を有するとともに、焼入れ性を高めて鋼の強度を向上させる作用を有する。これらの効果を得るためにはＭｎの含有量を０．３０％以上とする必要がある。しかし、Ｍｎの含有量が２．００％を超えると鋼の熱間加工性が低下する。更に、焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織を生じ、クラッキング性及び被削性の低下をきたす。したがって、Ｍｎの含有量を０．３０〜２．００％とした。なお、Ｍｎの含有量は０．３０〜１．４０％とすることが好ましく、０．６０〜１．２０％とすることが一層好ましい。
【００４２】
Ｓ：０．０４０〜０．１３０％
Ｓは、ＭｎやＴｉとともに硫化物を形成して鋼の被削性を高める作用を有する。この効果を得るには、Ｓの含有量を０．０４０％以上とする必要がある。しかし、Ｓの含有量が０．１３０％を超えると、鋼の熱間加工性が低下することがある。したがって、Ｓの含有量を０．０４０〜０．１３０％とした。なお、本発明に係る非調質鋼は強度が大きい分被削性が低下する場合があるので、十分な熱間加工性を確保するとともに良好な被削性を安定且つ確実に得るためには、Ｓの含有量は０．１００％を超えて０．１３０％までとすることが好ましい。
【００４３】
Ｖ：０．１０〜０．５０％
Ｖは、本発明において重要な元素である。すなわち、Ｖはフェライト中に炭窒化物として析出して強度を向上させる作用を有する他に、後述するＴｉと複合して添加することによってクラッキング性を高める作用を有する。こうした効果を得るには、Ｖの含有量を０．１０％以上とする必要がある。しかし、Ｖを０．５０％を超えて含有させても前記した効果の増大はほとんどなく、コストが極めて大きくなってしまう。したがって、Ｖの含有量を０．１０〜０．５０％とした。
なお、Ｖの含有量は０．１０〜０．３５％とすることが好ましく、０．１５〜０．３５％とすることが一層好ましい。
【００４４】
Ｔｉ：０．１０％を超えて０．５０％まで
Ｔｉは、本発明において重要な元素である。すなわち、ＴｉはＶと同様にフェライト中に炭窒化物として析出して強度を高め、更に、Ｖと複合して添加することによってフェライトを大幅に強化する作用を有する。このフェライトの強化は、フェライト・パーライト組織における全硬さとフェライトの硬さとの差を小さくするので、良好なクラッキング性が確保でき、更に、フェライトの強化は疲労亀裂発生の抑制につながるため大きな疲労強度を確保することもできる。また、Ｔｉには硫化物を形成して被削性を改善する作用もある。前記した効果を顕著に得るためには、Ｔｉを０．１０％を超えて含有させる必要がある。しかし、Ｔｉの含有量が０．５０％を超えると熱間加工性の低下を招く。したがってＴｉの含有量を０．１０％を超えて０．５０％までとした。なお、Ｔｉの含有量は０．１０％を超えて０．３０％までとすることが好ましい。
【００４５】
Ａｌ：０．００２〜０．１００％
Ａｌは、鋼の脱酸剤として有効な元素である。本発明の特徴のひとつは上述したようにＴｉとＶの複合添加であるが、Ｔｉは脱酸力が強いため酸化物を形成してしまい、炭窒化物を形成する割合が相対的に減少してしまう。そのため、ＴｉがＶとともにフェライトを強化する作用が低下する。また、Ｔｉの歩留りを低下させて製造コストの上昇を招くことが懸念される。Ａｌを添加する理由は、Ａｌで鋼を脱酸して脱酸の安定化を図ると同時に、炭窒化物を形成してフェライトの強化に効くＴｉを確保し、Ｔｉの歩留まり低下を防ぐという意味も兼ねている。
そのために必要なＡｌの含有量は０．００２％以上であるが、０．１００％でその効果は飽和する。したがってＡｌの含有量を０．００２〜０．１００％とした。Ａｌの含有量は０．００２〜０．０５０％とすることが好ましい。
【００４６】
なお、上述のＡｌで鋼を脱酸して脱酸の安定化を図ると同時に、ＴｉがＶとともにフェライトを強化する作用を確保し、また、Ｔｉの歩留まり低下を防ぐためには、例えば、Ａｌで十分脱酸してからＴｉを添加する、すなわち、添加順序をＡｌ、Ｔｉの順とするのがよい。
【００４７】
Ｎ：０．００２〜０．０２０％
Ｎは、Ｖ及びＴｉと炭窒化物を形成して鋼の強化に寄与する。この効果を得るには、Ｎは０．００２％以上の含有量が必要である。しかし、Ｎを０．０２０％を超えて含有させても上記の効果は飽和する。したがって、Ｎの含有量を０．００２〜０．０２０％とした。
【００４８】
Ｃｅｑの値：０．８０以上
一般に、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値（つまり、Ｃ当量の値）はＴＳ（引張強さ）と相関を有し、Ｃｅｑの値が大きい場合にはＴＳも大きくなって大きなσｗ（疲労強度）が得られ、更に、強度が大きい分クラッキング性が良好になる。特に、Ｃｅｑの値が０．８０以上の場合のクラッキング性は良好である。したがって、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値を０．８０以上とした。なお、コンロッドに要求される強度にもよるが、Ｃｅｑの上限値は良好な被削性の確保という点からほぼ１．３０程度である。
【００４９】
前記（１）の発明に係る非調質鋼は、上記のＣからＮまでの元素と、残部がＦｅ及び不純物からなり、前記▲１▼式で表されるＣｅｑの値が０．８０以上の化学組成を有する鋼である。
【００５０】
前記（２）の発明に係る非調質鋼は、クラッキング性を一層高めることを目的として、上記（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｐ：０．１５０％以下を含有させた化学組成を有する鋼である。
【００５１】
上記のＰは結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、クラッキング性を一層高める作用を有するので、以下に述べる範囲内で含有させてもよい。
【００５２】
Ｐ：０．１５０％以下
Ｐは、添加すれば結晶粒界に偏析して鋼を脆化させるため、コンロッドのクラッキングの際の破面を平滑な脆性破面とするのに有効である。この効果を確実に得るには、Ｐは０．０４％以上の含有量とすることが望ましい。しかし、Ｐを過度に添加すると、鋼の熱間加工性が低下し、特に、その含有量が０．１５０％を超えると熱間加工性の低下が著しくなる。したがって、Ｐを添加する場合には、その含有量を０．１５０％以下とするのがよい。なお、Ｐの含有量は０．１００％以下とするのが一層よい。
【００５３】
前記（３）の発明に係る非調質鋼は、強度を高めることを目的として、前記（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｃｒ：０．５０％以下を含有させた化学組成を有する鋼である。
【００５４】
上記のＣｒは鋼の焼入れ性を向上させて強度を高める作用を有するので、以下に述べる範囲内で含有させてもよい。
【００５５】
Ｃｒ：０．５０％以下
Ｃｒは、添加すれば、鋼の焼入れ性を向上させて強度を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｃｒは０．０２％以上の含有量とすることが望ましい。しかし、その含有量が０．５０％を超えるとベイナイト組織を生じ、クラッキング性及び被削性の低下をきたす。したがって、Ｃｒを添加する場合には、その含有量を０．５０％以下とするのが好ましい。Ｃｒの含有量を０．３０％以下とするのが更に好ましい。
【００５６】
前記（４）の発明に係る非調質鋼は、被削性を一層高めることを目的として、前記（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有させた化学組成を有する鋼である。
【００５７】
上記のＰｂからＢｉまでのいずれの元素も鋼の被削性を高める作用を有するので、ＰｂからＢｉまでの元素は、以下に述べる範囲内でそれぞれを単独で含有させてもよいし、２種以上を複合して含有させてもよい。
【００５８】
Ｐｂ：０．３０％以下
Ｐｂは、鋼の被削性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｐｂは０．０２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．３０％を超えると熱間加工性の低下を招く。したがって、Ｐｂを添加する場合には、その含有量を０．３０％以下とするのがよい。
【００５９】
Ｔｅ：０．３０％以下
Ｔｅは、鋼の被削性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｔｅは０．００２％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．３０％を超えると熱間加工性の低下を招く。したがって、添加する場合のＴｅの含有量は０．３０％以下とするのがよい。
【００６０】
Ｃａ：０．０１０％以下
Ｃａは、鋼の被削性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｃａは０．０００５％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．０１０％を超えると熱間加工性の低下を招く。したがって、Ｃａを添加する場合には、その含有量を０．０１０％以下とするのがよい。
【００６１】
Ｂｉ：０．３０％以下
Ｂｉは、鋼の被削性を高める作用を有する。この効果を確実に得るには、Ｂｉは０．０３％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その含有量が０．３０％を超えると熱間加工性の低下を招く。したがって、添加する場合のＢｉの含有量は０．３０％以下とするのがよい。
【００６２】
前記（５）の発明に係る非調質鋼は、クラッキング性を一層高めること及び強度を高めることを目的として、前述の（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｐ：０．１５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下を含有させた化学組成を有する鋼である。
【００６３】
前記（６）の発明に係る非調質鋼は、クラッキング性を一層高めること及び被削性を一層高めることを目的として、前述の（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｐ：０．１５０％以下とともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有させた化学組成を有する鋼である。
【００６４】
前記（７）の発明に係る非調質鋼は、強度を高めること、及び被削性を一層高めることを目的として、前述の（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｃｒ：０．５０％以下とともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有させた化学組成を有する鋼である。
【００６５】
前記（８）の発明に係る非調質鋼は、クラッキング性を一層高めること、強度を高めること及び被削性を一層高めることを目的として、前述の（１）の発明の鋼のＦｅの一部に代えて、Ｐ：０．１５０％以下及びＣｒ：０．５０％以下とともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１０％以下及びＢｉ：０．３０％以下から選択される１種以上を含有させた化学組成を有する鋼である。
（Ｂ）非調質鋼の組織
本発明に係る非調質鋼の組織は、フェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織とする必要がある。
【００６６】
先ず、フェライト・パーライト組織とするのは、クラッキング性と被削性をともに良好にするためである。マルテンサイト、ベイナイトやオーステナイトを含む組織のクラッキング性は低く、更に、フェライト・パーライト組織に比べて被削性にも劣る。ここで、既に述べたように、「フェライト・パーライト組織」とはフェライトとパーライトの混合組織を指す。
【００６７】
フェライト・パーライト組織において、固溶及び／又は析出によって強化されたフェライトの割合を４０％以上とすることで、良好な「疲労強度−被削性」バランスを確保することができる。
【００６８】
したがって、本発明に係る非調質鋼においては、その組織をフェライトの割合が４０％以上であるフェライト・パーライト組織とした。なお、フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合の上限は９０％程度である。
【００６９】
ここで、或る相の体積割合は面積割合に等しいことが知られており、したがって、上記フェライトが組織に占める割合は、例えば、通常の２次元的な評価方法、すなわち、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いた観察によって求めたフェライトの割合から決定すればよい。
（Ｃ）フェライトの硬さ及びフェライトの硬さと全硬さの比
本発明に係る非調質鋼は、その硬さに関し、フェライトの硬さがビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比が０．８０以上でなければならない。
【００７０】
すなわち、フェライト・パーライト組織におけるフェライトの硬さはクラッキング性、被削性及び耐疲労特性に影響し、フェライトの硬さをＨｖ２５０以上とすることが良好な、クラッキング性、被削性及び耐疲労特性を確保するための条件となる。また、フェライト・パーライト組織における全硬さとフェライトの硬さとの差を小さくすること、換言すればフェライトの硬さと全硬さの比を大きくすること、特に、上述の比を０．８０以上と大きくすること、によって優れたクラッキング性、良好な耐疲労特性及び優れた被削性を確保することができる。
【００７１】
したがって、本発明に係る非調質鋼においては、フェライト・パーライト組織におけるフェライトの硬さをビッカース硬さで２５０以上、且つ、フェライトの硬さと全硬さの比を０．８０以上とした。
【００７２】
ここで、フェライトの硬さとしてのビッカース硬さは、０．０９８０７Ｎの試験力で測定した値をいい、全硬さとしてのビッカース硬さは、９８．０７Ｎの試験力で測定した値をいうこと、また、全硬さがランダムに４箇所測定した場合の平均値を指すことは既に述べたとおりである。
【００７３】
ここで、本発明におけるフェライトには、セメンタイトとともにパーライトを形成するフェライトは含まないことも既に述べたとおりである。
【００７４】
前記（Ａ）項に記載の化学組成を有する鋼は、Ａｌで鋼を脱酸して脱酸の安定化を図ると同時に、ＴｉがＶとともにフェライトを強化する作用を確保し、また、Ｔｉの歩留まり低下を防ぐために、例えば、Ａｌで十分脱酸してからＴｉを添加する、すなわち、添加順序をＡｌ、Ｔｉの順として溶製された後に鋼塊や鋼片とされる。そして次に、鋼塊や鋼片のままで、或いは更に通常の方法で熱間での圧延及び／又は鍛造を施された後で、例えば、鍛造のための加熱温度を１２００〜１３５０℃、鍛造仕上げ温度を８００℃を超えて１３００℃まで、鍛造後の８００〜６００℃における冷却速度を１００〜１５０℃／分とした熱間鍛造と冷却によって、コンロッド本体２とコンロッドキャップ３がつながった一体物に成形され、更に、ボルト穴加工を施された後、大端部５でコンロッド本体２とコンロッドキャップ３にクラッキングされる。次いで、分割されたコンロッド本体２及びコンロッドキャップ３はボルト４でクランクシャフトに結合されて組み立てられる。
【００７５】
なお、上述の熱間鍛造条件における温度と冷却速度は鋼片や一体物成形材の表面における値であり、８００〜６００℃の温度域を上記のように冷却した後の冷却は特に制限されるものではない。
【００７６】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【００７７】
【実施例】
表１及び表２に示す化学組成を有する鋼を真空溶解炉を用いて溶製し、鋼塊とした。なお、鋼１〜１８については、Ａｌで十分脱酸してからＴｉを添加（つまり、ＡｌとＴｉの添加順序はＡｌ、Ｔｉの順）して溶製した後、鋳造した。一方、鋼１９は、成分調整した最後にＡｌを添加（つまり、添加順序がＴｉ、Ａｌの順）し、その後直ちに鋳造した。表１及び表２において、鋼１〜１１及び鋼１７〜１９は化学組成が本発明で規定する範囲内の本発明例の鋼であり、鋼１２〜１６、鋼２０及び鋼２１は成分のいずれかが本発明で規定する含有量の範囲から外れた比較例の鋼である。なお、比較例の鋼のうち鋼２０と鋼２１はそれぞれ、ＪＩＳのＳ４８Ｃに相当する鋼と特許文献１で開示され欧州で既に実用化されているクラッキングコンロッド用鋼に相当する鋼である。
【００７８】
【表１】

【００７９】
【表２】

【００８０】
次いで、これらの本発明例の鋼及び比較例の鋼を通常の方法によって鋼片とした後、鋼１〜１６及び鋼２１については鍛造のための加熱温度を１２５０℃、鍛造仕上げ温度を１０５０℃として直径２０ｍｍの丸棒に熱間鍛造し、鍛造終了後は８００〜６００℃における冷却速度を１１０℃／分として冷却し、６００℃を下回る温度域は通常の大気中放冷とした。
【００８１】
一方、鋼１７及び鋼１８については鍛造のための加熱温度を１３００℃、鍛造仕上げ温度を１２００℃として直径２０ｍｍの丸棒に熱間鍛造し、鍛造終了後は８００〜６００℃における冷却速度を１１０℃／分として冷却し、６００℃を下回る温度域は通常の大気中放冷とした。また、鋼１９については鍛造のための加熱温度を１１５０℃、鍛造仕上げ温度を１０００℃として直径２０ｍｍの丸棒に熱間鍛造し、鍛造終了後は８００〜６００℃における冷却速度を１１０℃／分として冷却し、６００℃を下回る温度域は通常の大気中放冷とした。
【００８２】
なお、比較例の鋼のうちＪＩＳのＳ４８Ｃに相当する鋼である鋼２０については、１２５０℃に加熱後通常の方法で熱間鍛造して得た直径２０ｍｍの丸棒に、１１００℃に加熱して油焼入れ後５００℃で焼戻しする調質処理を施した。
【００８３】
このようにして得た直径が２０ｍｍの丸棒から各種の試験片を採取して、ミクロ組織、ビッカース硬さ（以下、Ｈｖ硬さという）、引張特性、耐疲労特性、衝撃特性及び被削性を調査した。
【００８４】
すなわち、前記した各丸棒から鍛錬軸に垂直な面を観察面とするミクロ試験片を切り出し、鏡面研磨してナイタル腐食した後、倍率を４００倍とした光学顕微鏡で観察して、ミクロ組織の判定を行った。
【００８５】
上記のようにして観察した組織がフェライト・パーライトであったものについて、更に、通常の方法で画像解析し、フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合を測定した。組織がフェライト・パーライトであったものについては、フェライトのＨｖ硬さ（αＨｖ）を０．０９８０７Ｎの試験力で測定した。
【００８６】
また、各丸棒から鍛錬軸に垂直な面を試験面とする試験片を切り出して鏡面研磨した後、全硬さとしてのＨｖ硬さ（ＴＨｖ）を９８．０７Ｎの試験力で測定した。
【００８７】
引張特性は、各丸棒から平行部の直径が７ｍｍのＪＩＳ１４Ａ号引張試験片を切り出し、通常の方法により室温で引張試験を行い、ＴＳ（引張強さ）を測定した。
【００８８】
耐疲労特性は、各丸棒から平行部の直径が８ｍｍの小野式回転曲げ疲労試験片を切り出し、通常の方法により室温で回転曲げ疲労試験を行い、σｗ（疲労強度）を測定した。なお、ＪＩＳのＳ４８Ｃ相当鋼である鋼２０に、「１１００℃油焼入れ−５００℃焼戻し」の調質処理を施した試験番号２０のσｗより３０ＭＰａ以上大きいσｗが得られた場合、つまり４９０ＭＰａ以上のσｗが得られた場合に耐疲労特性が良好と判断した。
【００８９】
衝撃特性は、各丸棒からＪＩＳＺ２２０２（１９９８）に記載の幅１０ｍｍのＶノッチ試験片を切り出し、通常の方法により室温でシャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を測定した。この幅１０ｍｍのＶノッチ試験片を用いた室温でのシャルピー衝撃値（ｖＥ_ＲＴ）は、クラッキング性を評価する１つの指標となり得るもので、その値が小さいほどクラッキング性が良好といえる。このため、欧州で既に実用化されているクラッキングコンロッド用鋼に相当する鋼である鋼２１を用いた試験番号２１の衝撃値である「７．０Ｊ／ｃｍ^２」を基準性能とし、これ以下の衝撃値が得られた場合に衝撃特性が低く、したがって、クラッキング性が良好と判断した。
【００９０】
被削性は、丸棒から１０ｍｍ×１０ｍｍの断面を有する板状試験片を切り出し、深さ１０ｍｍの貫通孔をドリルで穿孔し、孔を１００個あけた後のドリルのコーナー摩耗量（ドリル最外周部の摩耗量）を測定して評価した。なお、欧州で既に実用化されているクラッキングコンロッド用鋼に相当する鋼である鋼２１を用いて穿孔試験した試験番号２１の場合の上記コーナー摩耗量を基準性能とし、その５０％未満のコーナー摩耗量の場合に被削性が良好と判断した。
【００９１】
穿孔試験条件は次に示すとおりである。
【００９２】
ドリル：ＳＫＨ５１の直径８ｍｍのストレートシャンクドリル、
回転数：７５４ｒｐｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
潤滑：水溶性潤滑剤。
【００９３】
なお、調質処理したＪＩＳのＳ４８Ｃ相当鋼である鋼２０の丸棒については被削性試験を行わなかった。
【００９４】
表３に上記の各試験結果をまとめて示す。表３におけるαＨｖ及びＴＨｖはそれぞれ、ビッカース硬さでのフェライトの硬さ及び全硬さを表し、また、ｖＥ_ＲＴが幅１０ｍｍのＶノッチ試験片を用いた室温でのシャルピー衝撃値を表すことは既に述べたとおりである。被削性の欄における「◎」、「○」、「△」及び「×」はそれぞれ、コーナー摩耗量が鋼２１を穿孔試験した場合のコーナー摩耗量の２５％未満、２５％以上５０％未満、５０〜１００％及び１００％を超えることを示す。
【００９５】
なお、試験番号１３においては、フェライト面積率が小さいため０．０９８０７Ｎの試験力では圧子がパーライトにもかかってフェライト単独の硬さを測定することができなかった。
【００９６】
【表３】

【００９７】
表３から明らかなように、本発明で定める化学組成、組織、フェライトの硬さ及びフェライトの硬さと全硬さの比を有する試験番号１〜１１の場合は、いずれも目標とする被削性、クラッキング性及び耐疲労特性が得られている。すなわち、ドリルのコーナー摩耗量は、鋼２１を用いて穿孔試験した試験番号２１の場合の摩耗量の５０％未満（マークで「◎」又は「○」）であり、被削性は良好である。クラッキング性を評価する１つの指標となり得るｖＥ_ＲＴは、同じく鋼２１を用いた試験番号２１の場合のｖＥ_ＲＴである７．０Ｊ／ｃｍ^２を下回り、したがって、クラッキング性は良好である。更に、σｗは４９０ＭＰａを上回る５００〜５２５ＭＰａで、耐疲労特性も良好である。
【００９８】
上記試験番号のうちでも、試験番号４及び試験番号６〜１１の被削性は一段と良好なことが明らかである。
【００９９】
これに対して、試験番号１２〜１６の場合は、少なくとも化学組成が本発明で規定する条件から外れているため、被削性、クラッキング性及び耐疲労特性のいずれか１つ以上において目標に達していない。
【０１００】
ＪＩＳのＳ４８Ｃ相当鋼である鋼２０を調質処理した試験番号２０の場合は、ｖＥ_ＲＴが鋼２１を用いた試験番号２１の場合のｖＥ_ＲＴである７．０Ｊ／ｃｍ^２を上回り、少なくともクラッキング性に劣る。
【０１０１】
また、欧州で既に実用化されているクラッキングコンロッド用鋼に相当する鋼である鋼２１を用いた試験番号２１の場合は、σｗが４９０ＭＰａを下回り、耐疲労特性が目標に達していない。
【０１０２】
一方、試験番号１７及び試験番号１８の場合は、鋼１７及び鋼１８は本発明で定める化学組成を有するものの、組織が本発明で規定する条件から外れている。このため、試験番号１７の場合は、被削性に劣るし、試験番号１８の場合は、クラッキング性及び被削性に劣っている。
【０１０３】
試験番号１９の場合、鋼１９は本発明で定める化学組成を有するものの、Ｔｉ及びＶによる十分なフェライトの強化がなされておらず、ビッカース硬さでのフェライトの硬さ（αＨｖ）及びフェライトの硬さと全硬さの比（αＨｖ／ＴＨｖ）が本発明で規定する条件から外れている。このためｖＥ_ＲＴが７．０Ｊ／ｃｍ^２を上回ってクラッキング性に劣っているし、σｗも４４５ＭＰａと低く耐疲労特性も目標に達していない。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明の非調質鋼は、被削性、破断分割性（クラッキング性）及び耐疲労特性に優れているので、自動車エンジンなどのクラッキングコンロッドの素材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンロッドの詳細を示す図である。
【符号の説明】
１：コンロッド、
２：コンロッド本体、
３：コンロッドキャップ、
４：ボルト、
５：大端部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-heat treated steel, specifically, has excellent machinability and fracture splitting properties, has high tensile strength and good fatigue resistance, and is suitable as a material for a connecting rod such as an automobile engine. The present invention relates to a high-strength non-heat treated steel excellent in fracture splitting property and fatigue resistance.
[0002]
[Prior art]
A connecting rod (hereinafter, referred to as a connecting rod) of an automobile engine or the like is an engine component that connects a piston and a crankshaft, and has a role of transmitting explosive force to a drive shaft. For this reason, the connecting rod is required to have a high fatigue limit (hereinafter, also referred to as fatigue strength, represented by a symbol of σw). In particular, with the recent increase in engine output, the fatigue strength required for connecting rods has been further increased. Further, since the bolt hole of the connecting rod and the portion connected to the piston and the crankshaft are cut, good machinability is required for the material.
[0003]
If carbon steel for machine structure such as S48C specified in JIS is subjected to so-called tempering treatment of quenching and tempering, a large fatigue strength can be stably secured. For this reason, conventional connecting rods have been manufactured by tempering carbon steel for machine structures such as S48C.
[0004]
However, reflecting the recent severe economic situation, the movement to reduce the manufacturing cost of various automobile parts is becoming active, and this movement is no longer an exception for connecting rods as engine parts. For this reason, there is a great demand for a connecting rod capable of obtaining the same fatigue strength as the case where the carbon steel for machine structure is subjected to the tempering treatment without performing the tempering treatment of the quenching / tempering, which increases the production cost, that is, without the tempering. It has begun to be adopted in some models.
[0005]
FIG. 1 shows a connecting rod. In a conventional connecting rod 1, a connecting rod main body 2 and a connecting rod cap 3 hot-forged in another process are subjected to machining of a bolt hole by cutting and finish shaping, and thereafter. It is necessary to go through a process of assembling by connecting to a crankshaft having a complicated shape with the bolt 4. Therefore, even though non-tempering can be achieved, it is not as satisfactory in terms of cost reduction as "cracking connecting rod" described below.
[0006]
That is, in recent years, in order to further reduce the manufacturing cost in addition to the use of non-heat treated steel, both the connecting rod body 2 and the connecting rod cap 3 are integrally formed by hot forging, and then the connecting rod body A so-called “cracking connecting rod” that cracks (divides) the connecting rod 2 and the connecting rod cap 3 is being studied.
[0007]
For the cracking described above, a method is used in which a jig is inserted into a hole (for example, N portion in FIG. 1) of the large end portion 5 which is a portion of the integrally formed material to be divided, and a stress is applied to break. .
[0008]
If the cracked connecting rod 1 (that is, the cracking connecting rod) has a smooth brittle fracture surface when it is cracked, the connecting rod body 2 and the connecting rod cap 3 connect the crank to the crankshaft. After inserting the shaft, it is only necessary to align the fracture surfaces and connect the connecting rod body 2 and the connecting rod cap 3 with the bolts 4.
[0009]
Therefore, if the cracking connecting rod has a smooth brittle fracture surface, cutting of the mating surface that sandwiches the crankshaft is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. Is performed, so that the fastening rigidity, that is, the strength is excellent.
[0010]
Regarding the above cracking connecting rod, a rod made of a non-heat treated steel containing about 0.7% by mass of C (carbon) disclosed in Patent Document 1 has already been put to practical use in Europe. However, the above-mentioned connecting rods practically used in Europe have inferior fatigue strength as compared with conventional carbon steels for machine structural use, for example, connecting rods tempered with JIS S48C, and are not necessarily required by the industry in terms of fatigue resistance. Not responding.
[0011]
Therefore, while having a fracture splitting property equal to or more than that practically used in Europe (hereinafter referred to as cracking property), in a non-heat-treated state, for example, a connecting rod obtained by heat-treating JIS carbon steel for machine structural use There is an increasing demand for high-strength connecting rod steel that has high fatigue strength and excellent machinability.
[0012]
Patent Documents 2 to 15 disclose "low-ductility non-heat treated steel" in which the chemical composition of steel is controlled to enhance cracking properties, or in which the chemical composition and carbosulfide are controlled to increase cracking properties and machinability. "Low ductility non-heat treated steel" is disclosed. However, none of the non-heat treated steels proposed in Patent Literatures 2 to 15 are necessarily made with consideration given to fatigue resistance.
[0013]
Patent Document 16 discloses that in a low carbon region in which the C content is 0.2 to less than 0.35% by weight, the content of Mn is reduced and the ferrite with high ductility is embrittled as a high V composition. "Steel for machine structural use excellent in fracture separability and durability" in which coarse TiC particles are dispersed to enhance fracture separability is disclosed. However, the steel for machine structural use proposed in this publication merely contains S in an amount of 0.01 to 0.2% by weight in order to improve machinability. The required machinability cannot be satisfied.
[0014]
[Patent Document 1]
US Patent No. 5,135,587 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-3589 [Patent Document 3]
JP-A-9-31594 [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-111412 [Patent Document 5]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-176785 [Patent Document 6]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-176786 [Patent Document 7]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-176787 [Patent Document 8]
JP-A-11-50184 [Patent Document 9]
JP-A-11-199967 [Patent Document 10]
JP-A-11-199968 [Patent Document 11]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-236643 [Patent Document 12]
JP 11-286746 A [Patent Document 13]
JP-A-11-286750 [Patent Document 14]
JP-A-11-302778 [Patent Document 15]
JP 2000-345298 A [Patent Document 16]
JP-A-11-315340
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above situation, and has an object of being excellent in machinability and fracture splitting property, and having a large tensile strength and good fatigue resistance, which is suitable as a material for connecting rods of automobile engines and the like. It is to provide a high strength non-heat treated steel.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention resides in a non-heat treated steel shown in the following (1) to (8).
[0017]
(1) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100% and N: 0.002 to 0.020% The remainder is composed of Fe and impurities, has a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the following formula (1), and has a ferrite-pearlite structure having a ferrite ratio of 40% or more. A non-heat treated steel characterized in that the hardness of ferrite is Vickers hardness of 250 or more, and the ratio of ferrite hardness to total hardness is 0.80 or more.
[0018]
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V− (5S / 7) (1) where the symbol of the element in the formula (1) is , Represents the content of the element in steel in mass%.
[0019]
(2) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and P : Containing 0.150% or less, the balance being Fe and impurities, having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1) and a microstructure having a ferrite ratio of 40% or more. A non-heat treated steel having a ferrite-pearlite structure, wherein the ferrite has a Vickers hardness of 250 or more and a ratio of ferrite hardness to total hardness of 0.80 or more.
[0020]
(3) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and Cr : 0.50% or less, the balance being Fe and impurities, the chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1), and a microstructure having a ferrite ratio of 40% or more. A non-heat treated steel having a ferrite-pearlite structure, wherein the ferrite has a Vickers hardness of 250 or more and a ratio of ferrite hardness to total hardness of 0.80 or more.
[0021]
(4) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100% and N: 0.002 to 0.020% And at least one selected from Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less, with the balance being Fe and impurities. The ferrite-pearlite structure having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1) and a ferrite ratio of 40% or more, and further having a ferrite hardness of Vickers hardness By the way, 250 or more, and the ratio of the hardness of the ferrite to the total hardness is 0.80 or more Non-heat treated steel for the butterflies.
[0022]
(5) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, P : 0.150% or less and Cr: 0.50% or less, the balance being Fe and impurities, the chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1), A ferrite / pearlite structure in which the proportion of ferrite is 40% or more, and the hardness of ferrite is 250 or more in Vickers hardness and the ratio of ferrite hardness to total hardness is 0.80 or more. And non-heat treated steel.
[0023]
(6) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and P : 0.150% or less, and at least one selected from Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less The remainder is composed of Fe and impurities, has a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1), and has a ferrite-pearlite structure having a ferrite ratio of 40% or more. The hardness of the ferrite is 250 or more in Vickers hardness, and the ratio of the hardness of the ferrite to the total hardness is 0. Microalloyed steels, characterized in that 80 or more.
[0024]
(7) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and Cr : At least 50%, and at least one selected from Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less, The balance consists of Fe and impurities, has a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1), and has a ferrite-pearlite structure having a ferrite ratio of 40% or more. Has a Vickers hardness of at least 250, and the ratio of ferrite hardness to total hardness is 0.8. Microalloyed steels, characterized in that at least.
[0025]
(8) In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130% , V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, P : 0.150% or less and Cr: 0.50% or less, Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less One or more selected elements are contained, the balance being Fe and impurities, the chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the above formula (1) and a microstructure having a ferrite ratio of 40% or more. In a certain ferrite-pearlite structure, the hardness of ferrite is 250 or more in Vickers hardness Microalloyed steel ratio of hardness and total hardness, characterized in that at least 0.80.
[0026]
Here, the ferrite-pearlite structure means a mixed structure of ferrite and pearlite. Each of the above phases can be confirmed by observation using an optical microscope or an electron microscope.
[0027]
Vickers hardness as ferrite hardness refers to a value measured at a test force of 0.09807N, and Vickers hardness as total hardness refers to a value measured at a test force of 98.07N.
[0028]
In addition, the total hardness indicates an average value when four places are randomly measured.
[0029]
The ferrite referred to in the present invention does not include ferrite that forms pearlite with cementite.
[0030]
Hereinafter, the inventions relating to the non-heat treated steels (1) to (8) are referred to as inventions (1) to (8), respectively.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present inventors have conducted various studies in order to achieve the above object, and obtained the following findings (a) to (f).
[0032]
(A) When both cracking and machinability are good, the steel structure is a ferrite-pearlite structure.
[0033]
(B) The hardness of ferrite in the ferrite-pearlite structure affects cracking properties, machinability and fatigue resistance.
[0034]
(C) When the proportion of ferrite in the ferrite-pearlite structure is small, the rate of increase in TS (tensile strength) becomes too large relative to the rate of increase in σw (fatigue strength), and machinability may decrease. is there.
[0035]
(D) When the ratio of ferrite hardness to total hardness in the ferrite / pearlite structure is large, cracking properties, fatigue resistance properties and machinability are all good.
[0036]
(E) By adding an appropriate amount of Ti and V in combination, ferrite can be greatly strengthened as compared with the conventional non-heat-treated steel to which V is solely added. Moreover, the strengthening of ferrite by the complex addition of Ti and V reduces the difference between the total hardness and the ferrite hardness in the ferrite-pearlite structure, so that the above-described ratio of the ferrite hardness to the total hardness increases, which is favorable. Excellent cracking properties, machinability and fatigue resistance can be ensured.
[0037]
(F) If the value of the C equivalent (that is, Ceq) represented by the above formula (1) is increased, the TS (tensile strength) can be increased, so that a large σw (fatigue strength) can be ensured. The cracking property becomes good.
[0038]
The present invention of the above (1) to (8) has been completed based on the above findings.
[0039]
Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail. In addition, "%" of the content of each element means "% by mass".
(A) Chemical composition C of steel: 0.20 to 0.40%,
C has an effect of increasing the strength of steel, and an effect can be obtained by containing 0.20% or more. However, when the content exceeds 0.40%, the proportion of ferrite in the ferrite-pearlite structure decreases, and the proportion of TS (tensile strength) increases relative to the proportion of σw (fatigue strength). Too much, and the machinability may decrease. Therefore, the content of C is set to 0.20 to 0.40%. Note that the content of C is preferably set to 0.20 to 0.35%.
[0040]
Si: 0.05-1.50%
Si is effective in deoxidizing steel and has the effect of increasing the strength of steel by solid solution strengthening. However, if the content is less than 0.05%, the effect of addition is poor. On the other hand, even if Si is contained in excess of 1.50%, the above effect is saturated and the cost is increased. In addition, the hot workability of steel decreases. Therefore, the content of Si is set to 0.05 to 1.50%. Note that the content of Si is preferably set to 0.15 to 0.90%.
[0041]
Mn: 0.30-2.00%
Mn not only has a deoxidizing effect on steel, but also has an effect of improving hardenability and improving strength of steel. To obtain these effects, the Mn content needs to be 0.30% or more. However, when the content of Mn exceeds 2.00%, the hot workability of steel decreases. In addition, the hardenability becomes too high to form a bainite structure, which leads to a decrease in cracking and machinability. Therefore, the content of Mn is set to 0.30 to 2.00%. The Mn content is preferably set to 0.30 to 1.40%, and more preferably set to 0.60 to 1.20%.
[0042]
S: 0.040 to 0.130%
S has an effect of forming a sulfide together with Mn and Ti to enhance the machinability of steel. To obtain this effect, the S content needs to be 0.040% or more. However, if the S content exceeds 0.130%, the hot workability of the steel may decrease. Therefore, the content of S is set to 0.040 to 0.130%. Since the non-heat treated steel according to the present invention may have reduced machinability due to its large strength, in order to ensure sufficient hot workability and obtain good and stable machinability stably and reliably. , S is preferably more than 0.100% and up to 0.130%.
[0043]
V: 0.10 to 0.50%
V is an important element in the present invention. That is, V has a function of increasing the cracking property by being added in combination with Ti, which will be described later, in addition to a function of improving the strength by being precipitated as carbonitride in the ferrite. To obtain such effects, the V content needs to be 0.10% or more. However, even if V is contained in an amount exceeding 0.50%, the above-mentioned effect hardly increases, and the cost becomes extremely large. Therefore, the content of V is set to 0.10 to 0.50%.
The V content is preferably 0.10 to 0.35%, and more preferably 0.15 to 0.35%.
[0044]
Ti: more than 0.10% to 0.50% Ti is an important element in the present invention. That is, Ti, like V, precipitates as a carbonitride in ferrite to increase the strength, and further has the effect of significantly strengthening the ferrite by being added in combination with V. This strengthening of ferrite reduces the difference between the total hardness in the ferrite-pearlite structure and the hardness of ferrite, so that good cracking properties can be secured.Furthermore, strengthening of ferrite leads to suppression of fatigue cracking, resulting in large fatigue strength. Can also be secured. Further, Ti has an effect of forming a sulfide to improve machinability. In order to obtain the above-mentioned effects remarkably, it is necessary to contain Ti in an amount exceeding 0.10%. However, when the content of Ti exceeds 0.50%, the hot workability is reduced. Therefore, the content of Ti is set to more than 0.10% to 0.50%. In addition, it is preferable that the content of Ti exceeds 0.10% to 0.30%.
[0045]
Al: 0.002 to 0.100%
Al is an element effective as a steel deoxidizing agent. One of the features of the present invention is the composite addition of Ti and V as described above. However, Ti has a strong deoxidizing power, so that oxides are formed, and the ratio of forming carbonitrides is relatively reduced. Would. Therefore, the effect of Ti strengthening ferrite together with V decreases. In addition, there is a concern that the yield of Ti may be reduced to increase the manufacturing cost. The reason for adding Al is to stabilize deoxidation by deoxidizing steel with Al, and at the same time, secure Ti that is effective in strengthening ferrite by forming carbonitrides and prevent a decrease in Ti yield. Doubles as well.
The Al content required for this purpose is 0.002% or more, but the effect saturates at 0.100%. Therefore, the content of Al is set to 0.002 to 0.100%. The content of Al is preferably set to 0.002 to 0.050%.
[0046]
In addition, in order to stabilize deoxidation by deoxidizing steel with Al as described above, at the same time, to secure the effect of Ti strengthening ferrite together with V, and to prevent a decrease in the yield of Ti, for example, Al It is preferable to add Ti after sufficient deoxidation, that is, to add Al and Ti in this order.
[0047]
N: 0.002 to 0.020%
N forms carbonitrides with V and Ti and contributes to strengthening of the steel. To obtain this effect, the content of N must be 0.002% or more. However, even if N is contained in an amount exceeding 0.020%, the above effect is saturated. Therefore, the content of N is set to 0.002 to 0.020%.
[0048]
Ceq value: 0.80 or more Generally, the value of Ceq (that is, the value of C equivalent) represented by the above formula (1) has a correlation with TS (tensile strength), and when the value of Ceq is large, In TS, the large TS results in a large σw (fatigue strength), and the higher the strength, the better the cracking performance. In particular, when the value of Ceq is 0.80 or more, the cracking property is good. Therefore, the value of Ceq expressed by the above equation (1) is set to 0.80 or more. Although it depends on the strength required for the connecting rod, the upper limit value of Ceq is about 1.30 from the viewpoint of ensuring good machinability.
[0049]
The non-heat treated steel according to the invention of the above (1) is composed of the above-mentioned elements from C to N, with the balance being Fe and impurities, wherein the value of Ceq represented by the above formula (1) is 0.80 or more. Steel with chemical composition.
[0050]
The non-heat treated steel according to the invention of the above (2) contains P: 0.150% or less instead of a part of Fe of the steel of the above invention of the above (1) for the purpose of further enhancing the cracking property. It is a steel having a chemical composition.
[0051]
The above-mentioned P has the effect of segregating at the crystal grain boundaries to embrittle the steel and further enhance the cracking properties, and therefore may be contained in the range described below.
[0052]
P: 0.150% or less If P is added, it segregates at the crystal grain boundaries and embrittles the steel, so that it is effective to make the fracture surface during cracking of the connecting rod a smooth brittle fracture surface. To ensure this effect, it is desirable that the content of P be 0.04% or more. However, when P is added excessively, the hot workability of the steel is reduced, and particularly when the content exceeds 0.150%, the hot workability is significantly reduced. Therefore, when P is added, its content is preferably set to 0.150% or less. The content of P is more preferably 0.100% or less.
[0053]
The non-heat treated steel according to the invention of the above (3) contains Cr: 0.50% or less instead of a part of Fe of the steel of the above invention (1) for the purpose of increasing the strength. Steel with chemical composition.
[0054]
Since the above-mentioned Cr has the effect of improving the hardenability of steel and increasing the strength, it may be contained within the range described below.
[0055]
Cr: 0.50% or less If Cr is added, it has the effect of improving the hardenability of steel and increasing the strength. To ensure this effect, it is desirable that the content of Cr be 0.02% or more. However, when the content exceeds 0.50%, a bainite structure is formed, and cracking properties and machinability are reduced. Therefore, when Cr is added, its content is preferably set to 0.50% or less. More preferably, the content of Cr is 0.30% or less.
[0056]
The non-heat treated steel according to the invention of the above (4) is a steel of the invention of the above (1), in which Pb: 0.30% or less, in place of part of Fe for the purpose of further enhancing machinability. It is a steel having a chemical composition containing at least one selected from Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less.
[0057]
Since any of the above-mentioned elements from Pb to Bi has an effect of enhancing the machinability of steel, the elements from Pb to Bi may be contained alone within the range described below, or may be two kinds. The above may be combined and contained.
[0058]
Pb: 0.30% or less Pb has an effect of enhancing the machinability of steel. In order to surely obtain this effect, the content of Pb is preferably set to 0.02% or more. However, when the content exceeds 0.30%, the hot workability is reduced. Therefore, when Pb is added, its content is preferably set to 0.30% or less.
[0059]
Te: 0.30% or less Te has the effect of enhancing the machinability of steel. To ensure this effect, the content of Te is preferably set to 0.002% or more. However, when the content exceeds 0.30%, the hot workability is reduced. Therefore, the content of Te when added is preferably 0.30% or less.
[0060]
Ca: 0.010% or less Ca has the effect of enhancing the machinability of steel. To ensure this effect, the Ca content is preferably set to 0.0005% or more. However, when the content exceeds 0.010%, the hot workability is reduced. Therefore, when Ca is added, its content is preferably set to 0.010% or less.
[0061]
Bi: 0.30% or less Bi has an effect of enhancing the machinability of steel. To ensure this effect, the content of Bi is preferably set to 0.03% or more. However, when the content exceeds 0.30%, the hot workability is reduced. Therefore, the content of Bi when added is preferably 0.30% or less.
[0062]
The non-heat treated steel according to the invention of the above (5) is provided with P: 0 instead of a part of Fe of the steel of the above invention (1) for the purpose of further enhancing the cracking property and increasing the strength. It is a steel having a chemical composition containing .150% or less and Cr: 0.50% or less.
[0063]
The non-heat treated steel according to the invention (6) is provided in place of a part of Fe of the steel according to the invention (1) for the purpose of further improving the cracking property and the machinability. P: 0.150% or less, Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less. It is a steel having a different chemical composition.
[0064]
The non-heat-treated steel according to the invention (7) is Cr instead of a part of the Fe of the steel according to the invention (1) for the purpose of increasing the strength and further improving the machinability. : 0.50% or less, Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less. Steel with chemical composition.
[0065]
The non-heat treated steel according to the invention of the above (8) is one of Fe in the steel of the above invention (1) for the purpose of further enhancing cracking properties, increasing strength, and further enhancing machinability. Instead of P: 0.150% or less and Cr: 0.50% or less, Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0. It is a steel having a chemical composition containing at least one selected from 30% or less.
(B) Structure of non-heat treated steel The structure of the non-heat treated steel according to the present invention needs to be a ferrite-pearlite structure in which the ratio of ferrite is 40% or more.
[0066]
First, the ferrite-pearlite structure is used to improve both cracking and machinability. The microstructure containing martensite, bainite and austenite has low cracking properties, and further has poor machinability as compared with the ferrite-pearlite structure. Here, as described above, the “ferrite-pearlite structure” refers to a mixed structure of ferrite and pearlite.
[0067]
In the ferrite-pearlite structure, by setting the proportion of ferrite strengthened by solid solution and / or precipitation to be 40% or more, it is possible to secure a good balance between “fatigue strength and machinability”.
[0068]
Therefore, in the non-heat treated steel according to the present invention, the structure thereof is a ferrite-pearlite structure in which the ratio of ferrite is 40% or more. The upper limit of the proportion of ferrite in the ferrite-pearlite structure is about 90%.
[0069]
Here, it is known that the volume ratio of a certain phase is equal to the area ratio. Therefore, the ratio of the ferrite to the structure can be determined by, for example, a normal two-dimensional evaluation method, that is, an optical microscope or an electron microscope. May be determined from the ratio of ferrite obtained by observation using the method.
(C) Hardness of Ferrite and Ratio of Ferrite Hardness to Total Hardness The non-heat treated steel according to the present invention relates to the hardness of the ferrite having a Vickers hardness of 250 or more in terms of Vickers hardness. The ratio of total hardness must be at least 0.80.
[0070]
That is, the hardness of the ferrite in the ferrite-pearlite structure affects the cracking properties, machinability and fatigue resistance properties. Is a condition for ensuring Further, to reduce the difference between the total hardness and the ferrite hardness in the ferrite / pearlite structure, in other words, to increase the ratio of the ferrite hardness to the total hardness, particularly, to increase the above ratio to 0.80 or more By doing so, it is possible to ensure excellent cracking properties, good fatigue resistance properties, and excellent machinability.
[0071]
Therefore, in the non-heat treated steel according to the present invention, the hardness of the ferrite in the ferrite-pearlite structure is 250 or more in Vickers hardness, and the ratio of the hardness of the ferrite to the total hardness is 0.80 or more.
[0072]
Here, Vickers hardness as ferrite hardness refers to a value measured at a test force of 0.09807N, and Vickers hardness as total hardness refers to a value measured at a test force of 98.07N. Also, as described above, the total hardness indicates an average value when four places are randomly measured.
[0073]
Here, as described above, the ferrite in the present invention does not include ferrite that forms pearlite together with cementite.
[0074]
In the steel having the chemical composition described in the above (A), the steel is deoxidized with Al to stabilize the deoxidation, and at the same time, Ti secures the action of strengthening the ferrite together with V. In order to prevent the yield from lowering, for example, Ti is added after Al is sufficiently deoxidized. That is, the ingot is added in the order of Al and Ti, and then melted to form a steel ingot or a steel slab. Then, after being subjected to hot rolling and / or forging in the form of a steel ingot or a billet or further in a usual manner, for example, a heating temperature for forging of 1200 to 1350 ° C. An integrated product in which the connecting rod body 2 and the connecting rod cap 3 are connected by hot forging and cooling at a finishing temperature exceeding 800 ° C. to 1300 ° C. and a cooling rate at 800 to 600 ° C. after forging of 100 to 150 ° C./min. After being subjected to bolt hole processing, the large end portion 5 is cracked by the connecting rod body 2 and the connecting rod cap 3. Next, the divided connecting rod body 2 and connecting rod cap 3 are connected to the crankshaft with bolts 4 and assembled.
[0075]
The temperature and the cooling rate under the above-described hot forging conditions are values on the surface of the billet or the integrally formed material, and the cooling after cooling the temperature range of 800 to 600 ° C. as described above is particularly limited. Not something.
[0076]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0077]
【Example】
Steels having the chemical compositions shown in Tables 1 and 2 were melted using a vacuum melting furnace to obtain steel ingots. The steels 1 to 18 were sufficiently deoxidized with Al and then added with Ti (that is, Al and Ti were added in the order of Al and Ti), melted, and then cast. On the other hand, in the steel 19, Al was added at the end of the component adjustment (that is, the order of addition was Ti and Al), and immediately after that, the steel was cast. In Tables 1 and 2, steels 1 to 11 and steels 17 to 19 are steels of examples of the present invention whose chemical composition is within the range specified in the present invention, and steels 12 to 16, steel 20 and steel 21 are any of the components. This is the steel of the comparative example in which the content is out of the range of the content specified in the present invention. Note that among the steels of the comparative examples, steel 20 and steel 21 are steels corresponding to JIS S48C and steels corresponding to cracking connecting rod steels disclosed in Patent Document 1 and already practically used in Europe.
[0078]
[Table 1]

[0079]
[Table 2]

[0080]
Next, after the steel of the present invention and the steel of the comparative example were made into billets by a usual method, the heating temperature for forging was 1250 ° C. and the forging finish temperature was 1050 ° C. for steels 1 to 16 and steel 21. After forging, cooling was performed at a cooling rate of 800 to 600 ° C. at a cooling rate of 110 ° C./min, and a temperature region below 600 ° C. was allowed to cool in a normal atmosphere.
[0081]
On the other hand, for steel 17 and steel 18, the forging temperature was set to 1300 ° C., the forging finish temperature was set to 1200 ° C., and hot forging was performed on a round bar having a diameter of 20 mm. The temperature was cooled at 600 ° C./min, and the temperature range below 600 ° C. was allowed to cool in the ordinary atmosphere. The steel 19 was hot forged into a round bar having a diameter of 20 mm at a heating temperature for forging of 1150 ° C. and a forging finish temperature of 1000 ° C. After the completion of forging, the cooling rate at 800 to 600 ° C. was 110 ° C./min. The temperature range below 600 ° C. was allowed to cool in the normal atmosphere.
[0082]
In addition, among the steels of the comparative examples, the steel 20 corresponding to JIS S48C was heated to 1250 ° C., and then heated to 1100 ° C. on a round bar having a diameter of 20 mm obtained by hot forging by a usual method. After the oil quenching, a tempering treatment of tempering at 500 ° C was performed.
[0083]
Various test pieces were collected from the thus obtained round bar having a diameter of 20 mm, and the microstructure, Vickers hardness (hereinafter referred to as Hv hardness), tensile properties, fatigue resistance properties, impact properties and machinability were obtained. investigated.
[0084]
That is, a micro test piece having a surface perpendicular to the wrought axis as an observation surface was cut out from each of the above-described round bars, mirror-polished and subjected to nital corrosion, and then observed with an optical microscope having a magnification of 400 times. The judgment was made.
[0085]
The structure observed as described above was ferrite / pearlite, and image analysis was further performed by a usual method to measure the ratio of ferrite in the ferrite / pearlite structure. For those having a ferrite / pearlite structure, the Hv hardness (αHv) of the ferrite was measured at a test force of 0.09807N.
[0086]
Further, a test piece having a surface perpendicular to the wrought axis as a test surface was cut out from each round bar and mirror-polished, and then the Hv hardness (THv) as a total hardness was measured at a test force of 98.07N.
[0087]
The tensile properties were determined by cutting out a JIS14A tensile test piece having a parallel part diameter of 7 mm from each round bar, performing a tensile test at room temperature by a usual method, and measuring TS (tensile strength).
[0088]
The fatigue resistance was measured by cutting an Ono-type rotating bending fatigue test piece having a parallel portion diameter of 8 mm from each round bar, performing a rotating bending fatigue test at room temperature by a usual method, and measuring σw (fatigue strength). In addition, when σw of 30 MPa or more was obtained from σw of Test No. 20 in which the tempering treatment of “1100 ° C. oil quenching-500 ° C. tempering” was performed on steel 20 which is S48C equivalent steel of JIS, that is, 490 MPa or more When σw was obtained, it was judged that the fatigue resistance was good.
[0089]
For the impact characteristics, a V-notch test piece having a width of 10 mm described in JIS Z 2202 (1998) was cut out from each round bar and subjected to a Charpy impact test at room temperature by a usual method to measure an impact value. The Charpy impact value (vE _RT ) at room temperature using a V-notch test piece having a width of 10 mm can be one index for evaluating cracking properties. The smaller the value, the better the cracking properties. For this reason, "7.0 J / cm ² ", which is the impact value of Test No. 21 using steel 21 which is a steel equivalent to the steel for cracking connecting rods already practically used in Europe, was used as the reference performance, and When the impact value was obtained, the impact characteristics were low, and thus the cracking property was judged to be good.
[0090]
The machinability was determined by cutting a plate-shaped test specimen having a cross section of 10 mm x 10 mm from a round bar, drilling a 10 mm deep through hole with a drill, and drilling 100 holes to make the corner wear of the drill (drill maximum). (Abrasion amount of outer peripheral portion) was measured and evaluated. In addition, the above-mentioned corner wear amount in the case of Test No. 21 in which a drilling test was performed using steel 21 which is a steel for cracking connecting rods already put into practical use in Europe was used as a reference performance, and a corner wear of less than 50% thereof was used. In the case of the amount, the machinability was judged to be good.
[0091]
The piercing test conditions are as follows.
[0092]
Drill: 8mm diameter straight shank drill of SKH51
Rotation speed: 754 rpm,
Feed: 0.15 mm / rev,
Lubrication: water-soluble lubricant.
[0093]
In addition, the machinability test was not performed on the round bar of steel 20, which is the JIS S48C equivalent steel subjected to the tempering treatment.
[0094]
Table 3 summarizes the results of the above tests. Each αHv and THv are in Table 3, represents the hardness and total hardness of the ferrite in the Vickers hardness, also represent a Charpy impact value at room temperature vE _RT was used V-notch test piece of width 10mm is As described above. In the machinability column, “◎”, “○”, “△”, and “×” indicate that the corner wear amount is less than 25%, 25% or more and less than 50% of the corner wear amount when the steel 21 is subjected to the piercing test. , 50-100% and more than 100%.
[0095]
In Test No. 13, since the ferrite area ratio was small, the indenter was also applied to pearlite with a test force of 0.09807 N, and the hardness of ferrite alone could not be measured.
[0096]
[Table 3]

[0097]
As is clear from Table 3, in the case of Test Nos. 1 to 11 having the chemical composition, structure, ferrite hardness and the ratio of ferrite hardness to total hardness defined in the present invention, all target machinability , Cracking and fatigue resistance properties. That is, the corner wear amount of the drill is less than 50% of the wear amount in the case of Test No. 21 in which a drilling test was performed using steel 21 (marked with “」 ”or“ ○ ”), and the machinability was good. . _VE can be a single index for evaluating the cracking resistance _RT is also below the 7.0J / cm ² is _{vE RT} in the case of Test No. 21 using steel 21, therefore, cracking resistance is good. Further, σw is 500 to 525 MPa exceeding 490 MPa, and the fatigue resistance is also good.
[0098]
Among the above test numbers, it is clear that the machinability of Test No. 4 and Test Nos. 6 to 11 is much better.
[0099]
On the other hand, in the case of Test Nos. 12 to 16, at least one of the machinability, cracking property and fatigue resistance reached the target because the chemical composition was out of the conditions specified in the present invention. Not.
[0100]
For JIS Test No. 20 treated steel 20 temper is S48C equivalent steel, greater than 7.0J / cm ² is _{vE RT} in the case of Test No. 21 _{in which vE RT} was used steel 21, at least cracking Poor sex.
[0101]
Further, in the case of Test No. 21 using steel 21 which is a steel equivalent to a steel for cracking connecting rods already practically used in Europe, σw is lower than 490 MPa, and the fatigue resistance does not reach the target.
[0102]
On the other hand, in the case of Test No. 17 and Test No. 18, although Steel 17 and Steel 18 have the chemical composition specified by the present invention, the structure is out of the conditions specified by the present invention. Therefore, the test number 17 is inferior in machinability and the test number 18 is inferior in cracking and machinability.
[0103]
In the case of Test No. 19, although the steel 19 has the chemical composition defined in the present invention, the ferrite has not been sufficiently strengthened by Ti and V, and the hardness (αHv) of the ferrite in Vickers hardness and the hardness of the ferrite have been determined. And the ratio of the total hardness (αHv / THv) deviates from the condition specified in the present invention. Therefore _{vE RT} is inferior in cracking resistance exceeded 7.0J / cm ^2, fatigue resistance σw as low as 445MPa also does not reach the target.
[0104]
【The invention's effect】
The non-heat treated steel of the present invention is excellent in machinability, fracture splitting property (cracking property) and fatigue resistance properties, and thus can be used as a material for cracking connecting rods for automobile engines and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing details of a connecting rod.
[Explanation of symbols]
1: Connecting rod,
2: Connecting rod body
3: Connecting rod cap,
4: bolt,
5: Large end

Claims

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100% and N: 0.002 to 0.020%, the balance being It is a ferrite-pearlite structure having a chemical composition of Fe and impurities having a Ceq value represented by the following formula (1) of 0.80 or more and a ferrite ratio of 40% or more. A non-heat treated steel characterized by having a Vickers hardness of 250 or more and a ratio of ferrite hardness to total hardness of 0.80 or more.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and P: 0. Ferrite containing 150% or less, the balance being Fe and impurities, having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the following formula (1) and a microstructure having a ferrite ratio of 40% or more. A non-heat treated steel having a pearlite structure, wherein the hardness of the ferrite is 250 or more in Vickers hardness and the ratio of the hardness of the ferrite to the total hardness is 0.80 or more.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and Cr: 0. Ferrite containing 50% or less, the balance being Fe and impurities, having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the following formula (1) and a microstructure having a ferrite ratio of 40% or more. A non-heat treated steel having a pearlite structure, wherein the hardness of the ferrite is 250 or more in Vickers hardness and the ratio of the hardness of the ferrite to the total hardness is 0.80 or more.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and Pb : 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, Bi: 0.30% or less, and the balance consists of Fe and impurities. The ferrite-pearlite structure having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the formula (1) and a ferrite ratio of 40% or more, and a ferrite having a Vickers hardness of 250 or more. In addition, the ratio between the hardness of the ferrite and the total hardness is 0.80 or more. That non-heat treated steel.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, P: 0. The composition contains 150% or less and Cr: 0.50% or less, and the balance consists of Fe and impurities, and has a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the following formula (1) and a microstructure of ferrite. Has a Vickers hardness of 250 or more, and a ratio of ferrite hardness to total hardness of 0.80 or more. Tempered steel.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and P: 0. In addition to 150% or less, Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less. Is composed of Fe and impurities, has a chemical composition having a Ceq value represented by the following formula (1) of 0.80 or more, and has a ferrite-pearlite structure in which the ratio of ferrite is 40% or more. Hardness is 250 or more in Vickers hardness, and the ratio of ferrite hardness to total hardness is 0.80 Microalloyed steels, which is a top.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, and Cr: 50% And at least one element selected from Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less, with the balance being Fe A ferrite-pearlite structure having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the following formula (1) and a ferrite ratio of 40% or more, and a hardness of ferrite: Has a Vickers hardness of 250 or more, and the ratio of ferrite hardness to total hardness is 0.80 or more Microalloyed steels, characterized in that.
Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.

In mass%, C: 0.20 to 0.40%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.30 to 2.00%, S: 0.040 to 0.130%, V: 0.10 to 0.50%, Ti: more than 0.10% to 0.50%, Al: 0.002 to 0.100%, N: 0.002 to 0.020%, P: 0. Including 150% or less and Cr: 0.50% or less, Pb: 0.30% or less, Te: 0.30% or less, Ca: 0.010% or less, and Bi: 0.30% or less Ferrite containing at least one element, the balance being Fe and impurities, having a chemical composition having a Ceq value of 0.80 or more represented by the following formula (1) and a microstructure having a ferrite ratio of 40% or more: With a pearlite structure, the hardness of the ferrite is 250 or more in Vickers hardness, and the hardness of the ferrite Microalloyed steel ratio of total hardness, characterized in that at least 0.80. Ceq = C + (Si / 10) + (Mn / 5) + (5Cr / 22) + 1.65V- (5S / 7) (1)
Here, the symbol of the element in the formula (1) indicates the content of the element in steel in mass%.