JP2005171311A - 熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】 Ｖを使用せずに安価に製造でき、かつ、被削性を高めた熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼を提供する。
【解決手段】 熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼は、重量％で、Ｃ：０．２７〜０．４３％、Ｓｉ：０．８０〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜１．２０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｃｒ：０．２０〜１．００％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、残部実質的にＦｅからなり、かつ、０、７８≦Ｃ＋１／６×Ｓｉ＋１／４．５×Ｍｎ＋１／１５×Ｎｉ＋１／４×Ｃｒ≦０．８４の式を満足し、熱間鍛造した後空冷した状態でフェライト＋パーライト混合組織になる。
【選択図】 なし
【解決手段】 熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼は、重量％で、Ｃ：０．２７〜０．４３％、Ｓｉ：０．８０〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜１．２０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｃｒ：０．２０〜１．００％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、残部実質的にＦｅからなり、かつ、０、７８≦Ｃ＋１／６×Ｓｉ＋１／４．５×Ｍｎ＋１／１５×Ｎｉ＋１／４×Ｃｒ≦０．８４の式を満足し、熱間鍛造した後空冷した状態でフェライト＋パーライト混合組織になる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼に関するものである。
従来、熱間鍛造用クランクシャフトの材料は、引張強度で８００ＭＰａ程度ある鋼が必要であるとされ、バナジウム添加型炭素鋼を用いて熱処理を省略している。この材料はフェライトをＶ炭化物やＶ炭窒化物の析出により強化させる機構となっているため、Ｃ量を０．４０％にすることができ、被削性に対しても有利な材料となっている。しかしながら、バナジウム添加型炭素鋼はＶが高価なため、Ｖ添加を廃止して、安価な熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼の提供が要請されている。
Ｖ添加を廃止した代替鋼を開発するにあたり、（１）Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕで強度を確保する、（２）Ｃを増量し強度を確保する、方策が考えられるが、（１）の方策では、パーライト硬度が高くかつフェライトの延性が高いため、刃先に溶着しやすく、工具が折損し易いという問題がある。また、（２）の方策では、パーライト面積が大きくなり、工具摩耗が著しいという問題がある。
なお、本願出願人らは、Ｖを使用せずに安価に製造し得る熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼を提案している（特許文献１参照）。
特開平１０−６０５８８号公報
本発明は、Ｖを使用せずに安価に製造でき、かつ、被削性を高めた熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼は、その成分組成を、重量％で、Ｃ：０．２７〜０．４３％、Ｓｉ：０．８０〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜１．２０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｃｒ：０．２０〜１．００％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、残部実質的にＦｅからなるものとし、かつ、０、７８≦Ｃ＋１／６×Ｓｉ＋１／４．５×Ｍｎ＋１／１５×Ｎｉ＋１／４×Ｃｒ≦０．８４の式を満足するもので、熱間鍛造した後空冷した状態でフェライト＋パーライト混合組織になるものとしたことである。
Ｖを使用していないので安価に製造することができ、かつ、被削性を高めた熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼を提供できる。
本発明の熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼は、Ｓｉを増量添加し、１００℃／ｍｉｎ以下の冷却条件にて制御冷却したフェライト＋パーライトの組織を有する材料である。フェライトはＳｉで固溶強化されているため、Ｃ量を増加させなくても、引張強度で８００ＭＰａを確保し、Ｖ添加の廃止が可能である。
さらに、炭素当量式を規定することにより、Ｖ添加を廃止しても、従来のＶ添加鋼と同様にクランクシャフトに必要な硬度を得ることが可能となる。なお、炭素当量式は、０、７８≦Ｃ＋１／６×Ｓｉ＋１／４．５×Ｍｎ＋１／１５×Ｎｉ＋１／４×Ｃｒ≦０．８４で規定する。また、炭素当量（Ｃｅｑ）の範囲を規定したため、製造時に炭素当量が当該範囲になるようにすれば、各成分を特定の量にしなくても、所望の熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼を製造できるので、製造が容易である。
かかる熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼では、フェライトの延性が低いので切削抵抗が低く、Ｃ量を増量しなくても置き換えが可能であるため、工具摩耗が小さく、機械加工性に優れたものとなる。
次に、本発明の成分組成を限定した理由を説明する。
Ｃ：０．２７〜０．４３％
Ｃは、高周波焼入れ性、硬度および強度を高くするために含有させる元素であるが、０．４３％より多いと、快削成分が添加されていない鋼の場合、工具摩耗が著しい。そこで、その含有量を０．４３％以下とした。本発明では、Ｓｉの添加量を増加させることにより、硬度・強度低下を防止している。
Ｃは、高周波焼入れ性、硬度および強度を高くするために含有させる元素であるが、０．４３％より多いと、快削成分が添加されていない鋼の場合、工具摩耗が著しい。そこで、その含有量を０．４３％以下とした。本発明では、Ｓｉの添加量を増加させることにより、硬度・強度低下を防止している。
Ｓｉ：０．８０〜２．００％
Ｓｉの含有量を０．８０％以上とすることで、フェライトを固溶強化し、材料強度・硬度・焼き入れ性を高くしている。またフェライトの延性が低くなるため、工具の溶着がおこりにくく加工性に有利である。フェライト硬度の上昇に伴う工具寿命の低下を防止するため、その含有量を２．００％以下とした。
Ｓｉの含有量を０．８０％以上とすることで、フェライトを固溶強化し、材料強度・硬度・焼き入れ性を高くしている。またフェライトの延性が低くなるため、工具の溶着がおこりにくく加工性に有利である。フェライト硬度の上昇に伴う工具寿命の低下を防止するため、その含有量を２．００％以下とした。
Ｍｎ：０．３０〜１．２０％
Ｍｎは、パーライトのラメラ間隔を小さくし、パーライト部の靭性の向上、硬度および強度を高くするために含有させる元素で、０．３０％より少ないと、必要な硬度および強度が得られず、また、過度に添加すると空冷でもベイナイトが発生し、１．２０％より多いと硬度が高くなり、被削性が低下するため、その含有量を０．３０〜１．２０％とした。
Ｍｎは、パーライトのラメラ間隔を小さくし、パーライト部の靭性の向上、硬度および強度を高くするために含有させる元素で、０．３０％より少ないと、必要な硬度および強度が得られず、また、過度に添加すると空冷でもベイナイトが発生し、１．２０％より多いと硬度が高くなり、被削性が低下するため、その含有量を０．３０〜１．２０％とした。
Ｐ：０．０３５％以下
Ｐは、不純物であり、少ないほうが好ましいが、０．０３５％以下であれば強度にそれ程影響がないので、０．０３５％以下とした。
Ｐは、不純物であり、少ないほうが好ましいが、０．０３５％以下であれば強度にそれ程影響がないので、０．０３５％以下とした。
Ｓ：０．０４０％以下
Ｓは、被削性を向上させる元素であるが、０．０４０％より多いと研磨割れの要因になりやすいため、０．０４０％以下とした。
Ｓは、被削性を向上させる元素であるが、０．０４０％より多いと研磨割れの要因になりやすいため、０．０４０％以下とした。
Ｃｒ：０．２０〜１．００％
Ｃｒは、高周波焼入れ性、硬度および強度を高くするために有効な元素で、０．２０％より少ないと、必要な高周波焼入れ性、硬度および強度が得られず、また、Ｍｎと同様に、過度に添加すると空冷でもベイナイトが発生し、硬度を著しく上昇させ被削性を低下させるので、その含有量を０．２０〜１．００％とした。
Ｃｒは、高周波焼入れ性、硬度および強度を高くするために有効な元素で、０．２０％より少ないと、必要な高周波焼入れ性、硬度および強度が得られず、また、Ｍｎと同様に、過度に添加すると空冷でもベイナイトが発生し、硬度を著しく上昇させ被削性を低下させるので、その含有量を０．２０〜１．００％とした。
なお、本発明のクランクシャフトの製造に用いる非調質鋼は、不純物として、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、ｓ−Ａｌ：０．０４５％以下、Ｎ：０．０１３％以下およびＯ：０．００５％以下が許容される。
また、本発明のクランクの製造方法に用いる非調質鋼は、クランク成形後の被削性を良好にするため、熱間鍛造後の組織はフェライト＋パーライト組織とする必要がある。
次に、本発明の実施例を説明する。
下記表１に示す成分組成の本発明鋼の実施例および比較例の各鋼を溶製した後、造塊し、φ８０の圧延素材を製造した。この圧延素材を２００Ｌの長さで切断を行った後、高周波誘導加熱炉を用いて１２００℃で１０分間加熱保持した後、クランク粗成形体に鍛造した。さらに、このクランク粗成形体を冷却速度１００℃／ｍｉｎ以下に制御して冷却を行った。そして、このクランク粗成形体に機械加工およびフィレットロール加工を施して、クランクシャフト製品とした。このクランクシャフト製品を用いて、硬度および疲労限に関する調査を実施し、さらに、ドリル被削性の評価を行った。これらの結果を表１に示す。
硬度に関しては、クランクシャフト製品の硬度をロックウェル硬度計で測定した結果を示してある。
疲労限に関しては、クランクシャフト製品に対して疲労試験を実施し、その疲労限を示してある。
ドリル被削性の評価としては、クランクシャフト製品のピン部をハイスドリルで加工を行ったときの逃げ面摩耗量を測定した。表１には、加工穴数２００穴ドリル加工を行った際の逃げ面摩耗量、および、被削性指数を示してある。ここに、被削性指数は、従来鋼（Ｖ添加型非調質鋼）の２００穴ドリル加工時のハイスドリル逃げ面平均摩耗量を１とした場合の摩耗量の比率である。また、表２に、ドリル被削性試験条件を示す。さらに、代表例として本発明の実施例１、比較例１、従来鋼（Ｖ添加型非調質鋼）の摩耗推移曲線を図１に示す。
なお、本発明例および比較例の各鋼には、下記表１に示す成分組成の他に、鋼に通常含まれるＣｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、ｓ−Ａｌ：０．０４５％以下およびＯ：０．００５％以下の不純物が含まれている。
表１に示した結果より明らかであるように、本発明の実施例に係る鋼は、Ｖを添加していないにも拘わらず、Ｖを０．１％添加した従来の非調質鋼と同等以上の疲労強度が得られていることが認められた。
また、表１に示した結果および図１より明らかであるように、ドリル被削性に関しても、良好な結果が得られていることが認められた。
これに対して、比較例に係る鋼は、以下のような問題点を有している。
比較例Ａの鋼の場合には、Ｃ含有量が高く、さらにＳｉ含有量が低いため、フェライトの延性が高く、ドリル被削性が悪化している。
比較例Ｂの鋼の場合には、Ｓｉ含有量が低すぎるため、ドリル被削性が悪化している。
比較例Ｃの鋼の場合には、Ｍｎの含有量が高すぎるため、空冷でもベイナイトが発生してしまい、ドリル被削性が著しく低下している。
比較例Ｄの鋼の場合には、Ｓ含有量が高すぎるため、クランクシャフト研削加工時に研削割れが発生し、疲労試験時に研削割れ部を起点として破壊が発生したため疲労限が大幅に低下している。
比較例Ｅの鋼の場合には、Ｃｒの含有量が高すぎるため、空冷でもベイナイトが発生してしまい、ドリル被削性が著しく低下している。
以上のことから、本発明の成分組成の範囲内において、Ｃｅｑを０．７８〜０．８４にすると、Ｖを添加していないにも拘わらず、Ｖ添加型非調質鋼と同等以上の疲労強度が得られ、さらに、工具の摩耗が小さく被削性に優れていることがわかった。
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更を加え得ることはもちろんである。
本発明は、熱間鍛造用クランクシャフトの材料に適用できる。
Claims (1)
- 重量％で、Ｃ：０．２７〜０．４３％、Ｓｉ：０．８０〜２．００％、Ｍｎ：０．３０〜１．２０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０４％以下、Ｃｒ：０．２０〜１．００％、Ｃｕ：０．３０％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、残部実質的にＦｅからなり、かつ、０、７８≦Ｃ＋１／６×Ｓｉ＋１／４．５×Ｍｎ＋１／１５×Ｎｉ＋１／４×Ｃｒ≦０．８４の式を満足し、熱間鍛造した後空冷した状態でフェライト＋パーライト混合組織になることを特徴とする熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003412688A JP2005171311A (ja) | 2003-12-11 | 2003-12-11 | 熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼 |
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| JP2003412688A Pending JP2005171311A (ja) | 2003-12-11 | 2003-12-11 | 熱間鍛造用非調質クランクシャフト鋼 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013544962A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-12-19 | ケイエムイー・ジャーマニー・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・コマンデイトゲゼルシャフト | 銅合金 |
| CN112553542A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-03-26 | 首钢集团有限公司 | 一种钒微合金化凿岩用中空钢及其制备方法 |
| CN115323268A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-11-11 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种高强度高韧性可用于感应淬火的齿轮钢及其制造方法 |
-
2003
- 2003-12-11 JP JP2003412688A patent/JP2005171311A/ja active Pending
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