JP2009221590A - 破断分離型コンロッド及びそれに用いる非調質鋼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】破断分離型コンロッド1の構成素材となる非調質鋼の組成においてC、V、P及びTiの含有量を適正化することにより、十分な耐力と破断分離性(かち割り性)とを確保する。Ti含有量ついては、従来の破断分離型コンロッド用非調質鋼の含有量レベルよりも削減することにより、鍛造後硬さが十分確保可能となるための鍛造終了温度を、より低温化することができ、部品耐力のばらつきが少なく鍛造能率も良好な破断分離型コンロッドが実現する。一方、Mn含有量とS含有量とを適正化することにより、被削性向上に貢献する鋼組織中のMnS形成量を高めることができ、鍛造後におけるコンロッド形状への切削加工も能率よく実施できる。
【選択図】図1
Description
コンロッド本体の両端部に連結対象物との連結部が形成された非調質鋼部材として構成され、それら連結部の少なくとも一方が、一体鍛造成形された予備体を破断することにより、コンロッド本体側に一体的に残留する第一部分と、該第一部分から分離された第二部分とに分割形成されるとともに、該第一部分と第二部分との間に連結対象物を挟み込み、それら第一部分と第二部分とを破断面同士を密着させた形で締結部材により結合される分離連結部とされてなる破断分離型コンロッドであって、非調質鋼の組成が、
C:0.16質量%以上0.35質量%以下;
Si:0.10質量%以上1.00質量%以下;
Mn:0.30質量%以上1.00質量%以下;
P:0.040質量%以上0.070質量%以下;
S:0.08質量%以上0.13質量%以下;
V:0.10質量%以上0.35質量%以下;
Ti:0.08質量%以上0.15質量%以下;
s−Al:0.010質量%以上0.045質量%以下;
N:0.005質量%以上0.025質量%以下;
残部:Fe及び不可避不純物;
F1≡:V+Ti≦0.45;
F2≡S−0.335Ti+1.14N≧0.040;
F3≡(α−500)/β≧16.0
ただし、α≡912−231C+32Si−20Mn−40Cu
−18Ni−15Cr+17Mo+34.3×F2
β≡10λ
λ≡0.018Si+1.294×(Mn−1.713×F2)
+0.693Cu+0.609Ni+0.847Cr
+4.963Mo−0.538C+0.322
−2.217×F2;
(ただし、式F1,F2,F3,α,β中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す)
を充足することを特徴とする。
C:0.16質量%以上0.35質量%以下;
Si:0.10質量%以上1.00質量%以下;
Mn:0.30質量%以上1.00質量%以下;
P:0.040質量%以上0.070質量%以下;
S:0.08質量%以上0.13質量%以下;
V:0.10質量%以上0.35質量%以下;
Ti:0.08質量%以上0.15質量%以下;
s−Al:0.010質量%以上0.045質量%以下;
N:0.005質量%以上0.025質量%以下;
残部:Fe及び不可避不純物;
F1≡:V+Ti≦0.45;
F2≡S−0.335Ti+1.14N≧0.040;
F3≡(α−500)/β≧16.0
ただし、α≡912−231C+32Si−20Mn−40Cu
−18Ni−15Cr+17Mo+34.3×F2
β≡10λ
λ≡0.018Si+1.294×(Mn−1.713×F2)
+0.693Cu+0.609Ni+0.847Cr
+4.963Mo−0.538C+0.322
−2.217×F2;
(ただし、式F1,F2,F3,α,β中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す)
を充足することを特徴とする。
(1)C:0.16質量%以上0.35質量%以下
Cは強度を確保するために必要な元素であり、V系炭窒化物の必須元素である。このため、0.16質量%以上の添加が必要である。一方、0.35質量%を超えて添加すると熱間鍛造後の硬さが過剰となり、被削性が低下するので0.35質量%以下にする必要がある。C含有量は、好ましくは、0.20質量%以上0.30質量%以下とするのがよい。
(2)Si:0.10質量%以上1.00質量%以下
Siは鋼溶製時において脱酸作用を有しているとともに、破断分離時の塑性変形の主な原因である軟質相であるフェライトの強度を向上させて、耐力や疲労強度を向上させるとともに、破断分離時の変形(真円度変化)を抑制し、破断面の密着性を向上させる効果がある。このような効果を得るためにSiは0.10質量%以上含有させることが必要である。しかし、含有量が多すぎると熱間加工性が劣化するので1.00質量%以下とすることが必要である。耐力向上のため、Si含有量は、より好ましくは、0.50質量%以上1.00質量%以下とするのがよい。
VはV炭化物を形成し、母相フェライトのマトリックスに整合析出することにより、硬さと破断分離性(かち割り性)を確保するのに有効な元素である。また、上記V炭化物の整合析出によりマトリックスの強度を高め、耐力を確保する上で最も有効な元素の一つである。ただし、V含有量が0.10質量%未満であると上記効果が不十分となり、0.35質量%を超えると、マトリックス硬さが過剰となり被削性を害することにつながる。V含有量は、より望ましくは0.10質量%以上0.30質量%以下とするのがよい。
TiはTi炭化物を形成し、母相フェライトのマトリックスに整合析出して硬さと破断分離性(かち割り性)を確保するのに有効な元素である。ただし、Ti含有量が0.08質量%未満になると上記効果が不十分となり、0.15質量%を超えると硬さ安定性が低下して、特に低温鍛造時の硬さが不足する不具合につながる。また、Tiの炭硫化物の形成により、被削性が著しく低下する問題を生ずる。Ti含有量は、より望ましくは0.10質量%以上0.15質量%以下とするのがよい。
Pは不可避な不純物であるが、粒界への偏析により靭性を低下させる元素としてできるだけ低く抑えられるのが一般的である。しかしながら破断分離を行う破断分離型コンロッドにおいては、破断時の変形を抑制し、破断面の密着性を向上させる元素として非常に有効に作用するため、0.040質量%以上に積極添加を行っている。また、PはSiと同様にフェライト中に固溶しフェライトの強度を向上させるため耐力や疲労強度の向上に有効である。しかし、多量に添加してもその効果が飽和したり、熱間加工性を阻害するために、添加量は0.070質量%以下に留める。
Alは脱酸剤として添加され、0.010質量%以上は含有される。他方、s−Al含有量が0.045質量%を超えるとAl窒化物が多量に形成され、被削性の悪化につながる。s−Al含有量は、より望ましくは0.010質量%以上0.040質量%以下とするのがよい。
Nは不可避な不純物であるが、炭窒化物形成の必須元素として捉えることもできる。N含有量を0.005質量%以下にすることは経済的に不利であり、また、多量に添加するとTi窒化物の形成により、母相フェライトのマトリックスに対するTi炭化物の析出が阻害され、効果を損ねることにつながる。N含有量は、より望ましくは0.005質量%以上0.020質量%以下とするのがよい。
(9)S:0.08質量%以上0.13質量%以下
(10)F2≡S−0.335Ti+1.14N≧0.040(質量%)
MnとSとは互いに結合してMnSを生成し、被削性を確保するのに有効な元素である。十分な被削性向上効果を得るには、Sを0.08質量%以上添加する必要がある。他方、S含有量が多くなりすぎると熱間加工性を悪化して、特に表層割れをはじめとする製品品質の安定性を害するので、S添加量は0.13質量%以下に留める必要がある。被削性をさらに向上させる観点において、S添加量は、0.10質量%以上0.13質量%以下とするのがよい。
ただし、α≡912−231C+32Si−20Mn−40Cu
−18Ni−15Cr+17Mo+34.3×F2
β≡10λ
λ≡0.018Si+1.294×(Mn−1.713×F2)
+0.693Cu+0.609Ni+0.847Cr
+4.963Mo−0.538C+0.322
−2.217×F2;
(ただし、式F1,F2,F3,α,β中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す)
上記F3はベイナイト発生臨界冷却速度(単位:℃/秒)として実験的に定められたものであり、フェライト+パーライト組織を確保するためには該F3の値が16.0以上確保されるよう、各成分の含有量が定められていることが必要である。該F3の値が16.0未満では、ベイナイトが生成しやすくなり耐力が低下する不具合につながる。F3の値は、より望ましくは18.0以上であることが望ましい。
(12)Cu:0.50質量%以下
Ni:0.50質量%以下
Cr:0.50質量%以下
Mo:0.05質量%以下
Cu+Ni+Cr+Mo≧0.05質量%
Cu、Ni、Cr及びMoは、硬さの向上に有効に寄与する元素群である。ただし、いずれの元素も上限値を超えて含有されると、ベイナイト生成が促進されて被削性を害する惧れがある。他方、硬さ向上効果が顕著に発揮されるためには、Cu+Ni+Cr+Moが0.05質量%以上に確保されている必要がある。また、さらに積極的な硬さ向上が求められる場合は、Cu+Ni+Cr+Moが0.20質量%以上に確保されていることが望ましい。
Bi:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Te:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Ca:0.001質量%以上0.01質量%以下;
Pb、Bi、Te、Caはいずれも被削性を向上させるのに有効な元素であるので、鍛造品において被削性がさらに良好であることが要求される場合に、必要に応じてこれらのうちから選ばれる1種または2種以上を適量添加できる(いずれも、添加量が0.001質量%未満では被削性向上効果が顕著でない)。なお、これら元素の添加量が多すぎると、強度や熱間加工性を低下させるので、各々上記下限値以下にて添加する必要がある。
表1に示す組成が得られるように原料を配合し、電気炉で150kgの鋼塊を溶製した。各鋼塊は熱間圧延により、φ35(mm)、φ50(mm)の丸断面棒状の圧延材に加工した。
(i)加工フォーマスタ試験:φ35圧延材から切り出した加工フォーマスタ試験片(φ8×12)を用い、1250℃に約60秒加熱後、種々の温度にて高さ6mmまで圧縮加工し、1.5℃/secの冷却速度で室温まで冷却した。試験後の組織観察およびHv硬さ測定(300gf)は、試験片の横断面中心部にて行った。
以上の結果を表2に示す。
2 コンロッド本体
3,4 連結部
4a 第一部分
4b 第二部分
6,6 締結部材
Claims (6)
- コンロッド本体の両端部に連結対象物との連結部が形成された非調質鋼部材として構成され、それら連結部の少なくとも一方が、一体鍛造成形された予備体を破断することにより、前記コンロッド本体側に一体的に残留する第一部分と、該第一部分から分離された第二部分とに分割形成されるとともに、該第一部分と第二部分との間に前記連結対象物を挟み込み、それら第一部分と第二部分とを破断面同士を密着させた形で締結部材により結合される分離連結部とされてなる破断分離型コンロッドであって、前記非調質鋼の組成が、
C:0.16質量%以上0.35質量%以下;
Si:0.10質量%以上1.00質量%以下;
Mn:0.30質量%以上1.00質量%以下;
P:0.040質量%以上0.070質量%以下;
S:0.08質量%以上0.13質量%以下;
V:0.10質量%以上0.35質量%以下;
Ti:0.08質量%以上0.15質量%以下;
s−Al:0.010質量%以上0.045質量%以下;
N:0.005質量%以上0.025質量%以下;
残部:Fe及び不可避不純物;
F1≡V+Ti≦0.45;
F2≡S−0.335Ti+1.14N≧0.040;
F3≡(α−500)/β≧16.0
ただし、α≡912−231C+32Si−20Mn−40Cu
−18Ni−15Cr+17Mo+34.3×F2
β≡10λ
λ≡0.018Si+1.294×(Mn−1.713×F2)
+0.693Cu+0.609Ni+0.847Cr
+4.963Mo−0.538C+0.322
−2.217×F2;
(ただし、式F1,F2,F3,α,β中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す)
を充足することを特徴とする破断分離型コンロッド。 - 前記非調質鋼が、
Cu:0.50質量%以下;
Ni:0.50質量%以下;
Cr:0.50質量%以下;
Mo:0.05質量%以下;
の1種以上を合計で0.05質量%以上1.55質量%以下にて、前記Feを置換する形でさらに含有する請求項1記載の破断分離型コンロッド。 - 前記非調質鋼が、
Pb:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Bi:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Te:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Ca:0.001質量%以上0.01質量%以下;
の1種以上を、前記Feを置換する形でさらに含有する請求項1又は請求項2に記載の破断分離型コンロッド。 - 請求項1記載の破断分離型コンロッドを構成する非調質鋼であって、その組成が、
C:0.16質量%以上0.35質量%以下;
Si:0.10質量%以上1.00質量%以下;
Mn:0.30質量%以上1.00質量%以下;
P:0.040質量%以上0.070質量%以下;
S:0.08質量%以上0.13質量%以下;
V:0.10質量%以上0.35質量%以下;
Ti:0.08質量%以上0.15質量%以下;
s−Al:0.010質量%以上0.045質量%以下;
N:0.005質量%以上0.025質量%以下;
残部:Fe及び不可避不純物;
F1≡V+Ti≦0.45;
F2≡S−0.335Ti+1.14N≧0.040;
F3≡(α−500)/β≧16.0
ただし、α≡912−231C+32Si−20Mn−40Cu
−18Ni−15Cr+17Mo+34.3×F2
β≡10λ
λ≡0.018Si+1.294×(Mn−1.713×F2)
+0.693Cu+0.609Ni+0.847Cr
+4.963Mo−0.538C+0.322
−2.217×F2;
(ただし、式F1,F2,F3,α,β中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)を表す)
を充足することを特徴とする破断分離型コンロッド用非調質鋼。 - Cu:0.50質量%以下;
Ni:0.50質量%以下;
Cr:0.50質量%以下;
Mo:0.05質量%以下;
の1種以上を合計で0.05質量%以上1.55質量%以下にて、前記Feを置換する形でさらに含有する請求項4記載の破断分離型コンロッド用非調質鋼。 - Pb:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Bi:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Te:0.001質量%以上0.3質量%以下;
Ca:0.001質量%以上0.01質量%以下;
の1種以上を、前記Feを置換する形でさらに含有する請求項4又は請求項5に記載の破断分離型コンロッド用非調質鋼。
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JP2008070641A JP2009221590A (ja) | 2008-03-19 | 2008-03-19 | 破断分離型コンロッド及びそれに用いる非調質鋼 |
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A02 | Decision of refusal |
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