JP3473500B2 - 低延性非調質鋼 - Google Patents
低延性非調質鋼Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低延性非調質鋼に
関し、より詳しくは、強度は要求されるものの延性は必
要とせず、むしろ常温、つまり室温での冷間分割加工が
可能でその破断面がフラットな脆性破面を呈し、自動車
エンジンなどのコネクティングロッドやコネクティング
ロッドキャップ用の材料として好適な高強度・低延性非
調質鋼に関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車エンジンなどの部品である図１に
示すコネクティングロッド（通称コンロッド）の本体１
及びコネクティングロッドキャップ（通称コンロッドキ
ャップ）２は、従来、別の工程で熱間鍛造された後で焼
入れ焼戻しの調質処理を施され、次いで、機械加工によ
るボルト穴の加工と仕上げ整形加工を受け、その後でボ
ルト３によって形状の複雑なクランクシャフトに結合し
て組み立てられていた。 【０００３】しかしながら、最近、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においても例外で
はなくなってきている。 【０００４】このため、前記のコネクティングロッド本
体１及びコネクティングロッドキャップ２に関しては、
製造コスト低減対策として、両者を熱間鍛造にて一体成
形しこれに焼入れ焼戻しの熱処理を施すか、あるいは熱
間鍛造後放冷し、その後でコネクティングロッド本体１
及びコネクティングロッドキャップ２に分割し、接合部
（接合面どうし）に対する仕上げ整形のための切削加工
は施すことなく、ボルト３でクランクシャフトに結合し
て組み立てるという方法が検討されている。この方法で
は、ボルト穴の切削加工は前記の一体成形材を分割する
前あるいは後に行われる。 【０００５】上記の一体成形したコネクティングロッド
本体１及びコネクティングロッドキャップ２を分割する
方法としては、例えば治具を挿入することによって図１
中に矢印で示した方向に働く力を与えて分割する方法が
考えられる。この方法ではコネクティングロッド本体１
及びコネクティングロッドキャップ２に分割した分割面
をフラットにすることが極めて重要となる。 【０００６】しかしながら、従来使用されてきた鋼（Ｊ
ＩＳ規格のＳ４５ＣやＳ４８Ｃ相当鋼など）をそのまま
用いて熱間鍛造で一体成形し、その後常温でコネクティ
ングロッド本体１及びコネクティングロッドキャップ２
に分割すると、分割面がアメやガムを千切ったような所
謂「延性破断面」となってフラットな「脆性破面」が得
られず、切削加工による仕上げ整形加工を行わなければ
ならないという問題がある。上記の分割を低温（例えば
液体窒素温度）で行えば脆性破壊が生じて容易にフラッ
トな脆性破面が得られるが、大量の製品が流れる実操業
ラインにおいて低温状態とすることは技術的に容易では
なく、更に設備を建設し維持する費用が嵩むため必ずし
もコスト低減には結びつかないといった問題がある。 【０００７】一方、熱間鍛造で一体成形した後の熱処理
はコストが嵩むため、熱処理を省略できる新しいタイプ
の鋼に対する要望も生じている。 【０００８】熱間圧延や熱間鍛造後に行う熱処理として
の調質処理を省略できる非調質鋼としては、例えば特開
平５−１９５１４０号公報に「非調質高強度鋼」が提案
されている。しかし、この公報に記載された非調質鋼
は、連続鋳造時にブルーム表面に生ずる割れを防止した
タイプの高強度非調質鋼である。そのため、上記の提案
鋼をコネクティングロッド本体１及びコネクティングロ
ッドキャップ２用鋼として用いた場合、所望の強度は得
られるものの、前記した一体成形した後でコネクティン
グロッド本体１及びコネクティングロッドキャップ２に
常温で分割する方法に対しては、延性が大き過ぎて脆性
破面が得られない。従って、切削加工による仕上げ整形
加工を行う必要がある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、熱間鍛造した一体成形材を前記し
たような方法によって常温で分割した時の破面が、フラ
ットな脆性破面を呈するとともに、例えば、６５０ＭＰ
ａ以上の引張強度を有する低延性非調質鋼の提供を課題
とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記に
示す低延性非調質鋼にある。 【００１１】すなわち、「重量％で、Ｃ：０．２０〜
０．７０％、Ｓｉ：１．５０％を超えて２．５０％以
下、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｐ：０．１５％以
下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｎ
ｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．０２〜２．００％、Ｍ
ｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．
１７％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｂ：０．０１０％
以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｎ：０．００４５％以下
及びＰｂ：０．３０％以下を含み、更に下記式で表さ
れるｆｎ１の値が０％以下を満足し、残部はＦｅ及び不
可避不純物の化学組成である低延性非調質鋼。ｆｎ１＝
Ａｌ（％）＋２Ｎ（％）−０．０２５・・・・」であ
る。 【００１２】本発明者らは、前記した課題を解決するた
め種々検討を重ねた結果、下記の知見を得た。 【００１３】（ａ）化学成分が特定の条件範囲にある非
調質鋼の常温における破壊形態は、前記式で表される
ｆｎ１と相関を有する。そして、ｆｎ１の値が０％以下
（ｆｎ１≦０％）を満たす場合に脆性破壊が促進され
る。 【００１４】（ｂ）上記のｆｎ１≦０％を満たし、且
つ、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片を用いた２０℃で
の衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 以下である場合
に、熱間鍛造した一体成形材の常温分割面はフラットな
脆性破面となる。 【００１５】（ｃ）上記の（ｂ）（ｆｎ１≦０％を満た
し、且つ、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片を用いた２
０℃での衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 以下）に
加えて、熱間鍛造した一体成形材の分割したい部位の少
なくとも一部に０．５ｍｍＲ以下の切り欠きを設けてお
けば、僅かな力を加えるだけで容易に当該一体成形材の
常温分割が可能で、且つその分割面は一層確実にフラッ
トな脆性破面となる。したがって、一体成形材の分割し
たい部位である大端部穴の内側（図１におけるＮ部）の
少なくとも一部に０．５ｍｍＲ以下の切り欠きを設けて
おけば、コネクティングロッド本体１及びコネクティン
グロッドキャップ２を容易、且つ、確実に製造すること
ができる。 【００１６】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下に、本発明における鋼の化学
組成を上記のように限定する理由について説明する。な
お、化学成分の含有量の「％」は「重量％」を意味す
る。 【００１８】Ｃ： Ｃは、鋼に所望の強度を付与するのに必要な元素である
が、反面熱間加工性を低下させる元素でもある。引張強
度で６５０ＭＰａ以上を得るには、０．２０％以上の含
有量が必要である。一方、０．７０％を超えて含有させ
ると、鋼の熱間加工性が低下して、成分系によっては熱
間での加工時に割れを生じる場合がある。したがって、
Ｃの含有量を、０．２０〜０．７０％とした。なお、よ
り高い引張強度を確保するためには、Ｃの含有量は０．
２５％以上とすることが好ましく、０．３０％以上であ
れば一層好ましい。 【００１９】Ｓｉ： Ｓｉは、鋼の脱酸促進、焼入れ性向上の作用に加えて、
本発明の主目的である「常温での分割性」を著しく高め
る作用を有する。これらの効果、なかでも極めて良好な
「常温での分割性」を確実に得るためには、１．５０％
を超えるＳｉの含有量が必要である。一方、Ｓｉを２．
５０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コス
トが嵩むばかりである。したがって、Ｓｉの含有量を
１．５０％を超えて２．５０％以下とした。なお、切削
性の観点からは、Ｓｉ含有量の上限は２．００％とする
ことが好ましい。 【００２０】Ｍｎ： Ｍｎは脱酸に必要であるとともに、焼入れ性を高めて強
度を向上させる作用がある。しかし、その含有量が０．
３０％未満では所望の効果が得られず、２．００％を超
えると熱間加工性が劣化するようになるので、その含有
量を０．３０〜２．００％とした。 【００２１】Ｐ： Ｐは添加しなくても良い。添加すれば粒界脆化を引き起
こし延性を低下させる作用があるので、前記したような
常温での分割方法でフラットな脆性破面を得るのに有効
である。この効果を確実に得るには、Ｐは０．００５％
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０．１５％を超えると熱間加工性が著しく劣化す
る。したがって、Ｐの含有量は０．１５％以下とした。
なお、安定した熱間加工性確保のために、Ｐの含有量は
０．１０％以下とすることがより好ましい。 【００２２】Ｓ： Ｓも添加しなくても良い。添加すれば粒界脆化を引き起
こし延性を低下させる作用があるので、Ｐと同様に前記
したような常温での分割方法でフラットな脆性破面を得
るのに有効である。又、Ｓにはボルト穴加工時の切削加
工性を向上させる作用がある。これらの効果を確実に得
るには、Ｓは０．００５％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０．１０％を超えると熱
間加工性が著しく劣化する。したがって、Ｓ含有量の上
限を０．１０％とした。 【００２３】Ｃｕ： Ｃｕは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を高め
て静的強度を向上させる効果を有する。この効果を確実
に得るには、Ｃｕは０．０１％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０．２０％を超える
と熱間加工性の劣化をもたらし、熱間圧延時や熱間鍛造
時に割れの発生を招く。したがって、Ｃｕの含有量は
０．２０％以下とした。 【００２４】Ｎｉ： Ｎｉは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を高め
て強度を向上させる効果を有する。この効果を確実に得
るには、Ｎｉは０．０１％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０．５０％を超えると延
性と靭性の増加をきたして、フラットな脆性破面が得ら
れなくなる。したがって、Ｎｉの含有量を０．５０％以
下とした。 【００２５】Ｃｒ： Ｃｒは焼入れ性を向上させて強度を高める効果がある。
しかし、その含有量が０．０２％未満では所望の効果が
得られず、２．００％を超えて含有してもその効果は飽
和し、コストのみが上昇し経済性を損うことになるの
で、その含有量を０．０２〜２．００％とした。なお、
Ｃｒ含有量は０．１０％以上とすることが好ましい。 【００２６】Ｍｏ： Ｍｏは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を高め
て強度を向上させる効果を有する。この効果を確実に得
るには、Ｍｏは０．０１％以上の含有量とすることが好
ましい。しかし、０．５０％を超えて含有させても前記
の効果は飽和するのでコストのみが上昇し、経済性を損
うことになる。したがって、Ｍｏの含有量を０．５０％
以下とした。なお、Ｍｏ含有量は０．０５％以上とする
ことが一層好ましい。 【００２７】Ｖ： Ｖも添加しなくても良い。添加すれば強度を高める効果
を有する。この効果を確実に得るには、Ｖは０．００５
％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．５
０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コスト
のみが上昇して経済性を損う。更に、熱間加工性の劣化
を招く。したがって、Ｖの含有量を０．５０％以下とし
た。 【００２８】Ｎｂ： Ｎｂは添加しなくても良い。添加すれば強度を高める効
果を有する。この効果を確実に得るには、Ｎｂは０．０
０３％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
０．１７％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、
コストのみが上昇し経済性を損うことになる。更に、熱
間加工性の劣化を招くようになる。したがって、Ｎｂの
含有量を０．１７％以下とした。なお、一層の安定した
熱間加工性を確保するためには、Ｎｂ含有量の上限を
０．１０％とすることが好ましい。 【００２９】Ｔｉ： Ｔｉも添加しなくても良い。添加すれば強度を高める効
果を有する。又、非調質鋼の常温における破壊形態に影
響を及ぼし、脆性破壊を促進する効果を有する場合もあ
る。こうした効果を確実に得るには、Ｔｉは０．００５
％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．２
０％を超えて含有させると、熱間加工性の劣化を招くよ
うになる。したがって、Ｔｉの含有量を０．２０％以下
とした。 【００３０】Ｂ： Ｂは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を向上さ
せて強度を高める効果がある。この効果を確実に得るに
は、Ｂは０．０００３％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、
焼入れ性向上効果が飽和するばかりか、熱間加工性が著
しく劣化するようになる。したがって、Ｂの含有量を
０．０１０％以下とした。 【００３１】Ａｌ： Ａｌの含有量が低いほど脆性破壊が促進され、ＪＩＳ４
号シャルピー衝撃試験片を用いた２０℃での衝撃試験時
の衝撃値を１０Ｊ／ｃｍ2 以下にするのに効果がある。
しかし、０．０２％までの含有は許容できる。したがっ
て、Ａｌの含有量を０．０２％以下とした。 【００３２】Ｎ： 脆性破壊を促進させて、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験
片を用いた２０℃での衝撃試験時の衝撃値を１０Ｊ／ｃ
ｍ2 以下にするためにはＮの含有量も低いほど良い。し
かし、０．００４５％までの含有は許容できる。したが
って、Ｎの含有量を０．００４５％以下とした。 【００３３】Ｐｂ： Ｐｂは含有させなくても良い。含有させればボルト穴加
工時の切削加工性を向上させる効果を有する。この効果
を確実に得るには、Ｐｂは０．０１％以上の含有量とす
ることが好ましい。しかし、Ｐｂを０．３０％を超えて
含有させると熱間加工性が劣化して熱間圧延時や熱間鍛
造時に割れの発生を招く。したがって、Ｐｂの含有量を
０．３０％以下とした。 【００３４】ｆｎ１： ０．２０％以上のＣ、０．３０％以上のＭｎ及び０．０
２％以上のＣｒを含有する非調質鋼の常温における破壊
形態は前記式で表されるｆｎ１で整理でき、ｆｎ１≦
０％を満たす場合に脆性破壊が促進される。そしてｆｎ
１≦０％を満たし、且つ、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試
験片を用いた２０℃での衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／
ｃｍ2 以下である場合に、熱間鍛造した一体成形材の常
温分割破面がフラットな脆性破面となって、前記したよ
うな新しいプロセスによって、例えば、６５０ＭＰａ以
上の引張強度を有するコネクティングロッド本体及びコ
ネクティングロッドキャップを製造することができる。
したがって、ｆｎ１の値が０％以下を満たすように規定
した。 【００３５】ｆｎ１の値の下限は特に制限されるもので
はなく、ｆｎ１から求められる下限値の−０．０２５％
に近い値であっても良い。 【００３６】上記の化学組成を有する鋼は通常の方法で
溶製された後、例えば、通常の方法による熱間での圧延
及び鍛造によって、コネクティングロッド本体１とコネ
クティングロッドキャップ２がつながった一体物に成形
される。その後、切削加工によるボルト穴の加工が施さ
れる。次いで、コネクティングロッド本体１及びコネク
ティングロッドキャップ２に前記したような方法によっ
て常温で分割される。なお、必要に応じて当該一体物の
分割しようとする部位である大端部穴の内側（図１にお
けるＮ部）の少なくとも一部に０．５ｍｍＲ以下の切り
欠きが設けられることもある。次いで、分割されたコネ
クティングロッド本体１及びコネクティングロッドキャ
ップ２はボルト３でクランクシャフトに結合されて組み
立てられる。 【００３７】 【実施例】表１〜３に示す化学組成を有する鋼を通常の
方法により試験炉を用いて真空溶製した。表１、表２に
おける鋼１〜１３、鋼１５〜１９、鋼２１及び鋼２２は
化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼
であり、表３における鋼２３〜３４はその成分のいずれ
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。 【００３８】 【表１】【００３９】 【表２】【００４０】 【表３】【００４１】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、１２５０℃に
加熱してから１２００〜９００℃の温度で直径２０ｍｍ
の丸棒に熱間鍛造し、その後常温まで空冷した。 【００４２】こうして得られた熱間鍛造ままの丸棒から
ＪＩＳ４号の引張試験片を切り出し、常温で引張試験を
行った。前記の熱間鍛造ままの丸棒からは、ＪＩＳ４号
シャルピー衝撃試験片も採取して２０℃でシャルピー衝
撃試験を行い、衝撃値を測定した。更に、衝撃試験後の
破面の状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。 【００４３】なお、２０ｍｍに熱間鍛造した丸棒の表面
は目視で観察して鍛造割れの有無を確認した。 【００４４】引張試験結果、シャルピー衝撃試験結果、
シャルピー衝撃試験後の破面観察結果及び鍛造割れ確認
結果を表４に示す。 【００４５】 【表４】 【００４６】本発明例の鋼である鋼１〜１３、鋼１５〜
１９、鋼２１及び鋼２２にあっては、いずれも鍛造割れ
を生ずることもなく、６５０ＭＰａ以上の引張強度と１
０Ｊ／ｃｍ2 以下のシャルピー衝撃値とが得られてお
り、シャルピー衝撃試験後の破面はすべてフラットな脆
性破面であった。 【００４７】これに対して、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のうち、Ｃ
含有量が規定値から低目に外れた鋼２３では引張強度が
６５０ＭＰａに達していない。 【００４８】又、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｐ量、Ｓ量、Ｖ量、
Ｎｂ量、Ｔｉ量、Ｂ量及びＰｂ量がそれぞれ規定値に対
して高目に外れた鋼２４〜３２には熱間での鍛造割れが
認められた。 【００４９】Ｎｉ量が本発明の規定値に対して高めに外
れた鋼３３ではＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片を用い
た２０℃での衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 を超
え、衝撃試験後の破面は延性破面であった。 【００５０】鋼３４においてはＡｌ量とＮ量が本発明の
規定値に対して高めに外れるとともに前記式で表され
るｆｎ１の値が本発明で規定した条件から外れ、更に、
衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 を超えるため、衝撃試験後の破
面は延性破面であった。 【００５１】次いで、前記の表１に記載した本発明例の
鋼である鋼１、鋼５、鋼１０及び鋼１５を素材として通
常の熱間鍛造法によって、コネクティングロッド本体１
とコネクティングロッドキャップ２がつながった一体物
を各々２０体ずつ熱間成形した。なお、各２０体のうち
５体には熱間成形の後、図１のＮ部に０．３ｍｍＲの切
り欠きを付けた。次いで、前記した方法によって常温で
コネクティングロッド本体１及びコネクティングロッド
キャップ２への分割テストを行った。この結果、各鋼と
も２０体すべてにフラットな脆性破面が得られ、切削加
工による仕上げ整形なしで使用できることが分かった。
なお、切り欠きを付けた各鋼５体の分割は特に容易であ
った。 【００５２】 【発明の効果】本発明による低延性非調質鋼を用いれ
ば、コネクティングロッド本体及びコネクティングロッ
ドキャップをコストの低い新プロセスで製造することが
可能で、産業上の効果は大きい。
関し、より詳しくは、強度は要求されるものの延性は必
要とせず、むしろ常温、つまり室温での冷間分割加工が
可能でその破断面がフラットな脆性破面を呈し、自動車
エンジンなどのコネクティングロッドやコネクティング
ロッドキャップ用の材料として好適な高強度・低延性非
調質鋼に関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車エンジンなどの部品である図１に
示すコネクティングロッド（通称コンロッド）の本体１
及びコネクティングロッドキャップ（通称コンロッドキ
ャップ）２は、従来、別の工程で熱間鍛造された後で焼
入れ焼戻しの調質処理を施され、次いで、機械加工によ
るボルト穴の加工と仕上げ整形加工を受け、その後でボ
ルト３によって形状の複雑なクランクシャフトに結合し
て組み立てられていた。 【０００３】しかしながら、最近、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においても例外で
はなくなってきている。 【０００４】このため、前記のコネクティングロッド本
体１及びコネクティングロッドキャップ２に関しては、
製造コスト低減対策として、両者を熱間鍛造にて一体成
形しこれに焼入れ焼戻しの熱処理を施すか、あるいは熱
間鍛造後放冷し、その後でコネクティングロッド本体１
及びコネクティングロッドキャップ２に分割し、接合部
（接合面どうし）に対する仕上げ整形のための切削加工
は施すことなく、ボルト３でクランクシャフトに結合し
て組み立てるという方法が検討されている。この方法で
は、ボルト穴の切削加工は前記の一体成形材を分割する
前あるいは後に行われる。 【０００５】上記の一体成形したコネクティングロッド
本体１及びコネクティングロッドキャップ２を分割する
方法としては、例えば治具を挿入することによって図１
中に矢印で示した方向に働く力を与えて分割する方法が
考えられる。この方法ではコネクティングロッド本体１
及びコネクティングロッドキャップ２に分割した分割面
をフラットにすることが極めて重要となる。 【０００６】しかしながら、従来使用されてきた鋼（Ｊ
ＩＳ規格のＳ４５ＣやＳ４８Ｃ相当鋼など）をそのまま
用いて熱間鍛造で一体成形し、その後常温でコネクティ
ングロッド本体１及びコネクティングロッドキャップ２
に分割すると、分割面がアメやガムを千切ったような所
謂「延性破断面」となってフラットな「脆性破面」が得
られず、切削加工による仕上げ整形加工を行わなければ
ならないという問題がある。上記の分割を低温（例えば
液体窒素温度）で行えば脆性破壊が生じて容易にフラッ
トな脆性破面が得られるが、大量の製品が流れる実操業
ラインにおいて低温状態とすることは技術的に容易では
なく、更に設備を建設し維持する費用が嵩むため必ずし
もコスト低減には結びつかないといった問題がある。 【０００７】一方、熱間鍛造で一体成形した後の熱処理
はコストが嵩むため、熱処理を省略できる新しいタイプ
の鋼に対する要望も生じている。 【０００８】熱間圧延や熱間鍛造後に行う熱処理として
の調質処理を省略できる非調質鋼としては、例えば特開
平５−１９５１４０号公報に「非調質高強度鋼」が提案
されている。しかし、この公報に記載された非調質鋼
は、連続鋳造時にブルーム表面に生ずる割れを防止した
タイプの高強度非調質鋼である。そのため、上記の提案
鋼をコネクティングロッド本体１及びコネクティングロ
ッドキャップ２用鋼として用いた場合、所望の強度は得
られるものの、前記した一体成形した後でコネクティン
グロッド本体１及びコネクティングロッドキャップ２に
常温で分割する方法に対しては、延性が大き過ぎて脆性
破面が得られない。従って、切削加工による仕上げ整形
加工を行う必要がある。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、熱間鍛造した一体成形材を前記し
たような方法によって常温で分割した時の破面が、フラ
ットな脆性破面を呈するとともに、例えば、６５０ＭＰ
ａ以上の引張強度を有する低延性非調質鋼の提供を課題
とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記に
示す低延性非調質鋼にある。 【００１１】すなわち、「重量％で、Ｃ：０．２０〜
０．７０％、Ｓｉ：１．５０％を超えて２．５０％以
下、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、Ｐ：０．１５％以
下、Ｓ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｎ
ｉ：０．５０％以下、Ｃｒ：０．０２〜２．００％、Ｍ
ｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．
１７％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、Ｂ：０．０１０％
以下、Ａｌ：０．０２％以下、Ｎ：０．００４５％以下
及びＰｂ：０．３０％以下を含み、更に下記式で表さ
れるｆｎ１の値が０％以下を満足し、残部はＦｅ及び不
可避不純物の化学組成である低延性非調質鋼。ｆｎ１＝
Ａｌ（％）＋２Ｎ（％）−０．０２５・・・・」であ
る。 【００１２】本発明者らは、前記した課題を解決するた
め種々検討を重ねた結果、下記の知見を得た。 【００１３】（ａ）化学成分が特定の条件範囲にある非
調質鋼の常温における破壊形態は、前記式で表される
ｆｎ１と相関を有する。そして、ｆｎ１の値が０％以下
（ｆｎ１≦０％）を満たす場合に脆性破壊が促進され
る。 【００１４】（ｂ）上記のｆｎ１≦０％を満たし、且
つ、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片を用いた２０℃で
の衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 以下である場合
に、熱間鍛造した一体成形材の常温分割面はフラットな
脆性破面となる。 【００１５】（ｃ）上記の（ｂ）（ｆｎ１≦０％を満た
し、且つ、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片を用いた２
０℃での衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 以下）に
加えて、熱間鍛造した一体成形材の分割したい部位の少
なくとも一部に０．５ｍｍＲ以下の切り欠きを設けてお
けば、僅かな力を加えるだけで容易に当該一体成形材の
常温分割が可能で、且つその分割面は一層確実にフラッ
トな脆性破面となる。したがって、一体成形材の分割し
たい部位である大端部穴の内側（図１におけるＮ部）の
少なくとも一部に０．５ｍｍＲ以下の切り欠きを設けて
おけば、コネクティングロッド本体１及びコネクティン
グロッドキャップ２を容易、且つ、確実に製造すること
ができる。 【００１６】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下に、本発明における鋼の化学
組成を上記のように限定する理由について説明する。な
お、化学成分の含有量の「％」は「重量％」を意味す
る。 【００１８】Ｃ： Ｃは、鋼に所望の強度を付与するのに必要な元素である
が、反面熱間加工性を低下させる元素でもある。引張強
度で６５０ＭＰａ以上を得るには、０．２０％以上の含
有量が必要である。一方、０．７０％を超えて含有させ
ると、鋼の熱間加工性が低下して、成分系によっては熱
間での加工時に割れを生じる場合がある。したがって、
Ｃの含有量を、０．２０〜０．７０％とした。なお、よ
り高い引張強度を確保するためには、Ｃの含有量は０．
２５％以上とすることが好ましく、０．３０％以上であ
れば一層好ましい。 【００１９】Ｓｉ： Ｓｉは、鋼の脱酸促進、焼入れ性向上の作用に加えて、
本発明の主目的である「常温での分割性」を著しく高め
る作用を有する。これらの効果、なかでも極めて良好な
「常温での分割性」を確実に得るためには、１．５０％
を超えるＳｉの含有量が必要である。一方、Ｓｉを２．
５０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コス
トが嵩むばかりである。したがって、Ｓｉの含有量を
１．５０％を超えて２．５０％以下とした。なお、切削
性の観点からは、Ｓｉ含有量の上限は２．００％とする
ことが好ましい。 【００２０】Ｍｎ： Ｍｎは脱酸に必要であるとともに、焼入れ性を高めて強
度を向上させる作用がある。しかし、その含有量が０．
３０％未満では所望の効果が得られず、２．００％を超
えると熱間加工性が劣化するようになるので、その含有
量を０．３０〜２．００％とした。 【００２１】Ｐ： Ｐは添加しなくても良い。添加すれば粒界脆化を引き起
こし延性を低下させる作用があるので、前記したような
常温での分割方法でフラットな脆性破面を得るのに有効
である。この効果を確実に得るには、Ｐは０．００５％
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０．１５％を超えると熱間加工性が著しく劣化す
る。したがって、Ｐの含有量は０．１５％以下とした。
なお、安定した熱間加工性確保のために、Ｐの含有量は
０．１０％以下とすることがより好ましい。 【００２２】Ｓ： Ｓも添加しなくても良い。添加すれば粒界脆化を引き起
こし延性を低下させる作用があるので、Ｐと同様に前記
したような常温での分割方法でフラットな脆性破面を得
るのに有効である。又、Ｓにはボルト穴加工時の切削加
工性を向上させる作用がある。これらの効果を確実に得
るには、Ｓは０．００５％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０．１０％を超えると熱
間加工性が著しく劣化する。したがって、Ｓ含有量の上
限を０．１０％とした。 【００２３】Ｃｕ： Ｃｕは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を高め
て静的強度を向上させる効果を有する。この効果を確実
に得るには、Ｃｕは０．０１％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０．２０％を超える
と熱間加工性の劣化をもたらし、熱間圧延時や熱間鍛造
時に割れの発生を招く。したがって、Ｃｕの含有量は
０．２０％以下とした。 【００２４】Ｎｉ： Ｎｉは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を高め
て強度を向上させる効果を有する。この効果を確実に得
るには、Ｎｉは０．０１％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０．５０％を超えると延
性と靭性の増加をきたして、フラットな脆性破面が得ら
れなくなる。したがって、Ｎｉの含有量を０．５０％以
下とした。 【００２５】Ｃｒ： Ｃｒは焼入れ性を向上させて強度を高める効果がある。
しかし、その含有量が０．０２％未満では所望の効果が
得られず、２．００％を超えて含有してもその効果は飽
和し、コストのみが上昇し経済性を損うことになるの
で、その含有量を０．０２〜２．００％とした。なお、
Ｃｒ含有量は０．１０％以上とすることが好ましい。 【００２６】Ｍｏ： Ｍｏは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を高め
て強度を向上させる効果を有する。この効果を確実に得
るには、Ｍｏは０．０１％以上の含有量とすることが好
ましい。しかし、０．５０％を超えて含有させても前記
の効果は飽和するのでコストのみが上昇し、経済性を損
うことになる。したがって、Ｍｏの含有量を０．５０％
以下とした。なお、Ｍｏ含有量は０．０５％以上とする
ことが一層好ましい。 【００２７】Ｖ： Ｖも添加しなくても良い。添加すれば強度を高める効果
を有する。この効果を確実に得るには、Ｖは０．００５
％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．５
０％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、コスト
のみが上昇して経済性を損う。更に、熱間加工性の劣化
を招く。したがって、Ｖの含有量を０．５０％以下とし
た。 【００２８】Ｎｂ： Ｎｂは添加しなくても良い。添加すれば強度を高める効
果を有する。この効果を確実に得るには、Ｎｂは０．０
０３％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、
０．１７％を超えて含有させても前記の効果は飽和し、
コストのみが上昇し経済性を損うことになる。更に、熱
間加工性の劣化を招くようになる。したがって、Ｎｂの
含有量を０．１７％以下とした。なお、一層の安定した
熱間加工性を確保するためには、Ｎｂ含有量の上限を
０．１０％とすることが好ましい。 【００２９】Ｔｉ： Ｔｉも添加しなくても良い。添加すれば強度を高める効
果を有する。又、非調質鋼の常温における破壊形態に影
響を及ぼし、脆性破壊を促進する効果を有する場合もあ
る。こうした効果を確実に得るには、Ｔｉは０．００５
％以上の含有量とすることが好ましい。しかし、０．２
０％を超えて含有させると、熱間加工性の劣化を招くよ
うになる。したがって、Ｔｉの含有量を０．２０％以下
とした。 【００３０】Ｂ： Ｂは添加しなくても良い。添加すれば焼入れ性を向上さ
せて強度を高める効果がある。この効果を確実に得るに
は、Ｂは０．０００３％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、
焼入れ性向上効果が飽和するばかりか、熱間加工性が著
しく劣化するようになる。したがって、Ｂの含有量を
０．０１０％以下とした。 【００３１】Ａｌ： Ａｌの含有量が低いほど脆性破壊が促進され、ＪＩＳ４
号シャルピー衝撃試験片を用いた２０℃での衝撃試験時
の衝撃値を１０Ｊ／ｃｍ2 以下にするのに効果がある。
しかし、０．０２％までの含有は許容できる。したがっ
て、Ａｌの含有量を０．０２％以下とした。 【００３２】Ｎ： 脆性破壊を促進させて、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験
片を用いた２０℃での衝撃試験時の衝撃値を１０Ｊ／ｃ
ｍ2 以下にするためにはＮの含有量も低いほど良い。し
かし、０．００４５％までの含有は許容できる。したが
って、Ｎの含有量を０．００４５％以下とした。 【００３３】Ｐｂ： Ｐｂは含有させなくても良い。含有させればボルト穴加
工時の切削加工性を向上させる効果を有する。この効果
を確実に得るには、Ｐｂは０．０１％以上の含有量とす
ることが好ましい。しかし、Ｐｂを０．３０％を超えて
含有させると熱間加工性が劣化して熱間圧延時や熱間鍛
造時に割れの発生を招く。したがって、Ｐｂの含有量を
０．３０％以下とした。 【００３４】ｆｎ１： ０．２０％以上のＣ、０．３０％以上のＭｎ及び０．０
２％以上のＣｒを含有する非調質鋼の常温における破壊
形態は前記式で表されるｆｎ１で整理でき、ｆｎ１≦
０％を満たす場合に脆性破壊が促進される。そしてｆｎ
１≦０％を満たし、且つ、ＪＩＳ４号シャルピー衝撃試
験片を用いた２０℃での衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／
ｃｍ2 以下である場合に、熱間鍛造した一体成形材の常
温分割破面がフラットな脆性破面となって、前記したよ
うな新しいプロセスによって、例えば、６５０ＭＰａ以
上の引張強度を有するコネクティングロッド本体及びコ
ネクティングロッドキャップを製造することができる。
したがって、ｆｎ１の値が０％以下を満たすように規定
した。 【００３５】ｆｎ１の値の下限は特に制限されるもので
はなく、ｆｎ１から求められる下限値の−０．０２５％
に近い値であっても良い。 【００３６】上記の化学組成を有する鋼は通常の方法で
溶製された後、例えば、通常の方法による熱間での圧延
及び鍛造によって、コネクティングロッド本体１とコネ
クティングロッドキャップ２がつながった一体物に成形
される。その後、切削加工によるボルト穴の加工が施さ
れる。次いで、コネクティングロッド本体１及びコネク
ティングロッドキャップ２に前記したような方法によっ
て常温で分割される。なお、必要に応じて当該一体物の
分割しようとする部位である大端部穴の内側（図１にお
けるＮ部）の少なくとも一部に０．５ｍｍＲ以下の切り
欠きが設けられることもある。次いで、分割されたコネ
クティングロッド本体１及びコネクティングロッドキャ
ップ２はボルト３でクランクシャフトに結合されて組み
立てられる。 【００３７】 【実施例】表１〜３に示す化学組成を有する鋼を通常の
方法により試験炉を用いて真空溶製した。表１、表２に
おける鋼１〜１３、鋼１５〜１９、鋼２１及び鋼２２は
化学組成が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼
であり、表３における鋼２３〜３４はその成分のいずれ
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。 【００３８】 【表１】【００３９】 【表２】【００４０】 【表３】【００４１】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、１２５０℃に
加熱してから１２００〜９００℃の温度で直径２０ｍｍ
の丸棒に熱間鍛造し、その後常温まで空冷した。 【００４２】こうして得られた熱間鍛造ままの丸棒から
ＪＩＳ４号の引張試験片を切り出し、常温で引張試験を
行った。前記の熱間鍛造ままの丸棒からは、ＪＩＳ４号
シャルピー衝撃試験片も採取して２０℃でシャルピー衝
撃試験を行い、衝撃値を測定した。更に、衝撃試験後の
破面の状態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。 【００４３】なお、２０ｍｍに熱間鍛造した丸棒の表面
は目視で観察して鍛造割れの有無を確認した。 【００４４】引張試験結果、シャルピー衝撃試験結果、
シャルピー衝撃試験後の破面観察結果及び鍛造割れ確認
結果を表４に示す。 【００４５】 【表４】 【００４６】本発明例の鋼である鋼１〜１３、鋼１５〜
１９、鋼２１及び鋼２２にあっては、いずれも鍛造割れ
を生ずることもなく、６５０ＭＰａ以上の引張強度と１
０Ｊ／ｃｍ2 以下のシャルピー衝撃値とが得られてお
り、シャルピー衝撃試験後の破面はすべてフラットな脆
性破面であった。 【００４７】これに対して、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のうち、Ｃ
含有量が規定値から低目に外れた鋼２３では引張強度が
６５０ＭＰａに達していない。 【００４８】又、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｐ量、Ｓ量、Ｖ量、
Ｎｂ量、Ｔｉ量、Ｂ量及びＰｂ量がそれぞれ規定値に対
して高目に外れた鋼２４〜３２には熱間での鍛造割れが
認められた。 【００４９】Ｎｉ量が本発明の規定値に対して高めに外
れた鋼３３ではＪＩＳ４号シャルピー衝撃試験片を用い
た２０℃での衝撃試験時の衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 を超
え、衝撃試験後の破面は延性破面であった。 【００５０】鋼３４においてはＡｌ量とＮ量が本発明の
規定値に対して高めに外れるとともに前記式で表され
るｆｎ１の値が本発明で規定した条件から外れ、更に、
衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ2 を超えるため、衝撃試験後の破
面は延性破面であった。 【００５１】次いで、前記の表１に記載した本発明例の
鋼である鋼１、鋼５、鋼１０及び鋼１５を素材として通
常の熱間鍛造法によって、コネクティングロッド本体１
とコネクティングロッドキャップ２がつながった一体物
を各々２０体ずつ熱間成形した。なお、各２０体のうち
５体には熱間成形の後、図１のＮ部に０．３ｍｍＲの切
り欠きを付けた。次いで、前記した方法によって常温で
コネクティングロッド本体１及びコネクティングロッド
キャップ２への分割テストを行った。この結果、各鋼と
も２０体すべてにフラットな脆性破面が得られ、切削加
工による仕上げ整形なしで使用できることが分かった。
なお、切り欠きを付けた各鋼５体の分割は特に容易であ
った。 【００５２】 【発明の効果】本発明による低延性非調質鋼を用いれ
ば、コネクティングロッド本体及びコネクティングロッ
ドキャップをコストの低い新プロセスで製造することが
可能で、産業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】コネクティングロッドの詳細を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−50184（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２０〜０．７０％、Ｓ
ｉ：１．５０％を超えて２．５０％以下、Ｍｎ：０．３
０〜２．００％、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．１０％
以下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、
Ｃｒ：０．０２〜２．００％、Ｍｏ：０．５０％以下、
Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．１７％以下、Ｔｉ：
０．２０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０
２％以下、Ｎ：０．００４５％以下及びＰｂ：０．３０
％以下を含み、更に下記式で表されるｆｎ１の値が０
％以下を満足し、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組
成である低延性非調質鋼。 ｆｎ１＝Ａｌ（％）＋２Ｎ（％）−０．０２５・・・・
・
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|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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-
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