JP5579683B2 - フェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、船舶などの輸送機のエンジンおよび足回り等に用いられるコンロッド、クランクシャフト、ハブ等の鍛造部品の製造方法に関するものであり、特に、熱間鍛造後に熱処理を行わない（非調質）鍛造部品の製造方法に関するものである。

近年、自動車、船舶などで用いられる部品を軽量化させるため、部品の降伏強度の向上が求められている。そして、現在、当該要求に応じるため、中炭素鋼に０．１〜０．２質量％程度のＶを含有させた鋼の適用が進んでいる。
しかし、この鋼で得られる降伏強度は８００ＭＰａ程度までであるため、一層の高強度化を目指すべく、下記のような多くの取り組みがなされている。

例えば、特許文献１には、Ｃを比較的低めに制御した鋼にＶを含有させ、フェライト−ベイナイト２相組織とした後、２００〜７００℃の温度で時効処理を行うことにより、降伏強度を向上させた熱間鍛造用鋼の製造方法が開示されている。

特許文献２には、Ｔｉ＋Ｚｒを０．０４〜１．０質量％、Ｂを０．０００５質量％以上含有させるとともに、ＴｉおよびＺｒ炭硫化物のサイズを１０μｍ以下とした鋼を、１１００℃以上の状態で熱間鍛造し、９００℃以上で熱間鍛造を終了した後、３０〜３００℃／分の冷却速度で冷却することにより、強度および靭性を向上させたマルテンサイト・ベイナイト型非調質鋼材の製造方法が開示されている。

特許文献３には、中炭素鋼にＶとＣａを含有させ、Ｃａ含有量が４０質量％を超える硫化物の割合、Ｃａ含有量が０．３〜４０質量％となる硫化物の割合、および、Ｃａ含有量が０．３質量％未満となる硫化物の割合を、所定の範囲とすることにより、強度を向上させた非調質鋼が開示されている。

特許文献４には、Ｖを０．３０質量％超、および、Ｔｉを０．００３〜０．０５０質量％含有させた鋼を、十分に高温に加熱した後、３００℃までを平均冷却速度０．０５〜２℃／ｓで冷却することにより、強度を向上させた非調質鍛造部品の製造方法が開示されている。

特開平７−１０９５１８号公報 特開２０００−１２９３９３号公報 特開平１１−３５００６５号公報 特開平７−３３８６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された製造方法は、熱間鍛造後に時効処理が必要となるため（非調質ではないため）、製造の工程数が増加してしまう。また、特許文献２に開示された製造方法は、マルテンサイト・ベイナイトを用いているため、遅れ破壊の懸念が生じてしまう。また、特許文献３には、実施例（Ｎｏ．８）として、Ｃ量０．４５質量％の鋼にＶ量０．３質量％を含有させた鋼の評価を行っているが、この鋼はφ２５ｍｍまで鍛造した後、空冷させただけで十分な冷却制御がなされておらず、十分な高強度化が図れていない。また、特許文献４に係る製造方法は、単調なパターンの冷却しか行っていないため、フェライトの析出強化量が適切に制御できていない。よって、析出強化量が少ないフェライトが局所的に形成されてしまい、当該フェライトが降伏を律速させてしまうため、鋼の降伏強度が十分に改善できない（最大８３ｋｇｆ／ｍｍ^２）。

さらに、被加工材を最終形状にまで作りこむには切削加工が必要となるが、切削性は強度に依存するため、切削加工の必要な部分については、高強度化されていないことが好ましい。したがって、高強度化させる部分とは別に、切削加工の必要な部分については高強度化させず、一つの部品内に強度差を付与させることが有効である。
ここで、一つの部品内に強度差を付与させる技術としては、浸炭処理、肌焼処理、窒化処理、部分焼入れなど、熱処理を用いれば実現できることは知られているが、非調質で強度差を付与できる技術については報告されていない。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、一つの部品内に、十分な降伏強度が付与された部分（高強度化させる部分）と、切削加工性を向上させるために降伏強度が抑えられた部分（低強度化させる部分）とを、非調質で形成させた鍛造部品の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決するために、以下の知見に基づき発明を完成した。
鍛造部品において高強度化を実現するためには、鋼の冷却中に変態と同時に起こる相界面析出を活用することにより、微細な析出物を均一に分散させることができ、大きな析出強化量を確保できることが知られている。ここで、本発明の目標とする降伏強度９５０ＭＰａ以上を実現するには、加熱処理工程において炭化物形成元素を多量に固溶させておき、その後の変態で析出させる必要がある。しかし、非調質鍛造部品用の鋼に使われる中炭素鋼は炭素の含有量が多く、炭化物が非常に安定に形成されるため、炭化物形成元素を多量に溶かすことが難しい。加えて、非調質鍛造部品用の鋼は、冷却中に析出物を析出させる必要があるため、変態と同時に析出できるような析出強化能力のある元素を含有させることが重要である。この様な条件を満たす元素および含有量について検討した結果、Ｖが最適であり、目標の降伏強度とするには０．２質量％以上含有させることが必要であることを見出した。

さらに、高強度化を実現するためには、０．２質量％以上のＶを含有させたとしても、一旦、Ｖを完全に固溶させる必要があるとともに、加熱終了後、Ｖがオーステナイト中に析出しないようにするために、転位が蓄積しない高温域で鍛造する必要があることを見出した。さらにその後、Ｖを含有させたことにより焼入れ性が向上している状態でフェライト変態、パーライト変態させつつ、変態と同時に相界面析出を起こさせるために、適切な冷却速度にて冷却する必要があることを見出した。

一方で、熱間鍛造工程においてオーステナイト中に転位が残存するように低温で鍛造を施し、その後、緩冷却することで、オーステナイト中でのバナジウムカーバイド（以下、適宜、ＶＣという）の析出が促進されてフェライト−パーライト変態が起こる前に大半のＶを析出させることができる。その結果、フェライト−パーライト変態時に形成される微細な相界面析出が得られず析出強化できないため、Ｖを多量に含有していても低強度化できることを見出した。
以上の知見から、本発明者らは以下の本発明を創出した。

前記課題を解決するために、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、Ｃ：０．２０〜０．８０質量％、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｖ：０．２０〜０．８０質量％、N：０．０１００質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用いて、前記鋼からなる被加工材を、下記式（１）で算出されるＴ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下となるように加熱する加熱処理工程と、前記加熱処理工程の後に、前記被加工材の高強度化させる部分について、１０００℃以上、前記加熱処理工程における加熱温度以下とし、かつ、前記被加工材の低強度化させる部分について、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下として、熱間鍛造を行い、当該熱間鍛造により当該低強度化させる部分の相当歪量を０．２以上とする熱間鍛造工程と、前記熱間鍛造工程の後に、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、前記高強度化させる部分について、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下となり、かつ、前記低強度化させる部分について、１．０℃／ｓ以下となるように、前記被加工材を冷却する冷却工程と、を含む、ことを特徴とする。
Ｔ_ＶＣ（℃）＝−９５００／（ｌｏｇ（［％Ｃ］・［％Ｖ］）−６．７２）−２７３・・・（１）
（ただし、前記式（１）において、［％Ｃ］、［％Ｖ］は、前記Ｃ、前記Ｖの各含有量（質量％）とする。）

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、Ｖを０．２０〜０．８０質量％含有させることにより、本発明で目標とする降伏強度９５０ＭＰａ以上という高強度化の実現を確保することができる。

そして、加熱処理工程において、被加工材全体を、Ｔ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下に加熱することにより、Ｖを完全に固溶させ、高強度化の実現を確保することができる。

そして、熱間鍛造工程において、高強度化させる部分については、１０００℃以上、加熱処理工程における加熱温度以下で熱間鍛造を行うことにより、析出強化に寄与しない粗大なＶＣの析出を抑制することができる。一方、低強度化させる部分については、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下であるとともに、相当歪量０．２以上とする熱間鍛造を行うことにより、オーステナイト中に形成される粗大なＶＣを積極的に分散させることができる。

そして、冷却工程において、高強度化させる部分については、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下の平均冷却速度で冷却させることにより、オーステナイト中での粗大なＶＣの発生を抑制しつつ、フェライト−パーライトを低温で変態させることで相界面析出量の低下を防止し、高強度化を実現することができる。一方、低強度化させる部分については、１．０℃／ｓ以下の平均冷却速度で冷却することにより、積極的に粗大なＶＣを分散させることで、析出強化量を低下させ、低強度化を実現することができる。
その結果、高強度化させる部分（降伏強度：９５０ＭＰａ以上）と低強度化させる部分（降伏強度：８００ＭＰａ以下）との降伏強度の差の最大値を１５０ＭＰａ以上とすることができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、 Ｃ：０．２０〜０．８０質量％、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｖ：０．２０〜０．８０質量％、N：０．０１００質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用いて、前記鋼からなる被加工材の全体を、下記式（１）で算出されるＴ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下となるように加熱する加熱処理工程と、前記加熱処理工程の後に、前記被加工材の高強度化させる部分を断熱材で覆うとともに、前記被加工材の低強度化させる部分に冷却材を吹き付け、前記高強度化させる部分について、１０００℃以上、前記加熱処理工程における加熱温度以下とし、かつ、前記被加工材の低強度化させる部分について、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下として、１段または２段以上の熱間鍛造を行い、当該熱間鍛造により当該低強度化させる部分の相当歪量を０．２以上とする熱間鍛造工程と、前記熱間鍛造工程の後に、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、前記高強度化させる部分について、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下となり、かつ、前記低強度化させる部分について、１．０℃／ｓ以下となるように、前記被加工材を冷却する冷却工程と、を含む、ことを特徴とする。
Ｔ_ＶＣ（℃）＝−９５００／（ｌｏｇ（［％Ｃ］・［％Ｖ］）−６．７２）−２７３・・・（１）
（ただし、前記式（１）において、［％Ｃ］、［％Ｖ］は、前記Ｃ、前記Ｖの各含有量（質量％）とする。）

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、熱間鍛造工程において、被加工材の高強度化させる部分を断熱材で覆うことで、高強度化させる部分については冷却材が吹き付けられるのを防止し、比較的高温の状態で熱間鍛造することができるため、析出強化に寄与しない粗大なＶＣのオーステナイト域での析出を抑制することができる。
また、熱間鍛造工程において、被加工材の低強度化させる部分に冷却材を吹き付けることで、低強度化させる部分については、比較的低温の状態で熱間鍛造することができるため、オーステナイト中に形成される粗大なＶＣを積極的に分散させることができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、円柱状を呈するとともに、一端側に前記高強度化させる部分が存在し、当該高強度化させる部分よりも他端側に前記低強度化させる部分が存在する前記被加工材を、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状となるように鍛造するフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法であって、前記熱間鍛造工程において、前記被加工材の前記他端側の端部が、鍛造金型の略円柱凹状を呈する軸形成部の底部に当接するとともに、前記一端側に存在する前記高強度化させる部分が、前記軸形成部から突出するように前記被加工材を設置し、その後、前記底部の方向に前記被加工材を押圧することで、前記軸形成部と当該軸形成部の開口から径方向外側に延出するフランジ形成部とにより前記被加工材を前記形状に熱間鍛造することが好ましい。

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、熱間鍛造工程（開始時）において、被加工材の一端側に存在する高強度化させる部分が、鍛造金型の軸形成部から突出するように設置されていることから、当該高強度化させる部分は、鍛造金型（軸形成部）に当接していない。ここで、加熱処理工程後の被加工材が鍛造金型に当接してしまうと、周辺雰囲気への自然放熱等による冷却と比較して、急激に冷却されることになるが、前記のとおり高強度化させる部分は鍛造金型に当接しないことから、当該部分の急速な冷却（１０００℃未満となってしまうような冷却）を回避することができる。その結果、高強度化させる部分について、ＶＣを微細に分散させることができないといった事態を回避し、高強度化を確保することができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、前記熱間鍛造工程において、前記軸形成部の軸方向の長さが前記軸部の軸方向の長さよりも短くなるように設置されている前記軸方向に移動可能な前記底部を、前記軸形成部の軸方向の長さが前記軸部の軸方向の長さと同じになる位置まで移動させながら前記被加工材の熱間鍛造を行うことが好ましい。

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、熱間鍛造工程において、鍛造金型の底部を軸方向に移動させながら熱間鍛造を行っていることから、被加工材が押圧されることによりフランジ部が形成される途中過程において、軸部とフランジ部との境界が鍛造金型に当接しない。したがって、当該境界の急速な冷却（１０００℃未満となってしまうような冷却）を回避することができる。その結果、当該境界について、ＶＣを微細に分散させることができないといった事態を回避し、高強度化を確保することができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、円柱状を呈するとともに、一端側に前記高強度化させる部分が存在し、当該高強度化させる部分よりも他端側に前記低強度化させる部分が存在する前記被加工材を、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状となるように鍛造するフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法であって、前記熱間鍛造工程において用いる鍛造金型は、略円柱凹状を呈する軸形成部を備えるとともに、前記軸形成部は、前記被加工材の外径よりも小さな内径の円柱凹状を呈する小径部と、当該小径部から開口側に設けられ当該小径部より大きな内径の円柱孔状を呈する大径部と、を有し、前記熱間鍛造工程において、前記被加工材の前記他端側の端部が、前記鍛造金型の前記小径部と前記大径部との間に形成される段部に当接するとともに、前記一端側に存在する前記高強度化させる部分が、前記軸形成部から突出するように前記被加工材を設置し、その後、前記小径部の方向に前記被加工材を押圧することで、前記軸形成部と当該軸形成部の開口から径方向外側に延出するフランジ形成部とにより前記被加工材を前記形状に熱間鍛造することが好ましい。

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、熱間鍛造工程（開始時）において、被加工材の一端側に存在する高強度化させる部分が、鍛造金型の軸形成部から突出するように設置されていることから、当該高強度化させる部分は、鍛造金型に当接していない。したがって、高強度化させる部分の急速な冷却（１０００℃未満となってしまうような冷却）を回避することができる。その結果、高強度化させる部分について、ＶＣを微細に分散させることができないといった事態を回避し、高強度化を確保することができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、前記熱間鍛造工程において用いる鍛造金型の前記小径部の内径に対する前記被加工材の外径の比（前記被加工材の外径／前記小径部の内径）が１．２０以下となることが好ましい。

ここで、被加工材の外径が鍛造金型の小径部の内径と比べ大きすぎる場合、熱間鍛造工程時において、被加工材の他端側であって径方向内側の部分が優先的に鍛造金型の小径部に収まる一方、被加工材の他端側であって径方向外側の部分は鍛造金型の小径部に収まらず（小径部への材料流動が妨げられ）、当該径方向外側の部分は一端側に流動することとなる。したがって、軸部とフランジ部の境界は、一端側に流動した当該径方向外側の部分が主に形成することとなるが、当該径方向外側の部分は低強度化させる部分として加熱処理工程を施した部分である。その結果、当該境界が所望の強度を得られなくなるという可能性がある。
本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、鍛造金型の小径部の内径に対する被加工材の外径の比を所定値以下に制限していることから、被加工材の他端側であって径方向外側の部分が一端側に流動することを防止し（または流動する量を極めて少なくし）、前記のような軸部とフランジ部の境界において所望の強度が得られないといった事態を回避することができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、前記冷却工程において、前記高強度化させる部分を局所冷却することが好ましい。

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、冷却工程において、高強度化させる部分を局所冷却することから、冷却速度を所定の冷却速度（０．５℃／ｓ以上）に制御することができる。その結果、高強度化させる部分について、オーステナイト中での粗大なＶＣの発生を抑制しつつ、フェライト・パーライトを低温で変態させることで相界面析出を微細に分散させることができ、高強度化を実現することができる。

また、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、円柱状を呈するとともに、一端側に前記高強度化させる部分が存在し、当該高強度化させる部分よりも他端側に前記低強度化させる部分が存在する前記被加工材を、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状となるように鍛造するフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法であって、前記冷却工程において、前記軸部と前記フランジ部との境界を局所冷却する、または、前記境界および前記軸部を局所冷却することが好ましい。

このように、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法は、冷却工程において、軸部とフランジ部との境界を局所冷却することにより、厚肉なため（表面の面積に対し当該表面内部の被加工材体積が大きいため）放熱し難いことにより冷却速度が小さくなってしまう当該境界の冷却速度を所定の冷却速度（０．５℃／ｓ以上）に制御することができる。
また、前記境界に加えて軸部も局所冷却することにより、当該境界の冷却速度が適切に大きくならない場合であっても、隣接する軸部が冷却されることで当該境界の冷却速度を所定の冷却速度（０．５℃／ｓ以上）に制御することができる。
なお、冷却工程において、フランジ部の外周縁部分は局所冷却しないため、通常、薄肉であることにより自然放熱で十分冷却されるフランジ部の冷却速度が大きくなりすぎるのを防止する（２．０℃／ｓ以下とする）ことができる。

本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法によれば、一つの部品内に、十分な降伏強度が付与された部分（高強度化させる部分）と、切削加工性を向上させるために降伏強度が抑えられた部分（低強度化させる部分）とを非調質で形成させた鍛造部品を製造することができる。

本発明の実施形態に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の工程における、高強度化させる部分と低強度化させる部分の熱履歴のグラフである。 本発明の実施形態に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法で製造する鍛造部品の模式図である。 本発明の実施形態に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の熱間鍛造工程における詳細な熱間鍛造方法１を説明する模式図であって、（ａ）は、熱間鍛造工程の開始時を説明する模式図、（ｂ）は、熱間鍛造工程の終了時を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の熱間鍛造工程（開始時）における詳細な熱間鍛造方法２を説明する模式図である。 比較例に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の熱間鍛造工程（開始時）における詳細な熱間鍛造方法を説明する模式図である。 比較例に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の熱間鍛造工程（開始時）における詳細な熱間鍛造方法を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法の冷却工程における詳細な冷却方法を説明する模式図であって、（ａ）は、実施例に係る冷却方法を説明する模式図、（ｂ）は、比較例に係る冷却方法を説明する模式図である。

以下、本発明に係るフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法（以下、適宜、単に鍛造部品の製造方法という）を実施するための形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。そして、以下の説明において、「上、下」を表現するときは、各図面に示す方向を基準としている。
なお、フェライト−パーライト型とは、フェライト−パーライトを主体（例えばフェライト及びパーライトの合計が面積率で７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上）とするものである。

［鋼］
本発明に係る鍛造部品の製造方法で用いる鋼は、Ｃ：０．２０〜０．８０質量％、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｖ：０．２０〜０．８０質量％、Ｎ：０．０１００質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる。
以下に、本発明に係る鍛造部品の製造方法で用いる鋼の各組成を数値限定した理由について説明する。

（Ｃ：０．２０〜０．８０質量％）
Ｃを０．２０質量％以上含有させると、Ｖと結び付きＶ炭化物を析出させ、析出強化量を高めることでフェライト−パーライトで鋼の降伏強度（ビッカース硬さ）の向上に寄与する。一方、Ｃの含有量が０．８０質量％を超えると、フェライト変態やパーライト変態が抑制されるため、ベイナイトが形成されるようになり、相界面析出が起こらなくなることで降伏強度が低下する。
したがって、Ｃの含有量は、０．２０〜０．８０質量％とする。
なお、好ましくはＣの含有量は、０．３０〜０．６０質量％、さらに好ましくは０．４０〜０．５０質量％である。

（Ｓｉ：０．５０質量％以下）
Ｓｉは、固溶強化で降伏強度（ビッカース硬さ）の向上に寄与するが、Ｓｉの含有量が０．５０質量％を超えると、焼入れ性が高くなり、ベイナイトが形成され降伏強度低下の要因となる。
したがって、Ｓｉの含有量は、０．５０質量％以下とする。なお、０質量％でもよい。

（Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％）
Ｍｎは、固溶強化で降伏強度（ビッカース硬さ）の向上に寄与するが、Ｍｎの含有量が１．００質量％を超えると、焼入れ性が高くなり、ベイナイトが形成され降伏強度低下の要因となる。また、Ｍｎの含有量が０．４０質量％未満であると、Ｍｎの添加による降伏強度の向上の効果が得られない。
したがって、Ｍｎの含有量は、０．４０〜１．００質量％とする。

（Ｐ：０．０５０質量％以下）
Ｐは、鋼に不可避的に含まれるが、Ｐの含有量が０．０５０質量％を超えると、鋼を脆化させてしまう。
したがって、Ｐの含有量は、０．０５０質量％以下とする。なお、０質量％でもよい。

（Ｓ：０．０５０質量％以下）
Ｓは、鋼に不可避的に含まれ、Ｍｎと反応しＭｎＳを形成して切削性改善に寄与するが、Ｓの含有量が０．０５０質量％を超えると、靭性を低下させてしまう。
したがって、Ｓ含有量は０．０５０質量％以下とする。なお、０質量％でもよい。

（Ｖ：０．２０〜０．８０質量％）
Ｖを０．２０質量％以上含有させることにより、フェライトおよびパーライト中のラメラフェライト中にＶ炭化物もしくは炭窒化物として析出することでフェライトおよびパーライトを強化し、降伏強度（ビッカース硬さ）を向上させることができる。一方、Ｖの含有量が０．８０質量％を超えると、熱間鍛造工程後の冷却工程において、フェライト変態やパーライト変態が抑制されてベイナイトが形成されるようになり、降伏強度が低下してしまう。
なお、従来からＶの添加は行われていたものの、後記する本発明に係る冷却工程のような冷却制御を行なわない場合は、フェライト−パーライト変態が抑制されてしまうことにより、ベイナイトが形成されたり、変態温度が低くなりすぎフェライト中のＶＣの相界面析出が起こりにくくなったりしてしまう。よって、逆に降伏強度の低下を招いてしまっていた。
前記事項を考慮し、本発明に係る鍛造部品の製造方法で用いる鋼のＶの含有量は、０．２０〜０．８０質量％とする。
なお、好ましくはＶの含有量は、０．３５〜０．８０質量％、さらに好ましくは０．４５〜０．８０質量％である。

（Ｎ：０．０１００質量％以下）
Ｎは、Ｖと結合しＶ炭窒化物を形成することで析出強化に寄与するが、Ｎの含有量が０．０１００質量％を超えると、加熱時に溶解しなくなり、粗大なＶ窒化物が形成される。その結果、ＶＮ近傍にＶの枯渇領域が形成され、その周囲の析出強化量が低下し、降伏強度を低下させてしまう。
したがって、Ｎの含有量は、０．０１００質量％以下とする。なお、０質量％でもよい。

（不可避不純物）
不可避不純物としては、例えば、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｏ等が挙げられ、本発明の効果を妨げない範囲で含有することが許容される。

［被加工材］
本発明に係る鍛造部品の製造方法で用いる被加工材は、前記組成の鋼から構成される。なお、当該被加工材に対し、後記する各工程の処理を施すことにより、十分な降伏強度が付与された部分（高強度化させる部分）と、切削加工性を向上させるために降伏強度が抑えられた部分（低強度化させる部分）とを形成させる。

ここで、高強度化させる部分とは、降伏強度を９５０ＭＰａ以上とする部分のことであり、低強度化させる部分とは、降伏強度を８００ＭＰａ以下とする部分のことである。したがって、本発明の製造方法で製造された鍛造部品は、一つの部品内の降伏強度の差の最大値が１５０ＭＰａ以上となる。
なお、本発明に係る鍛造部品の製造方法で用いる被加工材は、例えば、鋳造、鍛造加工、押出加工等によって準備すればよい。

この高強度化させる部分Ｘと、低強度化させる部分Ｙは、図１（ａ）で示しているように、被加工材に１箇所ずつ存在していてもよいし、複数個所ずつ存在していてもよい。また、どのような範囲（大きさ）で存在していてもよい。
なお、鍛造部品は、基本的に高強度化が要求されるものであるため、切削加工性を向上させる必要がある部分以外の全ての部分を、高強度化させる部分Ｘと判断してもよい。

また、被加工材は、例えば、円柱状を呈するとともに、一端側に高強度化させる部分Ｘが存在し、当該高強度化させる部分Ｘよりも他端側に低強度化させる部分Ｙが存在するものであってもよい（図４（ａ）参照）。なお、この「一端側に高強度化させる部分Ｘが存在」するとは、一端側の端部から軸方向中央までの範囲において高強度化させる部分Ｘが一部にでも存在していればよく、また、一端側の端部から軸方向中央までの範囲を超えて高強度化させる部分Ｘが存在していてもよい。

［鍛造部品の形状］
被加工材を本発明の製造方法で製造した鍛造部品の形状については、特に限定されないが、例えば、図３に示すように、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状であってもよい。当該形状は、自動車部品等に用いられる形状であり、フランジ部は薄肉化、軽量化が求められる部位であり、高強度化させる部分Ｘに該当し、軸部は外表面にスプライン加工や内面穴加工等、熱間鍛造後の機械加工領域が大きい部位であり、低強度化させる部分Ｙに該当する。また、フランジ部と軸部との境界の表面部分Ｚに応力が集中するため、当該境界も高強度化させる部分Ｘに該当する。
なお、フランジ部は、図３に示すように、通常、薄肉に形成されるものであり、「薄肉」とは、フランジ部の厚さ／軸部の最小外半径＜０．５となる状態である。

次に、図１、図２、図４、図５を参照しつつ、本発明に係る鍛造部品の製造方法の工程について説明する。なお、本発明に係る鍛造部品の製造方法は、加熱処理工程、熱間鍛造工程、冷却工程を含む構成となっている。

［加熱処理工程］
加熱処理工程は、前記鋼からなる被加工材を、下記式（１）で算出されるＴ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下となるように加熱する工程である。
ここで、Ｔ_ＶＣは、Ｔ_ＶＣ（℃）＝−９５００／（ｌｏｇ（［％Ｃ］・［％Ｖ］）−６．７２）−２７３・・・（１）で表される。ただし、前記式（１）において、［％Ｃ］、［％Ｖ］は、前記Ｃ、前記Ｖの各含有量（質量％）とする。
なお、加熱処理工程は、図１の（ａ）と（ｂ−１）の間で表わされる。

（加熱処理工程の温度範囲）
加熱処理工程において、被加工材を、Ｔ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下となるように加熱する。これは、ＶＣが完全に固溶する温度Ｔ_ＶＣから、さらに５０℃上げた温度（Ｔ_ＶＣ＋５０℃）以上に加熱することで、鋼のＶＣを完全に固溶させるためである。
ここで、Ｔ_ＶＣはＶＣの溶解度積（日本鉄鋼協会、鉄鋼便覧第３版、第１巻基礎、１９８１年、ｐ．４１２）から式変形して導出した温度であり、当該温度以上に加熱することで鋼のＶＣは完全に固溶する。なお、実際には、当該温度に加熱しても加熱時間が短いとＶＣが完全には固溶しない場合があるので、加熱時間によらず完全にＶＣを固溶できる温度として、Ｔ_ＶＣ＋５０℃以上という温度を規定した。
なお、加熱処理工程での温度とは、加熱処理工程での被加工材の最高到達温度とする。

（加熱処理工程の具体的な手順）
加熱処理工程において、被加工材をＴ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下に加熱するが、加熱する手段については、特に限定されず、被加工材全体を、均一に加熱できるものであればよい。

（加熱処理工程における熱履歴）
加熱処理工程における熱履歴は、図２の時間ｔ０→ｔ２に示すとおりである。
時間ｔ０→ｔ１において、被加工材の温度をＴ０→Ｔ１まで上昇させるが、この間の加熱速度については、加熱手段の性能によるものであり、特に限定されない。しかし、図２に示すとおり、略均一の加熱速度で加熱するのが好ましい。なお、Ｔ１は、Ｔ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下である。
時間ｔ１→ｔ２の加熱保持時間については、特に限定されないが、製造時の安定性、生産性の観点から、６０秒以上、１時間以下が好ましい。

［熱間鍛造工程］
熱間鍛造工程は、加熱処理工程の後に行う工程であり、被加工材の高強度化させる部分Ｘについては、１０００℃以上、加熱処理工程における加熱温度以下とし、かつ、被加工材の低強度化させる部分Ｙについては、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下として、熱間鍛造を行い、当該熱間鍛造により低強度化させる部分Ｙの相当歪量を０．２以上とする工程である。
なお、熱間鍛造工程は、図１の（ｂ−１）および（ｂ−１）と（ｃ−１）の間の工程である。

（高強度化させる部分の温度範囲）
高強度化させる部分Ｘについては、１０００℃以上、加熱処理工程における加熱温度以下として、熱間鍛造を行う。
これは、１０００℃未満になると、熱間鍛造温度が低下し組織は微細化されるが、ＶＣがオーステナイト中に析出することで、フェライト変態時にフェライト中に微細に相界面析出できる析出量が低下してしまうため、高強度化を確保できなくなるからである。
熱間鍛造を行う直前に、高強度化させる部分Ｘの温度が、１０００℃以上、加熱処理工程における加熱温度以下となっていれば、熱間鍛造中の温度は特に限定されない。しかし、熱間鍛造を行う処理の間、高強度化させる部分Ｘの温度が１０００℃以上、前記加熱処理工程における加熱温度以下となっていることが好ましい。

（低強度化させる部分の温度範囲、および相当歪）
低強度化させる部分Ｙについては、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下として、熱間鍛造を行い、当該熱間鍛造により当該低強度化させる部分Ｙの相当歪量を０．２以上とする。
これは、Ａ_Ｃ３点未満だと、鍛造前にフェライトが形成された状態となり、この状態で鍛造を行うと、フェライト中に歪が導入され強度が向上してしまい、低強度化を確保できなくなるためである。

また、９５０℃を超えると、オーステナイト中に形成される粗大なＶＣの形成を抑制してしまい、高強度化されてしまうからである。
さらに、相当歪量０．２以上と規定したのは、低強度化させる部分Ｙについて、オーステナイト域でＶＣを粗大に分散させる必要があり、そのためには、ＶＣの核生成サイトとなる転位をオーステナイト中に残存させなければならないからである。なお、相当歪量は生産性の観点より、７以下であることが好ましい。
熱間鍛造を行う直前に、高強度化させる部分Ｘの温度が、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下となっていれば、熱間鍛造中の温度は特に限定されない。しかし、熱間鍛造を行う処理の間、高強度化させる部分Ｘの温度がＡ_Ｃ３点以上、９５０℃以下となっていることが好ましい。

ここで、Ａ_Ｃ３点とは、加熱処理工程のような昇温する場合において、オーステナイト相とフェライト相からなる２相領域から高温で安定なオーステナイト単相領域へ変態する温度である。Ａ_Ｃ３点は事前の実験により測定するか、文献（レスリー 鉄鋼材料学、幸田成康訳、丸善株式会社（１９８５）、ｐ．２７３）記載のＡ_Ｃ３点の測定式を用いて算出することができる。
また、相当歪とは、Ｖｏｎ Ｍｉｅｓｅｓの降伏応力に対応する相当歪で、下式（２）で計算される歪をいう。なお、下式（１）において、相当歪を（ε）、長さ方向の真歪を（ε_１）、幅方向の真歪を（ε_２）、厚さ方向の真歪を（ε_３）で示す。

（熱間鍛造工程の具体的な手順）
次に、熱間鍛造工程の具体的な手順を説明する。
まず、被加工材の高強度化させる部分Ｘを断熱材で覆うとともに、被加工材の低強度化させる部分Ｙに冷却材を吹き付ける。この断熱材については、特に限定されず、ガラスウール等を使用すればよい。また、冷却材についても、特に限定されず、空気、Ｎ_２ガス、アルゴンガス、ミスト等を使用すればよい。

その後、被加工材に対し、熱間鍛造を行う。ここで、熱間鍛造の装置、熱間鍛造の方法等については、特に限定されず、従来の装置を用いて従来の方法により行えばよい。また、熱間鍛造の回数についても、特に限定されず、１段または２段以上であればよい。

なお、熱間鍛造工程の具体的な手段については、前記手段に限定されず、高強度化させる部分Ｘと低強度化させる部分Ｙとの温度差が生じるような処理を行った後、熱間鍛造を行う方法であればよい。

（熱間鍛造工程における熱履歴）
熱間鍛造工程の熱履歴は、図２の時間ｔ２→ｔ４に示すとおりである。
時間ｔ２→ｔ３については、被加工材の高強度化させる部分Ｘの温度をＴ１→Ｔ２まで下降させ、被加工材の低強度化させる部分Ｙの温度をＴ１→Ｔ３まで下降させるが、この間の平均冷却速度については、冷却手段の性能（冷却材の種類）によるものであり、特に限定されない。しかし、図２に示すとおり、略均一の冷却速度で冷却するのが好ましい。そして、時間ｔ３→ｔ４の鍛造時間については、高強度化させる部分Ｘと低強度化させる部分Ｙとの温度差を確保したまま被加工材を鍛造させる必要があるため、短いほうが好ましい。
なお、Ｔ２は、１０００℃以上、前記加熱処理工程における加熱温度以下であり、Ｔ３は、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下である。

（熱間鍛造工程における詳細な熱間鍛造方法１）
熱間鍛造工程における熱間鍛造方法の一態様（熱間鍛造方法１）を、図４を用いて詳細に説明する。
熱間鍛造方法１に使用する鍛造金型１０は、略円柱凹状を呈する軸形成部１３と、当該軸形成部１３の開口から径方向外側に延出するフランジ形成部１４と、を備える。そして、軸形成部１３は、被加工材１の他端の端部を保持する底部１１と、当該底部１１から上方に延在する円柱孔部１２と、から構成される。
また、熱間鍛造方法１に使用する被加工材１は、円柱状を呈するとともに、一端側に高強度化させる部分Ｘが存在し、当該高強度化させる部分Ｘよりも他端側に低強度化させる部分Ｙが存在するものである。
なお、図４には、各部材の寸法を記載しているが、当該寸法に限定されるものではない。

まず、熱間鍛造工程を開始するに際し、被加工材１の低強度化させる部分Ｙが存在する他端の端部を、鍛造金型１０の底部１１に当接させる（図４（ａ））。なお、この状態において、被加工材１の一端側の大部分が軸形成部１３の開口から突出するように設置されており、被加工材１の高強度化させる部分Ｘは一端側に存在することから、当該部分は鍛造金型１０に当接しない。
これにより、熱間鍛造工程の開始時（被加工材１を鍛造金型１０に設置する時点）において、被加工材１の高強度化させる部分Ｘは鍛造金型１０に当接せず、当該部分の急速な冷却（１０００℃未満となってしまうような冷却）を回避することができる。

その後、鍛造金型１０の底部１１を下方に移動させながら、被加工材１に対し、上方から下方に向けて押圧することにより熱間鍛造を行う。
詳細には、鍛造金型１０の底部１１は、押圧開始時において、軸形成部１３の軸方向の長さＬ１（開口から底部１１までの長さＬ１）が、熱間鍛造工程後の被加工材１（鍛造部品）の軸部の軸方向の長さＬ２よりも短くなるように設置されている（図４（ａ）の状態）。
そして、押圧部材（図示せず）により押圧が開始されると同時に、鍛造金型１の底部１１は下方に移動する。この際、鍛造金型１０の底部１１は、被加工材１の一端を押圧する圧力よりも弱い圧力により下方から上方に向けて押圧され、被加工材１の一端を押圧する押圧部材（図示せず）の下方への移動速度よりも遅い移動速度で下方に移動する。
最終的に、軸形成部１３の軸方向の長さＬ１が、熱間鍛造工程後の被加工材１（鍛造部品）の軸部の軸方向の長さＬ２と同じ長さになるまで、鍛造金型１０の底部１１を下方に移動させながら、押圧部材（図示せず）で被加工材１を下方に押圧することで、被加工材１を所望の形状とする（図４（ｂ）の状態）。
これにより、被加工材１を押圧する過程において、軸部とフランジ部との境界は鍛造金型１０に当接せず、当該境界の急速な冷却（１０００℃未満となってしまうような冷却）を回避することができる。

なお、鍛造金型１０の底部１１は、移動可能なものではなく、軸方向に固定されているものであってもよい。この場合、軸形成部１３の軸方向の長さは、熱間鍛造工程後の被加工材１（鍛造部品）の軸部の軸方向の長さＬ２と同じ長さとなるように固定されているとともに、軸形成部１３の底部１１は、中央部（径方向中心部）が縁部（径方向外側部）よりも上方に略円柱状に突出している（図４（ａ）参照）。
そして、この場合、熱間鍛造工程の開始時（被加工材１を鍛造金型１０に設置する時点）において被加工材１の高強度化させる部分Ｘが鍛造金型１０の軸形成部１３から突出するように被加工材１を設置する。押圧部材（図示せず）により押圧が開始されると、被加工材１の径方向外側の部分が底部１１の縁部分に流動することで、一端側に存在する高強度化させる部分Ｘ（径方向外側の部分）も下方に流動する。その結果、熱間鍛造工程の開始時において軸形成部１３から突出していた高強度化させる部分Ｘ（径方向外側の部分）が、熱間鍛造工程の終了時には、鍛造金型１０の軸形成部１３とフランジ形成部１４との境界に位置することとなる。つまり、熱間鍛造工程後の鍛造部品の軸部とフランジ部との境界は、高強度化させる部分Ｘにより形成することができる。

（熱間鍛造工程における詳細な熱間鍛造方法２）
熱間鍛造工程における熱間鍛造方法の別の態様（熱間鍛造方法２）を、図５を用いて詳細に説明する。
熱間鍛造方法２に使用する鍛造金型２０は、略円柱凹状を呈する軸形成部２５と、当該軸形成部２５の開口から径方向外側に延出するフランジ形成部２６とを備える。そして、軸形成部２５は、被加工材１の他端の端部を保持する底部２１と、当該底部２１から上方に延在する小径部２２と、当該小径部２２から上方に延在する大径部２３と、小径部２２と大径部２３との間に形成される段部２４と、から構成される。なお、小径部２２は、被加工材１の外径よりも小さな内径（詳細には、被加工材１の外径＞小径部２２の内径）の円柱凹状を呈する。そして、大径部２３は、小径部２２の内径よりも大きな内径（詳細には、小径部２２の内径＜大径部２３の内径）であるとともに、被加工材１の外径よりも大きな内径（詳細には、被加工材１の外径≦大径部２３の内径）の円柱孔状を呈する。
なお、熱間鍛造方法２に使用する被加工材１は、熱間鍛造方法１に使用する被加工材１と同じものである。
なお、図５には、各部材の寸法を記載しているが、当該寸法に限定されるものではない。

まず、熱間鍛造工程を開始するに際し、被加工材１の低強度化させる部分Ｙが存在する他端の端部を、鍛造金型２０の小径部２２と大径部との間に形成される段部２４に当接させる（図５）。なお、この状態において、被加工材１の一端側の大部分が軸形成部２５の開口から突出するように設置されており、被加工材１の高強度化させる部分Ｘは一端側に存在することから、当該部分は鍛造金型２０に当接しない。
これにより、熱間鍛造工程の開始時（被加工材１を鍛造金型２０に設置する時点）において、被加工材１の高強度化させる部分Ｘは鍛造金型２０に当接せず、当該部分の急速な冷却（１０００℃未満となってしまうような冷却）を回避することができる。

その後、被加工材１に対し、上方から下方に向けて押圧することにより熱間鍛造を行う。押圧することにより、被加工材１の他端側の部分が軸形成部２５の大径部２３から段部２４を介して小径部２２に流動し、被加工材１の一端側の部分が押圧部材（図示せず）とフランジ形成部２６とに挟まれることで、被加工材１を所望の形状となる。

なお、ここでは、鍛造金型２０の小径部２１の内径に対する被加工材１の外径の比（被加工材１の外径／小径部２２の内径）が１．２０以下となっている（図５参照）。このように構成することにより、被加工材１の他端側に存在する低強度化させる部分Ｙが軸形成部２５の小径部２１に適切に流動する（収まる）ことから、被加工材１の径方向外側の部分が、上方に流動（被加工材１に対して相対的に一端側に流動）してしまうことを回避することができる。その結果、被加工材１の他端側に存在する低強度化させる部分Ｙが上方に流動することによりフランジ部およびフランジ部と軸部との境界を形成するといった事態を回避することができるため、フランジ部および当該境界は高強度化させる部分Ｘで形成されることとなる。
一方、鍛造金型４０の小径部４２の内径に対する被加工材１の外径の比（被加工材１の外径／小径部４２の内径）が１．２０を超える場合（図７参照）は、熱間鍛造工程において下方に押圧されても、被加工材１の外径が小径部４２の内径と比較して大きすぎるため、被加工材１の径方向外側の部分が鍛造金型の小径部４２に流動せず（収まらず）、段部４４でつかえてしまい、上方に流動（被加工材１に対して相対的に一端側に流動）してしまうこととなる。その結果、被加工材１の他端側に存在する低強度化させる部分Ｙが、フランジ部と軸部との境界を形成することとなる。つまり、応力が集中するため強度を高めたい部分である当該境界を、被加工材１の低強度化させる部分Ｙで形成することになってしまう。

［冷却工程］
冷却工程は、熱間鍛造工程の後に行う工程であり、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、高強度化させる部分Ｘについて、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下となり、かつ、低強度化させる部分Ｙについて、１．０℃／ｓ以下となるように、被加工材を冷却する工程である。
なお、冷却工程は、図１の（ｃ−１）→（ｄ）で表わされる。

（高強度化させる部分の冷却速度）
高強度化させる部分Ｘについては、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下となるように冷却する。
これは、高強度化させる部分Ｘに対し０．５℃／ｓ未満の緩冷却を施すと、オーステナイト域で析出強化に寄与しない粗大なＶＣを析出させ、Ｖを消費してしまうことにより、析出強化量の低下を招き、高強度化させる部分Ｘの降伏強度の目標を達成することが不可能となるからである。また、高強度化させる部分Ｘに対し２．０℃／ｓを超える急冷却を施すと、Ｖの含有により特にパーライト変態が遅延されていることから、ベイナイトやマルテンサイトが形成されてしまうからである。

（低強度化させる部分の冷却速度）
低強度化させる部分Ｙについては、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、１．０℃／ｓ以下となるように冷却する。
これは、熱間鍛造工程においてオーステナイト中に転位が残存するように制御しているが、オーステナイト域で十分な量のVC析出を形成させるにはオーステナイト域での滞在時間を十分に取る必要があるので、冷却速度を低め（１．０℃／ｓ以下）に制御する必要があるからである。なお、生産性の低下を防止するため、０．０１℃／ｓ以上であることが好ましい。

（冷却工程の具体的な手順）
冷却方法については、特に限定されないが、所定の速度範囲内で冷却する必要があるため、単位時間あたりに同量の冷却材を吹き付ける方法が好ましい。また、冷却材については、冷却効果を有する圧縮ガス（空気、Ｎ_２ガス、アルゴンガス、ミスト等）が好ましい。
なお、本発明が規定する高強度化させる部分Ｘの平均冷却速度の範囲と、低強度化させる部分Ｙの平均冷却速度の範囲との重なる範囲（０．５℃／ｓ〜１．０℃／ｓ）となるように冷却する場合であれば、被加工材全体を同じ方法で冷却すればよい（図１の（ｃ−１））。

（冷却工程における熱履歴）
冷却工程の熱履歴は、図２の時間ｔ４以降に示すとおりである。
時間ｔ４以降の冷却速度については、本発明では平均値で規定しているが、図２に示しているように、略一定速度で冷却されることが好ましい。

（冷却工程における詳細な冷却方法）
冷却工程における冷却方法の一態様を、図８を用いて詳細に説明する。
当該冷却方法に使用する熱間鍛造工程後の被加工材１（鍛造部品）は、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状のものである。
なお、図８には、鍛造部品の寸法を記載しているが、当該寸法に限定されるものではない。

軸部とフランジ部との境界Ｚに対し、空気等の圧縮ガスを吹き付け、局所的に冷却（局所冷却）を行う（図８（ａ））。これにより、厚肉なため放熱し難いことにより冷却速度が小さくなってしまう当該境界Ｚの冷却速度を所定の冷却速度（０．５℃／ｓ以上）に制御することができる。ここで、局所冷却とは、対象箇所に対して直接、前記した冷却材を吹き付ける冷却方法である。
なお、軸部は高強度化させる部分ではないが、所定速度範囲（１．０℃／ｓ以下）であれば冷却速度を大きくしても高強度化してしまうことはないため、軸部とフランジ部との境界Ｚに対してだけではなく、さらに、軸部に対しても、空気等の圧縮ガスを吹き付け、局所的に冷却を行ってもよい。隣接する軸部が冷却されることにより、軸部とフランジ部との境界Ｚの冷却速度が適切に大きくならない場合であっても、当該境界Ｚの冷却速度を所定の冷却速度（０．５℃／ｓ以上）に制御することができる。

そして、フランジ部の外周縁部分Ｅに対し局所冷却は行わない。フランジ部は、通常、薄肉であることにより自然放熱で十分冷却可能であり、当該部分の冷却速度が大きくなりすぎるのを防止する（２．０℃／ｓ以下とする）ことができる。

なお、本発明に係る鍛造部品の製造方法は、加熱処理工程、熱間鍛造工程、冷却工程以外の工程、例えば、加熱処理工程の前に被加工材を所定形状に整える工程や、冷却工程の後に被加工材を放冷する工程等、を含む構成となっていてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。

次に、本発明に係る鍛造部品の製造方法について、本発明の効果を確認した実施例（供試材Ｎｏ．２、３）を、本発明の要件を満たさない比較例（供試材Ｎｏ．１、４〜１１）と対比して具体的に説明する。

［供試材の作製］
表１に示す化学成分組成からなる円柱状（φ４０ｍｍ×６０ｍｍ）を呈する鋼を、表２に示す加熱温度および加熱時間で均一に加熱した後、図１の（ｂ−１）に示すように、高強度化させる部分Ｘを断熱材で覆いつつ、低強度化させる部分Ｙを冷却材で冷却した。なお、一部の供試材については、図１の（ｂ−２）に示すように、供試材全体を均一に冷却した。
その後、供試材がφ２８．１ｍｍの円柱状を呈するように熱間押出（熱間鍛造）を行った。
熱間押出（熱間鍛造）後、供試材を２００℃まで冷却し、その後、放冷した。なお、冷却方法は、図１の（ｃ−１）に示すように、圧縮ガスを吹き付けることで冷却する方法、図１の（ｃ−２）に示すように、水を吹き付けることで冷却する方法、図１の（ｃ−３）に示すように、ガラスウールで構成された断熱材で覆うことで徐冷する方法、のいずれかであった。
各条件の詳細な設定温度、時間等は表２に示した。
なお、図１の（ｃ−１）、（ｃ−２）に示す方法は、特定部分を局所的に冷却しているのではなく、供試材全体に冷却材を吹き付け、全体を均一に冷却する方法である。

［測定方法］
円柱状（φ３ｍｍ×７ｍｍ）を呈する丸棒試験片を、供試材の高強度化させる部分Ｘと、低強度化させる部分Ｙからそれぞれ切り出し、当該丸棒試験片の降伏強度をＪＩＳ Ｚ２２４１に記載のオフセット法により測定した。
なお、丸棒試験片の長手方向が供試材の径方向となるように、供試材から丸棒試験片を切り出した。

相当歪量については、熱間鍛造工程後の低強度化させる部分Ｙの鍛造前の直径Ｄ０と鍛造後の直径Ｄを測定し、これらの値からε= ｌｎ（Ｄ０^２／Ｄ^２）により求めた。

［評価方法］
評価方法については、高強度化させる部分Ｘ（表２では、高強度部と記載）の降伏強度が９５０ＭＰａ以上であり、かつ、低強度化させる部分Ｙ（表２では、低強度部と記載）の降伏強度が８００ＭＰａ以下の場合を効果ありと評価し、それ以外の場合を効果なしと評価した。
なお、表２の均一加熱温度とは、図２のＴ１であり、表２の均一加熱時間とは図２のｔ１→ｔ２であり、表２の高強度部熱間鍛造温度とは、図２のＴ２であり、表２の低強度部熱間鍛造温度とは、図２のＴ３である。

（Ｖ含有量による評価）
表１に示すように、鋼種ＡのＶ含有量（０．１０質量％）は、本発明が規定するＶ含有量の下限値（０．２０質量％）よりも少なかった。よって、鋼種Ａからなる供試材Ｎｏ．１は、高強度化させる部分の降伏強度が、７００ＭＰａとなり、９５０ＭＰａを下回る結果となった。
また、表１に示すように、鋼種ＤのＶ含有量（１．００質量％）は、本発明が規定するＶ含有量の上限値（０．８０質量％）よりも多かった。よって、鋼種Ｄからなる供試材Ｎｏ．４は、高強度化させる部分の降伏強度が、８４１ＭＰａとなり、９５０ＭＰａを下回る結果となった。

（加熱処理工程による評価）
供試材Ｎｏ．５は、加熱処理工程において、均一加熱温度を１０５０℃とし、Ｔ_ＶＣ＋５０℃（１０６６℃）よりも低かった。よって、高強度化させる部分の降伏強度が、９２１ＭＰａとなり、９５０ＭＰａを下回る結果となった。

（熱間鍛造工程による評価）
供試材Ｎｏ．６は、熱間鍛造工程において、高強度化させる部分Ｘの熱間鍛造温度を９００℃とし、１０００℃よりも低かった。よって、高強度化させる部分Ｘの降伏強度が、７１５ＭＰａとなり、９５０ＭＰａを下回る結果となった。
供試材Ｎｏ．７は、熱間鍛造工程において、低強度化させる部分Ｙの熱間鍛造温度を１０５０℃とし、９５０℃よりも高かった。よって、低強度化させる部分Ｙの降伏強度が、８７４ＭＰａとなり、８００ＭＰａを上回る結果となった。
供試材Ｎｏ．８は、熱間鍛造工程において、低強度化させる部分Ｙの熱間鍛造温度を７５０℃とし、Ａ_Ｃ３点（８１５℃）よりも低かった。よって、低強度化させる部分Ｙの降伏強度が、８４１ＭＰａとなり、８００ＭＰａを上回る結果となった。
供試材Ｎｏ．９は、熱間鍛造工程において、低強度化させる部分Ｙの相当歪量を０．１とし、０．２よりも低かった。よって、低強度化させる部分Ｙの降伏強度が、８７８ＭＰａとなり、８００ＭＰａを上回る結果となった。

（冷却工程による評価）
供試材Ｎｏ．１０は、冷却工程において、高強度化させる部分Ｘの冷却速度を５．０℃／ｓとし、本発明が規定する冷却速度の上限値（２．０℃／ｓ）よりも速かった。加えて、低強度化させる部分Ｙの冷却速度を３．５℃／ｓとし、本発明が規定する冷却速度の上限値（１．０℃／ｓ）よりも速かった。よって、高強度化させる部分Ｘの降伏強度が、９１２ＭＰａとなり、９５０ＭＰａを下回り、低強度化させる部分Ｙの降伏強度が、８３３となり、８００ＭＰａを上回る結果となった。
供試材Ｎｏ．１１は、冷却工程において、高強度化させる部分Ｘの冷却速度を０．１℃／ｓとし、本発明が規定する冷却速度の下限値（０．５℃／ｓ）よりも遅かった。よって、高強度化させる部分Ｘの降伏強度が、８８１ＭＰａとなり、９５０ＭＰａを下回る結果となった。

以上の結果より、本発明に係る鍛造部品の製造方法によると、一つの部品内に、９５０ＭＰａ以上という十分な降伏強度が付与された部分（高強度化させる部分）と、８００ＭＰａ以下に降伏強度が抑えられた切削加工性が向上された部分（低強度化させる部分）とを非調質で形成させることができることがわかった。

次に、本発明に係る鍛造部品の製造方法について、熱間鍛造工程における熱間鍛造方法および冷却工程における冷却方法に基づき、適切な熱間鍛造方法・冷却方法を適用した実施例（供試材Ｎｏ．１２、１３）を、適切でない熱間鍛造方法・冷却方法を適用した比較例（供試材Ｎｏ．１４、１５、１６）と対比して具体的に説明する。

［供試材の作製］
供試材の作製について、実施例１と異なる部分のみ以下に説明する。
熱間鍛造工程における熱間鍛造方法については、次の４つの方法を用いた。
Ａ：図４に示す鍛造金型１０を用いて行う熱間鍛造方法であり、熱間鍛造開始時（図４（ａ））から熱間鍛造終了時（図４（ｂ））にわたり、一定の速度で、鍛造金型１０の底部１１を下方に移動させながら、熱間鍛造を行う方法である。
Ｂ：図５に示す鍛造金型２０を用いて行う熱間鍛造方法である。
Ｃ：図６に示す鍛造金型３０を用いて行う熱間鍛造方法である。
Ｄ：図７に示す鍛造金型４０を用いて行う熱間鍛造方法である。
なお、Ａ〜Ｄのいずれの方法においても、上方から押圧部材（図示せず）により、３０００ｋＮプレスで押圧することにより、熱間鍛造を行った。また、図４〜図７の数値の単位はｍｍである。

冷却工程における冷却方法（冷却条件）については、実施例１の方法の他に、次の３つの方法を用いた。
Ａ：図８（ａ）に示すように、軸部とフランジ部との境界Ｚに対し、ノズルから空気を吹き付け（合計流量２８０Ｌ／ｍｉｎ）、局所冷却を行う方法である。
Ｂ：図８（ａ）に示すように、軸部とフランジ部との境界Ｚに対し、ノズルから空気を吹き付けるとともに、軸部に対しても空気を吹き付け（合計流量２８０Ｌ／ｍｉｎ）、局所冷却を行う方法である。
なお、図８の数値の単位はｍｍである。

［測定方法］
試験片を、供試材の高強度化させる部分（フランジ部）と、供試材の高強度化させる部分（境界）と、低強度化させる部分からそれぞれ切り出し、当該試験片のビッカーズ硬さ（ＨＶ）をＪＩＳ Ｚ２２４４ に記載の方法により測定した。

相当歪量については、図４における熱間鍛造工程後の低強度化させる部分Ｙの鍛造後の直径Ｄと鍛造後に形成される凹部径ｄ（隅Ｒを除く平行部分の径）よりε= ｌｎ（Ｄ^２／（Ｄ^２-ｄ^２））により求めた。なお、ここで、鍛造前素材の直径Ｄ０が鍛造後の直径Ｄとほぼ同じになるようにしている。実施例においては、Ｄ０＝４０、凹部径ｄ＝２０．０ｍｍであり、相当歪量は約０．２８７となる。また、図５および比較例図７における低強度化させる部分Ｙの相当歪量については、鍛造前の直径Ｄ０と鍛造後の直径Ｄを測定し、これらの値からε= ｌｎ（Ｄ０^２／Ｄ^２）により求めた。

［評価方法］
評価方法については、高強度化させる部分のフランジ部（表３では、高強度部（フランジ部）と記載）のビッカーズ硬さ（ＨＶ）が４００以上であり、高強度化させる部分の境界部分（表３では、高強度部（境界）と記載）のビッカーズ硬さ（ＨＶ）が４００以上であり、かつ、低強度化させる部分（表３では、低強度部と記載）のビッカーズ硬さ（ＨＶ）が３００以下の場合を、適切な熱間鍛造方法・冷却方法であると評価し、それ以外の場合を適切な熱間鍛造方法・冷却方法ではないと評価した。
なお、表３の各用語は、前記した表２の各用語と同じ意味である。

（熱間鍛造工程の熱間鍛造方法による評価）
供試材Ｎｏ．１４は、熱間鍛造方法として前記Ｃの方法を用いており、熱間鍛造工程中に高強度化させる部分の境界部分Ｚが、鋳造金型３０に接触してしまっていた。その結果、熱間鍛造工程中における境界部分Ｚの温度が下がってしまい、当該部分のビッカーズ硬さ（ＨＶ）が４００未満となってしまった。
供試材Ｎｏ．１５は、熱間鍛造方法として前記Ｄの方法を用いており、熱間鍛造工程中に被加工材１の径方向外側の部分が鍛造金型の小径部４２に流動せず（収まらず）、段部４４でつかえてしまい、上方に流動（被加工材１に対して相対的に一端側に流動）してしまった。したがって、被加工材１の他端側に存在する低強度化させる部分が、境界部分を形成することとなった。その結果、当該部分のビッカーズ硬さ（ＨＶ）が４００未満となってしまった。
供試材Ｎｏ．１６は、低強度化させる部分の冷却速度が、本発明が規定する冷却速度の上限値（１．０℃／ｓ）よりも速かった。よって、当該部分のビッカーズ硬さ（ＨＶ）が３００ＭＰａを上回る結果となった。

以上の結果より、本発明に係る熱間鍛造方法・冷却方法によると、高強度化させる部分のビッカーズ硬さ（ＨＶ）を所定値以上とし、低強度化させる部分のビッカーズ硬さ（ＨＶ）を所定値以下に抑えることができることがわかった。

１ 被加工材
１０ 鍛造金型
１１ 底部
１３ 軸形成部
１４ フランジ形成部
２０ 鍛造金型
２１ 底部
２２ 小径部
２３ 大径部
２４ 段部
２５ 軸形成部
２６ フランジ形成部
Ｘ 高強度化させる部分
Ｙ 低強度化させる部分
Ｚ 境界（軸部とフランジ部との境界）

Claims (8)

1. Ｃ：０．２０〜０．８０質量％、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｖ：０．２０〜０．８０質量％、N：０．０１００質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用いて、
   前記鋼からなる被加工材を、下記式（１）で算出されるＴ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下となるように加熱する加熱処理工程と、
   前記加熱処理工程の後に、前記被加工材の高強度化させる部分について、１０００℃以上、前記加熱処理工程における加熱温度以下とし、かつ、前記被加工材の低強度化させる部分について、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下として、熱間鍛造を行い、当該熱間鍛造により当該低強度化させる部分の相当歪量を０．２以上とする熱間鍛造工程と、
   前記熱間鍛造工程の後に、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、前記高強度化させる部分について、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下となり、かつ、前記低強度化させる部分について、１．０℃／ｓ以下となるように、前記被加工材を冷却する冷却工程と、を含む、ことを特徴とするフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
   Ｔ_ＶＣ（℃）＝−９５００／（ｌｏｇ（［％Ｃ］・［％Ｖ］）−６．７２）−２７３・・・（１）
   （ただし、前記式（１）において、［％Ｃ］、［％Ｖ］は、前記Ｃ、前記Ｖの各含有量（質量％）とする。）
2. Ｃ：０．２０〜０．８０質量％、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．４０〜１．００質量％、Ｐ：０．０５０質量％以下、Ｓ：０．０５０質量％以下、Ｖ：０．２０〜０．８０質量％、Ｎ：０．０１００質量％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼を用いて、
   前記鋼からなる被加工材の全体を、下記式（１）で算出されるＴ_ＶＣ＋５０℃以上、１３５０℃以下となるように加熱する加熱処理工程と、
   前記加熱処理工程の後に、前記被加工材の高強度化させる部分を断熱材で覆うとともに、前記被加工材の低強度化させる部分に冷却材を吹き付け、前記高強度化させる部分について、１０００℃以上、前記加熱処理工程における加熱温度以下とし、かつ、前記被加工材の低強度化させる部分について、Ａ_Ｃ３点以上、９５０℃以下として、１段または２段以上の熱間鍛造を行い、当該熱間鍛造により当該低強度化させる部分の相当歪量を０．２以上とする熱間鍛造工程と、
   前記熱間鍛造工程の後に、８００℃から６００℃までの平均冷却速度が、前記高強度化させる部分について、０．５℃／ｓ以上、２．０℃／ｓ以下となり、かつ、前記低強度化させる部分について、１．０℃／ｓ以下となるように、前記被加工材を冷却する冷却工程と、を含む、ことを特徴とするフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
   Ｔ_ＶＣ（℃）＝−９５００／（ｌｏｇ（［％Ｃ］・［％Ｖ］）−６．７２）−２７３・・・（１）
   （ただし、前記式（１）において、［％Ｃ］、［％Ｖ］は、前記Ｃ、前記Ｖの各含有量（質量％）とする。）
3. 円柱状を呈するとともに、一端側に前記高強度化させる部分が存在し、当該高強度化させる部分よりも他端側に前記低強度化させる部分が存在する前記被加工材を、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状となるように鍛造するフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法であって、
   前記熱間鍛造工程において、前記被加工材の前記他端側の端部が、鍛造金型の略円柱凹状を呈する軸形成部の底部に当接するとともに、前記一端側に存在する前記高強度化させる部分が、前記軸形成部から突出するように前記被加工材を設置し、その後、前記底部の方向に前記被加工材を押圧することで、前記軸形成部と当該軸形成部の開口から径方向外側に延出するフランジ形成部とにより前記被加工材を前記形状に熱間鍛造することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
4. 前記熱間鍛造工程において、前記軸形成部の軸方向の長さが前記軸部の軸方向の長さよりも短くなるように設置されている前記軸方向に移動可能な前記底部を、前記軸形成部の軸方向の長さが前記軸部の軸方向の長さと同じになる位置まで移動させながら前記被加工材の熱間鍛造を行うことを特徴とする請求項３に記載のフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
5. 円柱状を呈するとともに、一端側に前記高強度化させる部分が存在し、当該高強度化させる部分よりも他端側に前記低強度化させる部分が存在する前記被加工材を、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状となるように鍛造するフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法であって、
   前記熱間鍛造工程において用いる鍛造金型は、略円柱凹状を呈する軸形成部を備えるとともに、前記軸形成部は、前記被加工材の外径よりも小さな内径の円柱凹状を呈する小径部と、当該小径部から開口側に設けられ当該小径部より大きな内径の円柱孔状を呈する大径部と、を有し、
   前記熱間鍛造工程において、前記被加工材の前記他端側の端部が、前記鍛造金型の前記小径部と前記大径部との間に形成される段部に当接するとともに、前記一端側に存在する前記高強度化させる部分が、前記軸形成部から突出するように前記被加工材を設置し、その後、前記小径部の方向に前記被加工材を押圧することで、前記軸形成部と当該軸形成部の開口から径方向外側に延出するフランジ形成部とにより前記被加工材を前記形状に熱間鍛造することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
6. 前記熱間鍛造工程において用いる鍛造金型の前記小径部の内径に対する前記被加工材の外径の比（前記被加工材の外径／前記小径部の内径）が１．２０以下となることを特徴とする請求項５に記載のフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
7. 前記冷却工程において、前記高強度化させる部分を局所冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。
8. 円柱状を呈するとともに、一端側に前記高強度化させる部分が存在し、当該高強度化させる部分よりも他端側に前記低強度化させる部分が存在する前記被加工材を、軸部と当該軸部よりも大径に形成されたフランジ部とから構成される形状となるように鍛造するフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法であって、
   前記冷却工程において、前記軸部と前記フランジ部との境界を局所冷却する、または、前記境界および前記軸部を局所冷却することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のフェライト−パーライト型非調質鍛造部品の製造方法。

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