JP5858996B2 - 非調質コネクティングロッド用棒鋼 - Google Patents
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Description
質量%で、
C:0.25〜0.35%、
Si:0.40〜0.70%、
Mn:0.68%以上0.90%以下、
P:0.040〜0.070%、
S:0.040〜0.130%、
Cr:0.10〜0.30%、
Cu:0.05〜0.40%、
Ni:0.05〜0.30%、
Mo:0.01〜0.15%、
V:0.12〜0.20%、
Ti:0.150%を超えて0.200%以下(ただし、0.15%以下は除く)、
Al:0.002〜0.100%および
N:0.0020%以下を含み、
残部はFeおよび不純物からなり、
下記<1>式で表わされるFn1が0.60〜0.80および下記<2>式で表わされるFn2が7以上を満たす化学組成であり、
組織の90%以上がフェライト・パーライト組織で、かつ該フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合が45%以上である、
ことを特徴とする非調質コネクティングロッド用棒鋼。
Fn1=C+(Si/10)+(Mn/5)+(5Cr/22)+1.65V−(5S/7)+(Cu/33)+(Ni/20)+(Mo/10)・・・<1>
Fn2=(Mn+Ti)/S・・・<2>
ここで、<1>式および<2>式中の元素記号は、その元素の鋼中含有量(質量%)を表す。
Pb:0.30%以下および
Te:0.30%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する、
ことを特徴とする上記(1)に記載の非調質コネクティングロッド用棒鋼。
以下の説明において、各元素の含有量の「%」表示は「質量%」を意味する。
Cは、鋼の強度を高める作用を有し、0.25%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0.35%を超えると、強度が高くなりすぎて被削性が低下する。したがって、Cの含有量を0.25〜0.35%とした。Cの含有量は0.30%以下とすることが好ましい。
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効果を有する。しかし、その含有量が0.40%未満では上記の効果に乏しい。一方、Siを0.70%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、鋼の熱間鍛造性が低下する。したがって、Siの含有量を0.40〜0.70%とした。Siの含有量は0.50%以上とすることが好ましい。
Mnは、鋼の脱酸作用を有するとともに、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、0.65%を超える量のMnを含有させる必要がある。しかし、Mnの含有量が0.90%を超えると、鋼の熱間鍛造性が低下する。さらに、焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織を生じ、クラッキング性および被削性の低下をきたす。したがって、Mnの含有量を0.65%を超えて0.90%以下とした。Mnの含有量は0.70%以上とすることが好ましく、また0.85%以下とすることが好ましい。Mnの含有量は、0.80%以下とすることがさらに好ましい。
Pは、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、コンロッドのクラッキングの際の破面を脆性破面とする作用を有する。この効果を得るには、Pの含有量を0.040%以上とする必要がある。しかし、その含有量が0.070%を超えると、鋼の熱間鍛造性が低下する。したがって、Pの含有量を0.040〜0.070%とした。
Sは、本発明にとって重要な元素の一つであり、Mnおよび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、鋼の熱間鍛造性が低下する。したがって、Sの含有量を0.040〜0.130%とした。優れた被削性を確保するためには、0.070%を超える量のSを含有させることが好ましい。
Crは、強度を高める作用を有する。この効果を十分に得るには、Crの含有量を0.10%以上とする必要がある。しかし、Crの含有量が0.30%を超えると、ベイナイト組織を生じ、クラッキング性および被削性の低下をきたす。したがって、Crの含有量を0.10〜0.30%とした。Crの含有量は0.20%以下とすることが好ましい。
Vは、本発明において重要な元素の一つである。すなわち、Vは、フェライト中に炭化物として析出して強度を向上させる作用を有する。この効果を得るには、Vの含有量を0.12%以上とする必要がある。しかし、Vを0.20%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0.12〜0.20%とした。Vの含有量は0.13%以上とすることが好ましく、また0.18%以下とすることが好ましい。
本発明は、Vに加えてTiを含有することを特徴としており、Tiは、本発明において重要な元素の一つである。すなわち、上記のVと同様に、Tiは、フェライト中に炭化物として析出して強度を高め、さらに、Vと複合して含有させ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によって、フェライト・パーライト組織における良好なクラッキング性を確保することができる。さらに、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、疲労強度を高めることもできる。また、Tiには硫化物を形成して被削性を改善するとともに熱間延性を高める作用もある。しかしながら、Tiは、Nと優先的に結合して窒化物(TiN)を形成するので、上記の各作用効果を得るには、窒化物を形成した後に、鋼中に多量のフリーTiが存在していることが必要不可欠となる。このため、Tiを0.150%を超えて含有させる必要がある。しかし、Tiの含有量が0.200%を超えると、却って熱間鍛造性の低下を招く。したがって、Tiの含有量を0.150%を超えて0.200%以下とした。
Alは、鋼の脱酸剤として有効な元素である。本発明の特徴の一つは、上述したようにTiとVを複合して含有させることである。しかしながら、上述のとおり、Tiは、Nと優先的に結合してTiNを形成する。さらに、Tiは、脱酸力が強いため酸化物を形成する。このため、炭化物を形成するTiの割合が相対的に減少して、Vとともにフェライトを強化するのに有効なTiの歩留りが低下して製造コストの上昇を招くことが懸念される。そこで、本発明においては、Alで鋼を脱酸して脱酸の安定化を図ると同時に、炭化物を形成してフェライトの強化に効くTiを確保するために、Alを含有させる。しかしながら、Alの含有量が0.002%未満では所望の効果が得られない。一方、0.100%を超える量のAlを含有させても上記の効果が飽和するのでコストが嵩む。したがって、Alの含有量を0.002〜0.100%とした。Alの含有量は0.050%以下とすることが好ましい。
上述したように、本発明の特徴の一つは、TiとVを複合して含有させ、炭化物の析出によってフェライトを大幅に強化することである。TiとVが複合含有された状態では、Nは、優先的にTiと窒化物を形成する。上記炭化物の析出によるフェライトの大幅強化のためには、窒化物を形成した後に、鋼中に多量のフリーTiが存在していることが必要不可欠となる。このため、Nの含有量に上限を設けて0.020%以下とした。Nの含有量は0.012%以下とすることが好ましく、少なければ少ないほどよい。
Ni:0.05〜0.30%
Mo:0.01〜0.15%
本発明においては、産業界からの一層のコスト低減という要望に応えるために、スクラップを原料として使用することを前提としている。スクラップには、不純物としてCu、NiおよびMoが含有される。不純物としてのCu、NiおよびMoの含有量が多い場合には、コンロッド形状に加工する際の熱間鍛造性が低下するとともにボルト穴加工などの際の被削性が低下する。このため、Cu、NiおよびMoの含有量に上限を設けて、それぞれの含有量を、0.40%以下、0.30%以下および0.15%以下とした。一方、Cu、NiおよびMoの各含有量の下限を厳しく管理することは、高価なスクラップを使う必要が生じ、却って製造コストの上昇を招く。したがって、Cu、NiおよびMoの含有量に下限を設けて、それぞれの含有量を、0.05%以上、0.05%以上および0.01%以上とした。
本発明の棒鋼は、個々の元素の含有量が前記の範囲にあって、しかも、下記の<1>式で表されるFn1が0.60〜0.80を満たす必要がある。
Fn1=C+(Si/10)+(Mn/5)+(5Cr/22)+1.65V−(5S/7)+(Cu/33)+(Ni/20)+(Mo/10)・・・<1>。
0.040〜0.130%のSを含有させて被削性を高める本発明において、Sの含有量が多くなるほど熱間延性が低下する。さらに、原料として用いるスクラップ中には、Cu、NiおよびMoが含まれ、これらの元素による熱間延性の低下が生じる。このため、個々の元素の含有量および上記のFn1が所定の範囲を満たすだけでは、Sの含有による熱間延性の低下と、Cu、NiおよびMoによる熱間延性の低下とが重畳して、良好な熱間鍛造性が確保できないことがある。したがって、本発明の棒鋼は、さらに下記の<2>式で表わされるFn2が7以上を満たす必要がある。この条件を満たすことで、Sによる被削性改善効果を確保したうえで良好な熱間鍛造性が得られるので、容易に所定のコンロッド形状に加工することができる。
Fn2=(Mn+Ti)/S・・・<2>。
Pbは、鋼の被削性を高める作用を有するので、この効果を得るためにPbを含有してもよい。しかしながら、Pbの含有量が0.30%を超えると、熱間鍛造性の低下を招く。したがって、Pbを含有させる場合には、その含有量を0.30%以下とした。
Teは、鋼の被削性を高める作用を有するので、この効果を得るためにTeを含有してもよい。しかしながら、Teの含有量が0.30%を超えると、熱間鍛造性の低下を招く。したがって、Teを含有させる場合には、その含有量を0.30%以下とした。Teの含有量は0.10%以下とすることが望ましい。
本発明の棒鋼においては、組織の90%以上がフェライト・パーライト組織で、かつ該フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合が40%以上でなければならない。これは、コンロッドを熱間鍛造する際の素材となる棒鋼の所定長さへの切断を行いやすくし、鋸刃、切断砥石またはシャーなどの切断工具の寿命を延長するためである。
ドリル:P20超硬の直径8mmのストレートシャンクドリル、
回転数:1200rpm、
送り:0.15mm/rev、
潤滑:水溶性潤滑剤。
2:ロッド、
3:キャップ、
4:ボルト、
5:大端部、
6:桿部
7:大端部の穴
8:小端部
9:ボルト穴
Claims (2)
- 熱間鍛造される非調質コネクティングロッド用棒鋼であって、
質量%で、
C:0.25〜0.35%、
Si:0.40〜0.70%、
Mn:0.68%以上0.90%以下、
P:0.040〜0.070%、
S:0.040〜0.130%、
Cr:0.10〜0.30%、
Cu:0.05〜0.40%、
Ni:0.05〜0.30%、
Mo:0.01〜0.15%、
V:0.12〜0.20%、
Ti:0.150%を超えて0.200%以下(ただし、0.15%以下は除く)、
Al:0.002〜0.100%および
N:0.0020%以下を含み、
残部はFeおよび不純物からなり、
下記<1>式で表わされるFn1が0.60〜0.80および下記<2>式で表わされるFn2が7以上を満たす化学組成であり、
組織の90%以上がフェライト・パーライト組織で、かつ該フェライト・パーライト組織におけるフェライトの割合が45%以上である、
ことを特徴とする非調質コネクティングロッド用棒鋼。
Fn1=C+(Si/10)+(Mn/5)+(5Cr/22)+1.65V−(5S/7)+(Cu/33)+(Ni/20)+(Mo/10)・・・<1>
Fn2=(Mn+Ti)/S・・・<2>
ここで、<1>式および<2>式中の元素記号は、その元素の鋼中含有量(質量%)を表す。 - 化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、
Pb:0.30%以下および
Te:0.30%以下
のうちから選ばれる1種以上を含有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の非調質コネクティングロッド用棒鋼。
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