JPH11199967A - 被削性に優れた高強度・低延性非調質鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた被削性と高い強度を有し、低延性で常温
分割加工が可能でその分割破面がフラットな脆性破面を
呈する鋼材を提供する。 【解決手段】重量％で、C：0.20〜0.70％、Si≦1.50
％、Mn：0.3〜2.0％、P≦0.15％、S：0.002〜0.2％、C
u：0〜0.2％、Ni：0〜0.5％、Cr：0.02〜2.0％、Mo：0
〜0.50％、V：0〜0.50％、Nb：0〜0.17％、Ti：0.20超
〜0.50％、B：0〜0.010％、Al：0〜0.10％、N≦0.008
％、Pb：0.01〜0.30％、Si＋2V−0.5≧0、Si＋2V＋5P−
0.8≧0の少なくとも一方を満たすとともにC＋（Si/10）
＋（Mn/5）＋（5Cr/22）＋1.65V−（5S/7）-0.8≧0をも
満たし、残部はFeと不純物の組成で、Ti炭硫化物の最大
直径が10μｍ以下、その量が清浄度で0.05％以上である
被削性に優れた高強度・低延性非調質鋼材。但し、式中
の元素記号はその元素の重量％での含有量を表す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被削性に優れた高
強度・低延性非調質鋼材に関し、より詳しくは、高い強
度が要求されるものの延性は必要とせず、むしろ常温で
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
被削性に優れた高強度・低延性非調質鋼材に関する。

【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が施され、次いで、切削加工による
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機械加工は施
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。したがって、切削加工による仕上げ整形
加工を行う必要がある。

【０００９】更に最近では、急発進の様な厳しい条件で
エンジンを稼働させた場合でも、コネクティングロッド
に座屈を生じることがないように、座屈強度に優れた非
調質鋼に対する要望も大きくなっている。

【００１０】こうした状況の下、本発明者らは、特開平
９−１７６７８５号公報、特開平９−１７６７８６号公
報及び特開平９−１７６７８７号公報で高強度・低延性
非調質鋼を提案した。しかし、上記の各公報で提案した
鋼はいずれも８００ＭＰａ以上の引張強度を有するもの
であるため、Ｐｂを添加した場合でも必ずしも充分な被
削性が得られず、ボルト穴の切削加工が困難なこともあ
った。更に、Ｔｅ、ＢｉやＣａなどの快削元素として知
られている元素を単独あるいは複合添加した場合にも充
分な被削性が得られず、ボルト穴の切削加工が困難なこ
とがあった。

【００１１】鉄と鋼（ｖｏｌ．５７（１９７１年）Ｓ４
８４）には、脱酸調整快削鋼にＴｉを添加すれば被削性
が高まる場合のあることが報告されている。しかし、Ｔ
ｉの多量の添加はＴｉＮが多量に生成することもあって
工具摩耗を増大させ、被削性の点からは好ましくないこ
とも述べられている。例えば、Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：
０．２９％、Ｍｎ：０．７８％、Ｐ：０．０１７％、
Ｓ：０．０４１％、Ａｌ：０．００６％、Ｎ：０．００
８７％、Ｔｉ：０．２２８％、Ｏ：０．００４％及びＣ
ａ：０．００１％を含有する鋼では却ってドリル寿命が
低下して被削性が劣っている。このように、鋼に単にＴ
ｉを添加するだけでは被削性は向上するものではない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、引張強度は
従来鋼と同等以上であって、且つ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被削性に優れた高強
度・低延性非調質鋼材を提供することを目的とする。本
発明にあっては前記の特性に加えて、更に、高い座屈強
度を有する非調質鋼材を提供することをも目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
被削性に優れた高強度・低延性非調質鋼材にある。

【００１４】すなわち、「重量％で、Ｃ：０．２０〜
０．７０％、Ｓｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：０．３〜
２．０％、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００２〜０．
２％、Ｃｕ：０．２％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃ
ｒ：０．０２〜２．０％、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：
０．５０％以下、Ｎｂ：０．１７％以下、Ｔｉ：０．２
０％を超えて０．５０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．００８％以下、Ｐｂ：
０．０１〜０．３０％、式中の元素記号をその元素の重
量％での含有量として下記の〜式で表されるｆｎ１
〜ｆｎ３に関して、ｆｎ１≧０及びｆｎ２≧０の少なく
とも一つを満たすとともにｆｎ３≧０をも満たし、残部
はＦｅ及び不可避不純物の化学組成で、鋼中のＴｉ炭硫
化物の最大直径が１０μｍ以下で、且つ、その量が清浄
度で０．０５％以上であることを特徴とする被削性に優
れた高強度・低延性非調質鋼材。ｆｎ１＝Ｓｉ＋２Ｖ−
０．５・・・・・、ｆｎ２＝Ｓｉ＋２Ｖ＋５Ｐ−０．
８・・・・・、ｆｎ３＝Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ
／５）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ−（５Ｓ／７）
−０．８・・・・・」である。

【００１５】なお、本発明でいう「Ｔｉ炭硫化物」には
単なるＴｉ硫化物をも含むものとする。又、「（Ｔｉの
炭硫化物の）最大直径」とは「個々のＴｉの炭硫化物に
おける最も長い径」のことを指す。Ｔｉ炭硫化物の清浄
度は、光学顕微鏡の倍率を４００倍として、JIS G 0555
に規定された「鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法」に
よって６０視野測定した値をいう。

【００１６】本発明者らは、鋼の強度、常温における破
壊形態及び被削性に関する課題を解決するため種々検討
を重ねた。その結果、下記（ａ）〜（ｈ）の強度、常温
における破壊形態に関する知見に加えて、（ｉ）の被削
性に関する知見を得た。

【００１７】（ａ）鋼の化学組成が特定の条件範囲にあ
る非調質鋼材の常温における破壊形態は、前記、式
で表されるｆｎ１、ｆｎ２と相関を有する。そして、
「ｆｎ１≧０」、「ｆｎ２≧０」の少なくとも一つを満
たす場合に脆性破壊が促進される。

【００１８】（ｂ）上記のｆｎ１≧０及びｆｎ２≧０の
少なくとも一つを満たし、且つ、常温引張試験した時の
鋼材の伸び値が１０％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。

【００１９】（ｃ）上記の（ｂ）（ｆｎ１≧０及びｆｎ
２≧０の少なくとも一つを満たし、且つ、常温引張試験
した時の鋼材の伸び値が１０％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。

【００２０】（ｄ）鋼の化学組成が特定の条件範囲にあ
る時、非調質鋼材の引張強度は前記式で表されるｆｎ
３で整理でき、この値が０以上の場合に８００ＭＰａ以
上の引張強度が得られる。

【００２１】（ｅ）鋼の化学組成を厳密に調整した上
で、上記（ｂ）のｆｎ１≧０及びｆｎ２≧０の少なくと
も一つと常温引張試験した時の鋼材の伸び値≦１０％、
並びに上記（ｄ）で述べたｆｎ３≧０の条件を満足でき
れば、常温での分割でフラットな脆性破面となり、且つ
高強度が得られる。したがって、前記した新しいプロセ
スによって所望強度である８００ＭＰａ以上の引張強度
を有するコネクティングロッド本体１及びコネクティン
グロッドキャプ２を製造することができる。この場合、
（ｃ）の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０．５ｍ
ｍＲ以下の切り欠きを設けておけば、上記のコネクティ
ングロッド本体１及びコネクティングロッドキャプ２を
一層容易、且つ、確実に製造することができる。

【００２２】（ｆ）座屈強度を高めるには、鋼材の降伏
強度を高めることが有効である。

【００２３】（ｇ）特定の化学組成を有する鋼が上記
（ａ）に記載したｆｎ２≧０を満たせば、鋼材の脆性破
壊が促進されるだけでなく降伏比（降伏強度／引張強
度）が高まり、非調質鋼材でも０．７以上の降伏比が得
られる。

【００２４】（ｈ）したがって、鋼の化学組成を厳密に
調整した上で、ｆｎ２≧０と常温引張試験した時の鋼材
の伸び値が１０％以下、並びにｆｎ３≧０の条件を満足
できれば、高い降伏比が得られると共に常温での分割で
フラットな脆性破面となり、且つ高強度が得られる。こ
の場合、引張強度が８００ＭＰａ以上であるため５６０
ＭＰａ以上の高い降伏強度が得られることとなって、前
記した新しいプロセスによって座屈強度にも優れたコネ
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
プ２を製造することができる。

【００２５】（ｉ）鋼に適正量のＴｉを添加し、鋼中の
介在物制御として硫化物をＴｉ炭硫化物に変え、Ｔｉ炭
硫化物を鋼材に微細に分散させれば、鋼材の被削性が飛
躍的に向上する。そこで、更に研究を続けた結果、下記
の事項を見いだした。

【００２６】（ｊ）Ｓとのバランスを考慮して鋼にＴｉ
を積極的に添加して行くと、鋼中にＴｉ炭硫化物が形成
される。

【００２７】（ｋ）鋼中に上記のＴｉ炭硫化物が生成す
ると、ＭｎＳの生成量が減少する。

【００２８】（ｌ）鋼中のＳ含有量が同じ場合には、Ｔ
ｉ炭硫化物はＭｎＳよりも大きな被削性改善効果を有す
る。これは、Ｔｉ炭硫化物の融点がＭｎＳのそれよりも
低いため、切削加工時に工具のすくい面での潤滑作用が
大きくなることに基づく。

【００２９】（ｍ）Ｔｉ炭硫化物の効果を充分発揮させ
るためには、Ｎ含有量を低く制限することが重要であ
る。これは、Ｎ含有量が多いとＴｉＮとしてＴｉが固定
されてしまい、Ｔｉ炭硫化物の生成が抑制されてしまう
ためである。

【００３０】（ｎ）製鋼時に生成したＴｉ炭硫化物は、
通常の熱間加工のための加熱温度及び調質処理や表面硬
化処理における通常の加熱温度では基地に固溶しない。
したがって、オーステナイト領域において所謂「ピン止
め作用」が発揮されるので、オーステナイト粒の粗大化
防止がなされて均質な組織が得られる。

【００３１】（ｏ）Ｔｉ炭硫化物によって被削性を高め
るためには、Ｔｉ炭硫化物のサイズと、その清浄度で表
される量（以下、単に「清浄度」という）を適正化して
おくことが重要である。

【００３２】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各要件について詳
しく説明する。なお、化学成分の含有量の「％」は「重
量％」を意味する。

【００３４】（Ａ）素材鋼の化学組成 Ｃ：Ｃは、ＳとともにＴｉと結合してＴｉ炭硫化物を形
成し、被削性を高める作用を有する。更に、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。最低限の静的強度
（引張強度で８００ＭＰａ以上）とＴｉ炭硫化物形成に
よる被削性向上効果を得るには、Ｃの含有量は０．２０
％以上が必要である。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、より安定した強度（引張強度や座屈強度）を確保す
るために、Ｃの含有量は０．２５％以上とすることが好
ましい。Ｃ含有量が０．３０％以上であれば一層好まし
い。

【００３５】Ｓｉ：Ｓｉは添加しなくても良い。添加す
れば鋼の脱酸を促進するとともに、焼入れ性を向上させ
る作用も有する。これらの効果を確実に得るには、Ｓｉ
は０．０５％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１．５０％を超えると熱間加工性が極
めて低下し、熱間での加工時に割れが生じ易くなる。し
たがって、Ｓｉの含有量を１．５０％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、Ｓｉ
含有量の上限は１．００％とすることが望ましい。

【００３６】Ｍｎ：Ｍｎは脱酸に必要であるとともに、
鋼の焼入れ性を高めて静的強度を向上させる作用があ
る。しかし、その含有量が０．３％未満では所望の効果
が得られず、２．０％を超えると熱間加工性が劣化する
ようになる。したがって、Ｍｎの含有量を０．３〜２．
０％とした。

【００３７】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。

【００３８】Ｓ：ＳはＣとともにＴｉと結合してＴｉの
炭硫化物を形成し、被削性を高める作用を有する。しか
し、その含有量が０．００２％未満では所望の効果が得
られない。

【００３９】従来、快削鋼にＳを添加する目的は、Ｍｎ
Ｓを形成させて被削性を改善させることにあった。しか
し、本発明者らの検討によると、上記のＭｎＳの被削性
向上作用は、切削時の切り屑と工具表面との潤滑性を高
める機能に基づくことが判明した。しかもＭｎＳは巨大
化し、鋼材本体の地疵を大きくし、欠陥となる場合があ
る。本発明におけるＳの被削性改善作用は、適正量のＣ
とＴｉとの複合添加によってＴｉの炭硫化物を形成させ
ることで初めて得られる。このためには、上記したよう
に０．００２％以上のＳの含有量が必要である。一方、
Ｓを０．２％を超えて含有させても被削性に与える効果
に変化はないが、鋼中に粗大なＭｎＳが再び生じるよう
になり、地疵等の問題が生じる。更に、熱間での加工性
が著しく劣化し熱間加工が困難になる。したがって、Ｓ
の含有量を０．００２〜０．２％とした。なお、Ｓの好
ましい含有量は０．０２〜０．１％である。

【００４０】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
０．２％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０．２％以下とした。

【００４１】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、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
０．５％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０．５％以下とした。

【００４２】Ｃｒ：Ｃｒは焼入れ性を向上させて静的強
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、２．０％を超えて含
有させ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．
０％とした。なお、Ｃｒ含有量は０．１％以上とするこ
とが好ましい。

【００４３】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、Ｍｏを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を添
加する場合、その含有量は０．０５％以上とすることが
一層好ましい。

【００４４】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、０．５０％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。

【００４５】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０．００３％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、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。

【００４６】Ｔｉ：Ｔｉは、本発明において介在物を制
御するための重要な合金元素である。その含有量が０．
２０％を超えると前記の作用が充分に発揮されて被削性
が大きく高まるとともに、熱間鍛造した一体成形材の常
温分割面を容易にフラットな脆性破面とすることができ
る。一方、０．５０％を超えて含有させても、被削性改
善効果は高まるものの、常温での破壊特性に変化が見ら
れずコストが嵩む。したがって、Ｔｉ含有量を０．２０
％を超えて０．５０％以下とした。

【００４７】Ｂ：Ｂは添加しなくても良い。添加すれば
鋼の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。

【００４８】Ａｌ：Ａｌは添加しなくても良い。添加す
れば鋼の脱酸の安定化及び均質化を図るとともに、窒化
物を生成して結晶粒を微細化し、強度を高める作用を有
する。この効果を確実に得るには、Ａｌは０．００５％
以上の含有量とすることが望ましい。しかし、０．１０
％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、Ａｌの含有量を０．１０％以下と
した。なお、Ｔｉ炭硫化物のサイズと清浄度を所定の値
とするためにはＴｉの酸化物が過剰に生成することを防
ぐことが重要であるので、Ｓｉを添加しない場合には、
少なくとも０．００５％のＡｌを含有させることとする
のが良い。

【００４９】Ｎ：本発明においてはＮの含有量を低く制
御することが極めて重要である。すなわち、ＮはＴｉと
の親和力が大きいために容易にＴｉと結合してＴｉＮを
形成し、Ｔｉを固定してしまうので、Ｎを多量に含有す
る場合には前記したＴｉの炭硫化物の被削性向上効果が
充分に発揮できないこととなる。更に、粗大なＴｉＮは
靭性及び被削性を低下させてしまう。したがって、Ｎ含
有量を０．００８％以下とした。

【００５０】Ｐｂ：Ｐｂは、ボルト穴加工時の被削性を
高める効果を有する。しかし、その含有量が０．０１％
未満では充分な効果が得られない場合がある。一方、Ｐ
ｂ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０．０１〜０．３０％とした。

【００５１】ｆｎ１、ｆｎ２：０．２０％以上のＣ、
０．３０％以上のＭｎ及び０．０２％以上のＣｒを含有
する非調質鋼材の常温における破壊形態は前記、式
で表されるｆｎ１、ｆｎ２で整理でき、ｆｎ１≧０及び
ｆｎ２≧０の少なくとも一つを満たす場合に脆性破壊が
促進される。そしてｆｎ１≧０及びｆｎ２≧０の少なく
とも一つを満たし、且つ常温引張試験した時の鋼材の伸
び値が１０％以下の場合に、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、所望強度である８００
ＭＰａ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プを製造することがで
きる。したがって、ｆｎ１≧０及びｆｎ２≧０の少なく
とも一つを満たすように規定する。

【００５２】なお、ｆｎ２≧０の場合には脆性破壊が促
進されるだけでなく０．７以上の降伏比が安定して得ら
れる。したがって、ｆｎ２≧０、且つ常温引張試験した
時の鋼材の伸び値が１０％以下の場合には、降伏強度も
高い、換言すれば座屈強度にも優れた、８００ＭＰａ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プを製造することができる。

【００５３】ｆｎ１の値の上限は特に制限されるもので
はなく、前記式で表されるｆｎ１から求められる上限
値の２．０であっても良い。

【００５４】ｆｎ２の値の上限も特に制限されるもので
はなく、前記式で表されるｆｎ２から求められる上限
値の２．４５であっても良い。

【００５５】ｆｎ３：鋼の化学組成を厳密に調整し、且
つ、前記ｆｎ３の値を０以上とした場合に始めて、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プ
として必要な８００ＭＰａ以上の引張強度を非調質鋼材
に付与できる。したがって、ｆｎ３≧０とする。この値
の上限には特に制限はなく、ｆｎ３から求められる最大
値（１．７３に近い値）であっても良い。

【００５６】（Ｂ）Ｔｉ炭硫化物のサイズと清浄度 上記の化学組成を有する鋼材の被削性をＴｉ炭硫化物に
よって高めるとともに、熱間鍛造した一体成形材の常温
分割面を容易にフラットな脆性破面とするためには、Ｔ
ｉ炭硫化物のサイズと清浄度を適正化しておくことが重
要である。

【００５７】Ｔｉ炭硫化物の最大粒径が１０μｍを超え
ると熱間鍛造した一体成形材の常温分割面がフラットな
脆性破面とならない場合がある。なお、Ｔｉ炭硫化物の
最大直径は７μｍ以下とすることが好ましい。このＴｉ
炭硫化物の最大直径が小さすぎると被削性向上効果が小
さくなってしまうので、Ｔｉ炭硫化物の最大直径の下限
値は０．５μｍ程度とすることが好ましい。

【００５８】最大直径が１０μｍ以下のＴｉ炭硫化物の
量が清浄度で０．０５％未満の場合には、Ｔｉ炭硫化物
による被削性向上効果が発揮できない。前記の清浄度は
０．０８％以上とすることが好ましい。上記のＴｉ炭硫
化物の清浄度の値が大きすぎると熱間加工性が低下する
場合があるので、上記のＴｉ炭硫化物の清浄度の上限値
は２．０％程度とすることが好ましい。

【００５９】Ｔｉ炭硫化物のサイズと清浄度を前記の値
とするためには、Ｔｉの酸化物が過剰に生成することを
防ぐことが重要である。このための製鋼法としては、例
えば、Ｓｉ及びＡｌで充分脱酸し、最後にＴｉを添加す
る方法がある。

【００６０】なお、Ｔｉ炭硫化物は、鋼材から採取した
試験片を鏡面研磨し、その研磨面を被検面として倍率４
００倍以上で光学顕微鏡観察すれば、色と形状から容易
に他の介在物と識別できる。すなわち、前記の条件で光
学顕微鏡観察すれば、Ｔｉ炭硫化物の「色」は極めて薄
い灰色で、「形状」はＪＩＳのＢ系介在物に相当する粒
状（球状）として認められる。Ｔｉ炭硫化物の詳細判定
は前記の被検面をＥＤＸ（エネルギ−分散型Ｘ線分析装
置）などの分析機能を備えた電子顕微鏡で観察すること
によって行うこともできる。

【００６１】前記のＴｉ炭硫化物の清浄度は、既に述べ
たように、光学顕微鏡の倍率を４００倍として、JIS G
0555に規定された「鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方
法」によって６０視野測定した値をいう。

【００６２】（Ａ）に記載の化学組成を有する鋼は、例
えば、上記したような方法で溶製された後、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プ２がつなが
った一体物に成形された後、切削加工によるボルト穴の
加工が施される。その後、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。

【００６３】

【実施例】表１、表２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。なお、Ｔｉ
酸化物の生成を防ぐために、Ｓｉ及びＡｌで充分脱酸し
種々の元素を添加した最後にＴｉを添加して、Ｔｉ炭硫
化物のサイズと清浄度を調整するようにした。

【００６４】表１における鋼１〜１１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２に
おける鋼１２〜２４はその化学組成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。

【００６５】

【表１】

【００６６】

【表２】

【００６７】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１２００〜９５０℃の温度で直径３０ｍｍ
の丸棒及び厚さ１２ｍｍで幅が６０ｍｍの鋼板に熱間鍛
造し、その後常温まで空冷した。

【００６８】こうして得られた熱間鍛造ままの丸棒から
ＪＩＳ４号試験片を切り出し、常温で引張試験を行っ
た。更に、常温引張試験後の破面の状態を走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭ）で観察した。

【００６９】上記の熱間鍛造ままの丸棒からは、JIS G
0555の図１に則って試験片を採取し、鏡面研磨した幅が
１５ｍｍで高さが２０ｍｍの被検面を、倍率が４００倍
の光学顕微鏡で６０視野観察して、Ｔｉ炭硫化物を他の
介在物と区分しながらその清浄度も測定した。Ｔｉ炭硫
化物の最大直径も、倍率が４００倍の光学顕微鏡で６０
視野観察して調査した。

【００７０】被削性評価のためのドリル穿孔試験も実施
した。すなわち、前記した熱間鍛造した厚さ１２ｍｍで
幅が６０ｍｍの鋼板を用いて、その厚さ方向に貫通孔を
開け、刃先摩損により穿孔不能となったときの貫通孔の
個数を数え、被削性の評価を行った。貫通孔の個数が１
０００個に達したものはその時点で穿孔試験を中止し
た。穿孔条件は、ＪＩＳ高速度工具鋼ＳＫＨ５１のφ８
ｍｍストレ−トシャンクドリルを使用し、水溶性の潤滑
剤を用いて、穴の中心間隔１０ｍｍ、送り０．１５ｍｍ
／ｒｅｖ、回転数７４５ｒｐｍの条件で行った。

【００７１】なお、熱間鍛造した直径３０ｍｍの丸棒及
び厚さ１２ｍｍで幅が６０ｍｍの鋼板の表面は目視で観
察して鍛造割れの有無を確認した。

【００７２】表３に各種試験の結果を示す。

【００７３】

【表３】

【００７４】表３から、化学組成及び最大直径が１０μ
ｍ以下のＴｉ炭硫化物の清浄度が本発明で規定する範囲
内にある本発明例の鋼１〜１１を素材とするものにあっ
ては、いずれも鍛造割れを生ずることもなく、良好な被
削性とともに、所望の８００ＭＰａ以上の引張強度と１
０％以下の伸びとが得られており、常温引張試験後の破
面はすべてフラットな脆性破面であった。本発明例の鋼
のうちでもｆｎ２≧０を満たすものは０．７以上の降伏
比を有し、降伏強度が高いことがわかる。

【００７５】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鋼のうち、Ｃ量と
ｆｎ３がそれぞれ規定値から低目に外れた鋼１２及び鋼
２４では引張強度が８００ＭＰａに達していない。

【００７６】又、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｐ量、Ｓ量、Ｖ量、
Ｎｂ量、Ｂ量、Ａｌ量及びＰｂ量がそれぞれ規定値に対
して高目に外れた鋼１３〜１６、鋼１８〜２２には熱間
での鍛造割れが認められた。

【００７７】Ｎｉ量が本発明の規定値に対して高めに外
れた鋼１７では常温伸びが１０％を超え、常温引張試験
後の破面は延性破面であった。

【００７８】鋼２３においてはｆｎ１及びｆｎ２の値が
いずれも本発明で規定した条件から外れ、且つ、常温伸
びが１０％を超えるため、常温引張試験後の破面は延性
破面であった。

【００７９】Ｔｉを添加していない鋼１３、鋼１５、鋼
２３、及び、Ｎの含有量が本発明で規定する量を上回る
鋼１４、鋼１８の被削性は劣るものであった。更に、Ｔ
ｉの含有量が本発明で規定する量を下回るとともにＮの
含有量が本発明で規定する量を上回る鋼２０の被削性も
劣るものであった。

【００８０】次いで、前記の表１に記載した本発明鋼で
ある鋼３及び鋼１１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プ２への分割テ
ストを行った。この結果、両方の鋼とも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、両方の鋼と
も切り欠きを付けた各５体の分割は特に容易であった。

【００８１】

【発明の効果】本発明による被削性に優れた高強度・低
延性非調質鋼材を用いれば、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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２０〜０．７０％、Ｓ
   ｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：０．３〜２．０％、Ｐ：
   ０．１５％以下、Ｓ：０．００２〜０．２％、Ｃｕ：
   ０．２％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：０．０２〜
   ２．０％、Ｍｏ：０．５０％以下、Ｖ：０．５０％以
   下、Ｎｂ：０．１７％以下、Ｔｉ：０．２０％を超えて
   ０．５０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１
   ０％以下、Ｎ：０．００８％以下、Ｐｂ：０．０１〜
   ０．３０％、下記の〜式で表されるｆｎ１〜ｆｎ３
   に関して、ｆｎ１≧０及びｆｎ２≧０の少なくとも一つ
   を満たすとともにｆｎ３≧０をも満たし、残部はＦｅ及
   び不可避不純物の化学組成で、鋼中のＴｉ炭硫化物の最
   大直径が１０μｍ以下で、且つ、その量が清浄度で０．
   ０５％以上であることを特徴とする被削性に優れた高強
   度・低延性非調質鋼材。 ｆｎ１＝Ｓｉ＋２Ｖ−０．５・・・・・ ｆｎ２＝Ｓｉ＋２Ｖ＋５Ｐ−０．８・・・・・ ｆｎ３＝Ｃ＋（Ｓｉ／１０）＋（Ｍｎ／５）＋（５Ｃｒ／２２）＋１．６５Ｖ −（５Ｓ／７）−０．８・・・・・ なお、上記式中の元素記号はその元素の重量％での含有
   量を表す。