JPH11229082A

JPH11229082A - 被削性に優れたフェライト・パーライト型非調質鋼材

Info

Publication number: JPH11229082A
Application number: JP3740798A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Uno; 光男宇野; Yoshihiko Kamata; 芳彦鎌田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-24
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JP3890724B2

Abstract

(57)【要約】【課題】疲労強度が360MPa以上、降伏強度が480MPa以
上、引張強度が800MPa以上、降伏比が0.6以上、2mmUノ
ッチシャルピー衝撃値が10J／cm² 以上のフェライト・
パーライト型で Vを含有しない被削性に優れた非調質鋼
材を提供する。【解決手段】重量％で、C ：0.3〜0.6％、Si：0.5〜2.0
％、Mn：1.0〜2.0％、P≦0.05％、S：0.002〜0.2％、C
u： 0.01〜0.5％、Ni：0〜0.2％、Cr：0〜0.5％、Mo：0
〜0.2％、W：0〜0.35％、Ti≦1.0％、Zr≦1.0％で、Ti
＋Zr：0.04〜1.0％、Nb：0〜0.03％、Al：0.01〜0.10
％、N≦0.008％、Pb：0〜0.30％、C＋0.1Si＋0.2Mn＋0.
5Cu＋ 0.2Cr−0.7S：0.75〜1.0％、Ti＋Zr−1.2S ＞0
％、残部はFeと不純物の化学組成で、Ti炭硫化物とZr炭
硫化物の最大直径が10μｍ以下、その量の和が清浄度で
0.05％以上である被削性に優れたフェライト・パーライ
ト型非調質鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間での加工後に
焼入れ焼戻しの所謂「調質処理」を施さなくとも、機械
構造部材の素材として好適な被削性に優れたフェライト
・パーライト型非調質鋼材に関する。より詳しくは、自
動車、産業機械、土木建設機械などのエンジン部品や足
廻り部品の素材、なかでもコンロッドやクランクシャフ
トなどの素材として好適な、例えば降伏強度（０．２％
耐力）が４８０ＭＰａ以上、引張強度が８００ＭＰａ以
上、降伏比（降伏強度／引張強度）が０．６以上、疲労
強度が３６０ＭＰａ以上で、且つ２ｍｍＵノッチシャル
ピー衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ²以上であるフェライト・パ
ーライト型のＶを含有しない被削性に優れた非調質鋼材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械構造部品、なかでも自動車、産業機
械、土木建設機械などのエンジン部品としてのクランク
シャフトやコンロッドなどは、従来、機械構造用の炭素
鋼（Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃなど）や合金鋼（ＳＣＭ４４０
など）を用いて、熱間加工で所定の形状に粗加工し、次
いで、切削加工によって所望の形状に仕上げた後、焼入
れ焼戻しの調質処理を施して所望の形状と性能を確保し
ていた。

【０００３】しかし、前記の調質処理を行うには多大の
熱エネルギーを要するので製造コストが嵩む。そのた
め、省エネルギー及びコスト低減の観点から熱間加工の
ままで調質鋼と同等程度の特性を持つ非調質鋼の開発が
行われてきた。

【０００４】非調質鋼としては、ベイナイト型、マルテ
ンサイト型及びフェライト・パーライト型の非調質鋼が
知られている。このうち、ベイナイト型とマルテンサイ
ト型の非調質鋼では高い強度が得られるものの被削性が
低い。このため切削加工による仕上げ成形に難があり、
加えて大きな変態歪が生ずるため「曲がり」が大きくな
るという問題があって、曲がり取りの矯正工程が必要な
ためにコストアップにつながる。例えば、特開平４−１
７６８４２号公報で提案されているベイナイト型の「熱
間鍛造用非調質鋼」においてもなお上記の被削性や曲が
り発生の面で問題が残るものであった。

【０００５】特開平４−２１０４４９号公報には、その
組織が主としてフェライト及びベイナイトで一部パーラ
イトが混在した「高靭性熱間鍛造用非調質鋼」が提案さ
れている。この公報で提案された技術は、組織にフェラ
イトとパーライトを含むため、ベイナイト単相の場合に
比べて変態歪による「曲がり」は幾分解消されるもので
ある。しかし、組織中にベイナイトが占める割合が高い
場合には変態歪の発生による「曲がり」を矯正する工程
が必要でコストアップが避けられないものであった。

【０００６】更に、上記の特開平４−１７６８４２号公
報及び特開平４−２１０４４９号公報に記載の鋼は、高
価な元素であるＶを必須成分として添加したものである
ため、鋼の組成の面からのコストアップも避けられない
ものであった。

【０００７】一方、従来のフェライト・パーライト型の
非調質鋼は、例えば特開昭６２−１６７８５５号公報に
開示されている様に、中炭素鋼にＶを添加した化学組成
を有し、Ｖの炭窒化物を析出させてフェライト基地を強
化し、これによって高強度化及び高疲労強度化を達成し
ようとするものである。しかし、既に述べたようにＶは
高強度化には有効であっても高価な元素であるためコス
トの増加が避けられないという問題を含んでいた。

【０００８】又、近年、機械構造部品の高強度化に伴っ
て、熱間鍛造後に所望の形状に成形するための切削加工
のコストが嵩むという問題が生じている。このため、切
削加工を容易にし、低コスト化を図るために被削性に優
れた非調質鋼に対する要求がますます大きくなってい
る。

【０００９】従来、被削性を高めるために、鋼にＰｂ、
Ｔｅ、Ｂｉ、Ｃａ及びＳなどの快削元素を単独あるいは
複合添加することが行われてきた。しかし、ＪＩＳ規格
鋼である機械構造用鋼や、前記した特開平４−１７６８
４２号公報、特開平４−２１０４４９号公報や特開昭６
２−１６７８５５号公報に記載されているような鋼に、
単に上記の快削元素を添加しただけの場合には、所望の
機械的性質、なかでも耐疲労特性を確保できないことが
多い。

【００１０】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。

【００１１】又、硫黄快削鋼の硫化物形態制御の目的で
Ｚｒが添加されることがあるが、例えば、鉄と鋼（ｖｏ
ｌ．６２（１９７６年）ｐ．８８５）に記されているよ
うに、Ｚｒは被削性に対してはほとんど影響を及ぼさな
い。つまり、鋼に単にＺｒ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】前記したクランクシャ
フトやコンロッドなどには、充分な耐疲労特性が要求さ
れる。しかし、靭性に関してはそれほど高い性能が要求
されない場合もある。つまり、クランクシャフトやコン
ロッドなどの素材として、耐疲労特性はＶを添加した非
調質鋼材と同等であるが、靭性としては、例えば、２ｍ
ｍＵノッチシャルピー衝撃値で１０Ｊ／ｃｍ² もあれば
充分とされる場合もある。

【００１３】本発明の目的は、自動車、産業機械、土木
建設機械などのエンジン部品や足廻り部品の素材、なか
でもコンロッドやクランクシャフトなどの素材として好
適な、Ｖを添加した非調質鋼材と同等の例えば３６０Ｍ
Ｐａ以上の疲労強度を有するとともに、降伏強度（０．
２％耐力）が４８０ＭＰａ以上、引張強度が８００ＭＰ
ａ以上、降伏比（降伏強度／引張強度）が０．６以上、
且つ２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値が１０Ｊ／ｃｍ²
以上であるフェライト・パーライト型のＶを含有しない
低コストで、しかも被削性に優れた非調質鋼材を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記に
示すフェライト・パーライト型非調質鋼材にある。

【００１５】すなわち、「重量％で、Ｃ：０．３〜０．
６％、Ｓｉ：０．５〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜２．０
％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００２〜０．２％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５％、Ｎｉ：０〜０．２％、Ｃ
ｒ：０〜０．５％、Ｍｏ：０〜０．２％、Ｗ：０〜０．
３５％、Ｔｉ：１．０％以下、Ｚｒ：１．０％以下で、
且つ、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）：０．０４〜１．０％、
Ｎｂ：０〜０．０３％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、
Ｎ：０．００８％以下、Ｐｂ：０〜０．３０％、下記
式で表されるｆｎ１の値が０．７５〜１．０％、下記
式で表されるｆｎ２が０％を超え、残部はＦｅ及び不可
避不純物の化学組成で、鋼中のＴｉ炭硫化物及びＺｒ炭
硫化物の最大直径が１０μｍ以下で、且つ、その量の和
が清浄度で０．０５％以上である被削性に優れたフェラ
イト・パーライト型非調質鋼材。

【００１６】ｆｎ１＝Ｃ（％）＋０．１Ｓｉ（％）＋
０．２Ｍｎ（％）＋０．５Ｃｕ（％）＋０．２Ｃｒ
（％）−０．７Ｓ（％）・・・・・、ｆｎ２＝Ｔｉ
（％）＋Ｚｒ（％）−１．２Ｓ（％）・・・・・」で
ある。

【００１７】なお、本発明でいう「Ｔｉ炭硫化物」には
単なるＴｉ硫化物を、又、「Ｚｒ炭硫化物」には単なる
Ｚｒ硫化物をそれぞれ含むものとする。又、「（Ｔｉ及
びＺｒの炭硫化物の）最大直径」とは「個々のＴｉ及び
Ｚｒの炭硫化物における最も長い径」のことを指す。Ｔ
ｉ炭硫化物の清浄度やＺｒ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。

【００１８】本発明者らは、Ｖを添加しないフェライト
・パーライト型の非調質鋼材の化学組成と組織に関して
種々検討を重ねた結果、下記の知見を得た。

【００１９】（ａ）鋼にＣｕを１重量％程度含有させれ
ば、Ｃｕが微細析出して析出強化するが、Ｃｕの含有量
が１重量％未満では殆どその効果は認められない。しか
し、鋼にＣｕとともに含有量で０．５重量％以上のＳｉ
を複合添加した場合には、Ｃｕの含有量が１重量％未満
であっても、Ｃｕの析出強化の効果が発揮され、しかも
降伏比と衝撃値が著しく向上する。

【００２０】（ｂ）重量％で、０．３％以上のＣ、０．
５％以上のＳｉ、１．０％以上のＭｎ及び０．０１％以
上のＣｕを含有する鋼の組織がフェライト・パーライト
組織である時、鋼の引張強度は前記式で表されるｆｎ
１で整理できる。そして、ｆｎ１の値が０．７５％以上
であれば、８００ＭＰａ以上の引張強度が得られて３６
０ＭＰａ以上の疲労強度が安定して確保できるととも
に、４８０ＭＰａ以上の降伏強度、０．６以上の降伏比
が得られる。但し、ｆｎ１の値が１．０％を超えると靭
性が大きく低下するため、２ｍｍＵノッチシャルピー衝
撃値が１０Ｊ／ｃｍ² を下回ってしまう。

【００２１】（ｃ）鋼に適正量のＴｉやＺｒを添加し、
鋼中の介在物制御として硫化物をＴｉ炭硫化物やＺｒ炭
硫化物に変え、更にＴｉ炭硫化物やＺｒ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。

【００２２】そこで、更に研究を続けた結果、下記の事
項を見いだした。

【００２３】（ｄ）Ｓとのバランスを考慮して鋼にＴｉ
とＺｒのいずれかを積極的に添加すると、鋼中にＴｉ炭
硫化物あるいはＺｒ炭硫化物が形成され、Ｔｉ及びＺｒ
を添加すると、鋼中にはＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物と
が形成される。

【００２４】（ｅ）鋼中に上記したＴｉ炭硫化物やＺｒ
炭硫化物が生成すると、ＭｎＳの生成量が減少する。

【００２５】（ｆ）鋼中のＳ含有量が同じ場合には、Ｔ
ｉ炭硫化物やＺｒ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炭硫化物やＺｒ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。

【００２６】（ｇ）Ｔｉ炭硫化物やＺｒ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やＺ
ｒＮとしてＴｉやＺｒが固定されてしまい、Ｔｉ炭硫化
物やＺｒ炭硫化物の生成が抑制されてしまうためであ
る。

【００２７】（ｈ）製鋼時に生成したＴｉ炭硫化物やＺ
ｒ炭硫化物は、通常の熱間加工のための加熱温度では基
地に固溶しないし、凝集もしない。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に有効である。

【００２８】（ｉ）Ｔｉ炭硫化物やＺｒ炭硫化物によっ
て被削性を高めるとともに大きな強度、特に、大きな疲
労強度を確保するためには、Ｔｉ炭硫化物やＺｒ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。

【００２９】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００３０】

【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。

【００３１】（Ａ）素材鋼の化学組成Ｃ：Ｃは、ＳとともにＴｉやＺｒと結合してＴｉ炭硫化
物やＺｒ炭硫化物を形成し、被削性を高める作用を有す
る。Ｃは、鋼の強度を確保するのにも有効な元素であ
る。しかし、その含有量が０．３％未満ではフェライト
・パーライト型の非調質鋼の場合には所望の強度が得ら
れない。一方、０．６％を超えて含有するとフェライト
・パーライト組織におけるフェライト相の体積率が低下
し、それに伴ってフェライト強化の効果が薄れて疲労強
度が低下するとともに硬いパーライト相により被削性も
劣化するようになるし、靭性も低下してしまう。したが
って、Ｃの含有量を０．３〜０．６％とした。

【００３２】Ｓｉ：Ｓｉは、脱酸を促進するとともに、
フェライト中に固溶してフェライトを強化し、静的強度
と疲労強度を高める作用がある。更に、Ｓｉは後述のＣ
ｕと複合添加すると、Ｃｕの析出強化作用を促進させる
作用や、降伏比や衝撃値を高める作用も有する。前記の
効果を充分発揮させるためには、Ｓｉの含有量を０．５
％以上とすることが必要である。一方、Ｓｉを２．０％
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０．５〜
２．０％とした。

【００３３】Ｍｎ：Ｍｎは、脱酸作用や強度を高める作
用がある。その効果を確保するためには、１．０％以上
の含有量を必要とする。しかし、Ｍｎを２．０％を超え
て含有させるとその効果は飽和してコストが嵩むだけで
なく、むしろ焼入れ性が高くなりすぎてベイナイト組織
あるいは島状マルテンサイト組織の生成を促進し、降伏
比及び被削性が低下するようになる。したがって、Ｍｎ
の含有量を１．０〜２．０％とした。

【００３４】Ｐ：Ｐは鋼中に不純物として含有されるも
のであり、必須成分として添加しなくても良い。添加す
れば降伏強度を高める作用がある。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０．０５％を超えると靭
性の著しい低下を招く。したがって、Ｐの含有量を０．
０５％以下とした。

【００３５】Ｓ：Ｓは、ＣとともにＴｉやＺｒと結合し
てＴｉ炭硫化物やＺｒ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。

【００３６】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、Ｚｒとの複合添加によってＴｉやＺｒ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。

【００３７】Ｃｕ：Ｃｕは、既に述べたように、Ｓｉと
複合添加すると微量でも析出強化作用を有する。しかし
ながら、その含有量が０．０１％未満では添加効果に乏
しい。一方、Ｓｉと複合添加した場合にはＣｕを０．５
０％を超えて含有させても前記の効果は飽和して経済性
が損なわれるだけでなく、靭性の著しい低下をもたら
す。したがって、Ｃｕ含有量を０．０１〜０．５％とし
た。なお、Ｃｕ含有量は０．０５％以上とすることが好
ましく、より好ましいＣｕ含有量の下限値は０．１０％
である。

【００３８】Ｎｉ：Ｎｉは添加しなくても良い。添加す
れば靭性を高める作用がある。この効果を確実に得るに
は、Ｎｉは０．０５％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、Ｎｉを０．２％を超えて含有させても前記
の効果は飽和して経済性を損なうし、被削性が低下す
る。したがって、Ｎｉの含有量を０〜０．２％とした。

【００３９】Ｃｒ：Ｃｒは添加しなくても良い。添加す
れば強度を高める作用を有する。この効果を確実に得る
には、Ｃｒは０．１％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、０．５％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、Ｃｒ
含有量を０〜０．５％とした。

【００４０】Ｍｏ：Ｍｏは添加しなくても良い。添加す
ればＮｉと同様に靭性を向上させる作用がある。この効
果を確実に得るには、Ｍｏは０．０５％以上の含有量と
することが好ましい。しかし、Ｍｏを０．２％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、Ｍｏ含有量を０〜０．２％とし
た。

【００４１】Ｗ：Ｗは添加しなくても良い。添加すれば
ＮｉやＭｏと同様に靭性を向上させる作用がある。この
効果を確実に得るには、Ｗは０．１％以上の含有量とす
ることが好ましい。しかし、Ｗを０．３５％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、Ｗの含有量を０〜０．３５％とし
た。

【００４２】Ｔｉ、Ｚｒ：Ｔｉ、Ｚｒは本発明において
重要な元素であって、それぞれＣ及びＳと結合してＴｉ
炭硫化物やＺｒ炭硫化物を形成し、被削性を高める作用
を有する。上記の効果は、ＴｉとＺｒの含有量に関し、
Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値が０．０４％以上の場合に
確実に得られる。しかし、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値
で１．０％を超えるＴｉとＺｒを含有させても被削性向
上効果は飽和するのでコストが嵩んでしまう。なお、Ｔ
ｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値が０．０４〜１．０％であり
さえすれば良いので、必ずしもＴｉとＺｒを複合して含
有させる必要はない。Ｚｒを添加しない、つまり、Ｔｉ
を単独添加する場合に、Ｔｉを１．０％を超えて含有さ
せるとＴｉ炭硫化物による被削性向上効果が飽和してコ
ストが嵩むばかりか、Ｔｉ炭硫化物が粗大化して却って
靭性の低下を招いてしまう。逆に、Ｔｉを添加しない、
つまりＺｒを単独で添加する場合に、Ｚｒを１．０％を
超えて含有させるとＺｒ炭硫化物による被削性向上効果
が飽和してコストが嵩むばかりか、Ｚｒ炭硫化物が粗大
化して却って靭性の低下を招いてしまう。したがって、
ＴｉとＺｒの含有量をいずれも１．０％以下で、且つ、
Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値を０．０４〜１．０％とし
た。なお、良好な被削性と靭性を安定して得るために
は、ＴｉとＺｒの含有量の上限はそれぞれ０．８％とす
ることが好ましい。

【００４３】Ｎｂ：Ｎｂは添加しなくてもよい。添加す
れば強度を高める作用がある。この効果を確実に得るに
は、Ｎｂは０．０１％以上の含有量とすることが好まし
い。しかし、０．０３％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、
Ｎｂの含有量を０〜０．０３％とした。

【００４４】Ａｌ：Ａｌは、鋼の脱酸の安定化及び均質
化を図るとともに、結晶粒を微細化し、強度を高める作
用を有する。しかし、その含有量が０．０１％未満では
添加効果に乏しい。一方、０．１０％を超えると被削性
や熱間加工性の低下を招く。したがって、Ａｌ含有量を
０．０１〜０．１０％とした。なお、Ａｌ含有量とは所
謂「ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶性Ａｌ）量」のことをいう。

【００４５】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や
Ｚｒとの親和力が大きいために容易にＴｉやＺｒと結合
してＴｉＮやＺｒＮを生成し、ＴｉやＺｒ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炭
硫化物やＺｒ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。特に、ＴｉやＺｒの含有量が低めの
場合には、Ｎ含有量の影響が顕著となる。更に、粗大な
ＴｉＮやＺｒＮは靭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。なお、Ｔｉ炭
硫化物やＺｒ炭硫化物の効果を高めるために、Ｎ含有量
の上限は０．００６％とすることが好ましい。

【００４６】Ｐｂ：Ｐｂは添加しなくても良い。添加す
れば被削性を一段と高める作用を有する。この効果を確
実に得るには、Ｐｂ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０．３０％を超え
ると疲労強度が著しく低下して耐疲労特性の劣化を招
く。従って、Ｐｂの含有量を０〜０．３０％とした。

【００４７】ｆｎ１：重量％で、０．３％以上のＣ、
０．５％以上のＳｉ、１．０％以上のＭｎ及び０．０１
％以上のＣｕを含有する鋼の組織がフェライト・パーラ
イト組織である場合において、熱間加工ままの状態での
引張強度は前記した式で表されるｆｎ１で整理でき
る。そして、このｆｎ１の値が０．７５％以上の場合
に、８００ＭＰａ以上の引張強度が得られて３６０ＭＰ
ａ以上の疲労強度が安定して確保できるとともに、４８
０ＭＰａ以上の降伏強度、０．６以上の降伏比が得られ
る。一方、ｆｎ１の値が１．０％を超えると靭性が大き
く低下するため、２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値が所
望の１０Ｊ／ｃｍ² を下回ってしまう。したがって、ｆ
ｎ１を０．７５〜１．０％とした。

【００４８】ｆｎ２：Ｎ含有量が０．００８％以下で、
前述の式で表されるｆｎ２が０％を超える値（ｆｎ２
＝Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）−１．２Ｓ（％）＞０％）の
場合に前記したＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物の被削性向
上効果が確保できる。ｆｎ２が０％以下の値（ｆｎ２≦
０％）の場合には、Ｓ量が過剰となるため、その分Ｍｎ
Ｓが過剰生成してＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物による被
削性向上効果が低下してしまう。したがって、式で表
されるｆｎ２に関して０％を超える値（ｆｎ２＞０％）
と規定した。このｆｎ２の値の上限は特に規定されるも
のではなく、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値が１．０％で
Ｓが０．００２％の場合の値であっても良い。

【００４９】（Ｂ）Ｔｉ炭硫化物、Ｚｒ炭硫化物のサイ
ズと量上記の化学組成を有する非調質鋼材の被削性をＴｉ炭硫
化物やＺｒ炭硫化物によって高めるとともに、所望の強
度と靭性を確保するためには、Ｔｉ炭硫化物やＺｒ炭硫
化物のサイズと清浄度（ＴｉとＺｒを複合添加する場合
にはＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物の清浄度の和）で表さ
れる量を適正化しておくことが重要である。

【００５０】鋼中のＴｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物の最
大直径が１０μｍを超えると疲労強度や靭性が低下して
しまう。なお、Ｔｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物の最大直
径はいずれも７μｍ以下とすることが好ましい。Ｔｉ炭
硫化物とＺｒ炭硫化物は、それら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。したがっ
て、Ｔｉ炭硫化物とＺｒ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。

【００５１】最大直径が１０μｍ以下のＴｉ炭硫化物及
びＺｒ炭硫化物の量の和が清浄度で０．０５％未満の場
合には、Ｔｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物による被削性向
上効果が発揮できない。したがって、Ｔｉ炭硫化物及び
Ｚｒ炭硫化物の最大直径が１０μｍ以下で、且つその量
の和を清浄度で０．０５％以上とした。なお、前記の清
浄度の和は０．０８％以上とすることが好ましい。上記
のＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物の清浄度の和の値が大き
すぎると疲労強度が低下する場合があるので、上記の清
浄度の和の上限値は２．０％程度とすることが好まし
い。

【００５２】上記したようなＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化
物の形態は基本的にはＴｉ、Ｚｒ、Ｓ及びＮの含有量で
決定される。しかし、Ｔｉ炭硫化物やＺｒ炭硫化物のサ
イズと清浄度（清浄度の和）を上述の値とするために
は、ＴｉやＺｒ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。このためには、鋼が前記（Ａ）項で述
べた化学組成を有しているだけでは充分でない場合があ
るので、例えば、Ｓｉ及びＡｌで充分脱酸し、最後にＴ
ｉやＺｒを添加する製鋼法を採れば良い。

【００５３】なお、Ｔｉ炭硫化物とＺｒ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４００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炭硫化物及び
Ｚｒ炭硫化物の「色」は極めて薄い灰色で、「形状」は
ＪＩＳのＢ系介在物やＣ系介在物に相当する粒状（球
状）として認められる。Ｔｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物
の詳細判定は、前記の被検面をＥＤＸ（エネルギー分散
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。

【００５４】前記のＴｉ炭硫化物やＺｒ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。
なお、Ｔｉ炭硫化物やＺｒ炭硫化物の最大直径も、倍率
が４００倍の光学顕微鏡で６０視野観察して調査すれば
良い。

【００５５】（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、例えば通常
の方法による熱間での圧延や鍛造を受け、更に切削加工
されてコンロッドやクランクシャフトなど所定形状の部
品に仕上げられる。なお、通常の方法による熱間での圧
延や鍛造を行った後の冷却は、フェライト・パーライト
組織となるような冷却速度での冷却、例えば空冷や放冷
とすれば良い。

【００５６】

【実施例】表１〜４に示す化学組成の鋼を通常の方法に
よって試験炉を用いて１５０ｋｇ真空溶製した。なお、
Ｔｉ酸化物及びＺｒ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と
Ｚｒを添加して、Ｔｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物のサイズ
と清浄度（清浄度の和）を調整するようにした。

【００５７】表１、表２における鋼１〜１５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、表４における鋼１６〜３１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。比較例の鋼のうち鋼３１は、従来タイプのＶを
含有させたフェライト・パーライト型の非調質鋼であ
る。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

【００６０】

【表３】

【００６１】

【表４】

【００６２】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、１１５０〜１
２００℃に加熱してから、１０００℃の仕上げ温度で直
径２０ｍｍ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。

【００６３】こうして得られた丸棒の中心部から平行部
径が６ｍｍの小野式回転曲げ疲労試験片を切り出して常
温（室温）、大気中、３０００ｒｐｍの条件で疲労試験
を行なった。又、丸棒の中心部からＪＩＳ４号引張試験
片及びＪＩＳ３号シャルピー試験片（２ｍｍＵノッチシ
ャルピー試験片）を切り出し、常温で引張試験を行っ
た。直径２０ｍｍで厚さが２０ｍｍの試験片を切り出し
て、光学顕微鏡による中心部の組織観察も行った。

【００６４】上記の熱間鍛造ままの丸棒からは、JIS G
0555の図５に則って試験片を採取し、鏡面研磨した３０
０ｍｍ² の被検面を、倍率が４００倍の光学顕微鏡で６
０視野観察して、Ｔｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物を他の
介在物と区分しながらその清浄度（清浄度の和）も測定
した。Ｔｉ炭硫化物及びＺｒ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。

【００６５】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。

【００６６】表５に各種試験の結果を示す。なお、「Ｔ
ｉ、Ｚｒ炭硫化物」とした欄において、ＴｉとＺｒとを
複合添加した場合には「最大直径」はいずれか大きい方
の炭硫化物の値であり、清浄度は清浄度の和を意味す
る。

【００６７】

【表５】

【００６８】表５から、化学組成及び最大直径が１０μ
ｍ以下のＴｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物の清浄度（清浄
度の和）が本発明で規定する範囲内にある本発明例の鋼
１〜１５を素材とするものにあっては、いずれも良好な
被削性とともに、従来のＶを含有させたフェライト・パ
ーライト型の非調質鋼である鋼３１と同等の耐疲労特
性、すなわち３６０ＭＰａ以上の疲労強度（疲労限度）
を有しており、しかも所望の４８０ＭＰａ以上の降伏強
度（０．２％耐力）、８００ＭＰａ以上の引張強度、
０．６以上の降伏比と、１０Ｊ／ｃｍ² 以上の２ｍｍＵ
ノッチシャルピー衝撃値が得られている。

【００６９】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は、以下に
述べるように、疲労強度、降伏強度、引張強度、降伏
比、２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値の少なくとも１つ
が所望の値に達していないか、被削性が低い。

【００７０】Ｃ量が低めに外れた鋼１６は、引張強度及
び疲労強度が所望の値に達していない。

【００７１】Ｓｉ量が低めに外れた鋼１７は、降伏強
度、引張強度、降伏比、及び疲労強度がいずれも所望の
値に達していない。

【００７２】Ｍｎ量が低めに外れた鋼１８は、引張強度
及び疲労強度が所望の値に達していない。

【００７３】Ｃｕ量が低めに外れた鋼２２は、降伏強
度、引張強度、降伏比、及び疲労強度がいずれも所望の
値に達していない。

【００７４】Ｎ量が高めに外れた鋼２３は、被削性が劣
っている。

【００７５】Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値が低めに外れ
た鋼２４は、被削性が劣っている。

【００７６】ｆｎ１の値が低めに外れた鋼２５及び鋼３
０は、引張強度及び疲労強度が所望の値に達していな
い。

【００７７】Ｃ量及びＭｎ量が低めに外れた鋼２７は、
降伏強度、引張強度及び疲労強度がいずれも所望の値に
達していない。

【００７８】Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｃｕ量及びｆｎ１が低め
に外れた鋼２８は、降伏強度、引張強度、降伏比、及び
疲労強度がいずれも所望の値に達していない。

【００７９】Ｐ量が高めに外れた鋼１９、Ｓ量が高めに
外れた鋼２０、及びＣ量が高めに外れた鋼２６は、いず
れも２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値が所望の値に達し
ていない。

【００８０】Ｍｎ量が高めに外れた鋼２９は、降伏比が
所望の値に達していないし、組織がフェライト・パーラ
イト・ベイナイトの混合組織であるため、被削性が低
い。更に、曲がり発生の面でも問題があった。

【００８１】Ｃｕ量が高めに外れるとともにＴｉ（％）
＋Ｚｒ（％）の値が低めに外れた鋼２１は、２ｍｍＵノ
ッチシャルピー衝撃値が所望の値に達しておらず、しか
も被削性も劣っている。

【００８２】なお、従来タイプのＶを含有させたフェラ
イト・パーライト型の非調質鋼である鋼３１は、ｆｎ１
の値が本発明の規定値を下回るが、Ｖの析出強化により
所望の耐疲労特性と引張特性、つまり、３６０ＭＰａ以
上の疲労強度、４８０ＭＰａ以上の降伏強度、８００Ｍ
Ｐａ以上の引張強度、０．６以上の降伏比を有してい
る。更に、２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値について
も、所望の１０Ｊ／ｃｍ^２以上の値を有している。しか
し、被削性は本発明例の鋼に比べて劣っている。

【００８３】

【発明の効果】本発明による被削性に優れたフェライト
・パーライト型非調質鋼を用いれば、３６０ＭＰａ以上
の疲労強度、４８０ＭＰａ以上の降伏強度、８００ＭＰ
ａ以上の引張強度、０．６以上の降伏比及び１０Ｊ／ｃ
ｍ² 以上の２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃値を有する自
動車、産業機械、土木建設機械などのエンジン部品や足
廻り部品、なかでもコンロッドやクランクシャフトなど
を低コストで製造することが可能で、産業上の効果は大
きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．３〜０．６％、Ｓｉ：
０．５〜２．０％、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｐ：０．
０５％以下、Ｓ：０．００２〜０．２％、Ｃｕ：０．０
１〜０．５％、Ｎｉ：０〜０．２％、Ｃｒ：０〜０．５
％、Ｍｏ：０〜０．２％、Ｗ：０〜０．３５％、Ｔｉ：
１．０％以下、Ｚｒ：１．０％以下で、且つ、Ｔｉ
（％）＋Ｚｒ（％）：０．０４〜１．０％、Ｎｂ：０〜
０．０３％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．０
０８％以下、Ｐｂ：０〜０．３０％、下記式で表され
るｆｎ１の値が０．７５〜１．０％、下記式で表され
るｆｎ２が０％を超え、残部はＦｅ及び不可避不純物の
化学組成で、鋼中のＴｉ炭硫化物及びＺｒ炭硫化物の最
大直径が１０μｍ以下で、且つ、その量の和が清浄度で
０．０５％以上である被削性に優れたフェライト・パー
ライト型非調質鋼材。ｆｎ１＝Ｃ（％）＋０．１Ｓｉ（％）＋０．２Ｍｎ（％）＋０．５Ｃｕ（％）＋０．２Ｃｒ（％）−０．７Ｓ（％）・・・・・ｆｎ２＝Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）−１．２Ｓ（％）・・・・・