JPH11236643A

JPH11236643A - 低延性非調質鋼

Info

Publication number: JPH11236643A
Application number: JP4338298A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Uno; 光男宇野; Yoshihiko Kamata; 芳彦鎌田; Masaki Sakamoto; 雅紀坂本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】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、コンロッド用鋼として好
適な鋼を提供する。【解決手段】重量％で、C ：0.20〜0.70％、Si≦1.50
％、Mn：0.30〜2.00％、P≦0.15％、S≦0.10％、Cu≦0.
20％、Ni≦0.50％、Cr：0.02〜2.00％、Mo≦0.50％、V
≦0.50％、Nb≦0.17％、Ti≦0.20％、B≦0.0100％、Al
≦0.02％、N≦0.005％、Pb≦0.30％、Al＋2N−0.025≦0
％、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。

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。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、６００ＭＰ
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％以下、Ｍｎ：０．３０〜
２．００％、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．１０％以
下、Ｃｕ：０．２０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃ
ｒ：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：０．００５％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６００ＭＰａ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。

【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、０．５０％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。

【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０．００３％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、一層の安定した熱間加工性を確保するためには、Ｎ
ｂ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、０．２０％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０．０１
０％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２
０℃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／ｃｍ² 以下にするためにはＮの含有量も
低いほど良い。しかし、０．００５％までの含有は許容
できる。したがって、Ｎの含有量を０．００５％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０．０２％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ｆｎ１≦０％を満たし、且つ、ＪＩＳ
４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、６００ＭＰａ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。

【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１〜２２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１〜２２にあって
は、いずれも鍛造割れを生ずることもなく、６００ＭＰ
ａ以上の引張強度と１０Ｊ／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
６００ＭＰａ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、各鋼とも２
０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

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．２０〜０．７０％、Ｓ
ｉ：１．５０％以下、Ｍｎ：０．３０〜２．００％、
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：０．０２％以下、Ｎ：
０．００５％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・・・・・