JPH11286746A - 被削性に優れた低延性非調質鋼材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた被削性を有し、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％、Cu
≦0.2％、Ni≦0.5％、Cr：0.02〜2.0％、Mo≦0.5％、W
≦0.8％、V≦0.50％、Nb≦0.17％、Ti≦0.50％、Zr≦0.
50％で、且つ、 Ti＋Zr：0.20％超〜0.50％、B≦0.010
％、Al＜0.04％、N≦0.008％、Pb≦0.30％、Ca≦0.10
％、Al＋2N−0.04≦0％、Ti＋Zr−1.2S＞0％、残部は F
eと不純物の組成で、鋼中の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、被削性に優れた低
延性非調質鋼材に関し、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
被削性に優れた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を施され、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。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】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が多量に生成されることもあっ
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％、Ｓ
ｉ：０．２９％、Ｍｎ：０．７８％、Ｐ：０．０１７
％、Ｓ：０．０４１％、Ａｌ：０．００６％、Ｎ：０．
００８７％、Ｔｉ：０．２２８％、Ｏ：０．００４％及
びＣａ：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Ｔｉを添加するだけでは被削性は向上するものではな
い。

【００１０】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。

【００１１】

【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被削性に優れた低延性非調質
鋼材の提供を課題とする。

【００１２】

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

【００１３】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：０．５％以下、Ｗ：
０．８％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．１７％
以下、Ｔｉ：０．５０％以下、Ｚｒ：０．５０％以下
で、且つ、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）：０．２０％を超え
て０．５０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．
０４％未満、Ｎ：０．００８％以下、Ｐｂ：０．３０％
以下及びＣａ：０．１０％以下を含み、式中の元素記号
をその元素の重量％での含有量として、下記式で表さ
れるｆｎ１の値が０％以下、下記式で表されるｆｎ２
の値が０％を超え、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学
組成で、更に、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％以上であることを特徴とする被削性に優れ
た低延性非調質鋼材。ｆｎ１＝Ａｌ＋２Ｎ−０．０４・
・・・・、ｆｎ２＝Ｔｉ＋Ｚｒ−１．２Ｓ・・・・・
」である。

【００１４】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。

【００１５】本発明者らは、前記した課題を解決するた
め非調質鋼材の化学組成及び組織について種々検討を重
ねた。その結果、下記（ａ）及び（ｂ）の常温における
破壊形態に関する知見に加えて、（ｃ）の被削性に関す
る知見を得た。

【００１６】（ａ）化学成分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、熱間鍛造した一体成形材の常温分割面がフラットな
脆性破面になり易い。

【００１７】（ｂ）上記のｆｎ１≦０％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。

【００１８】（ｃ）鋼にＴｉとＺｒの少なくともいずれ
かを添加し、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、こうした炭硫化物を鋼材に
微細に分散させれば、鋼材の被削性が飛躍的に向上す
る。

【００１９】そこで、更に研究を続けた結果、下記の事
項を見いだした。

【００２０】（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して行くと、鋼中にＴ
ｉ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。

【００２１】（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。

【００２２】（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。

【００２３】（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含有量を低くすることが
重要である。これは、Ｎ含有量が多いとＴｉＮやＺｒＮ
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。

【００２４】（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。

【００２５】（ｉ）Ｔｉ炭硫化物やＺｒ炭硫化物によっ
て被削性を高めるためには、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。

【００２６】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００２７】

【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。

【００２８】（Ａ）鋼材（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。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。６００ＭＰａ以上の引張強度とＴｉ炭硫化物やＺｒ
炭硫化物の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。

【００２９】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。安定した熱
間加工性を確保するためには、Ｓｉ含有量の上限は１．
００％とすることが望ましい。なお、Ｔｉ炭硫化物やＺ
ｒ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）
で表される量を後述の所定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、Ａｌを添加しない場合には、少なくと
も０．１％程度のＳｉを含有させることとするのが良
い。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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やＺｒとの複合添加によってＴｉ炭硫化物やＺｒ
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Ｍｎ
Ｓ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。

【００３４】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。

【００３５】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．
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。

【００３６】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、２．０％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。

【００３７】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０．５％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、Ｍ
ｏの含有量を０．５％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。

【００３８】Ｗ：Ｗ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、Ｗは０．０５％以上の含有量と
することが好ましい。しかし、Ｗを０．８％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、Ｗの含有量
を０．８％以下とした。なお、Ｗを添加する場合、その
含有量は０．１％以上とすることが一層好ましい。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】ＴｉとＺｒの含有量に関し、Ｔｉ（％）＋
Ｚｒ（％）の値が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、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ
（％）の値で０．５０％を超えるＴｉとＺｒを含有させ
ても、被削性向上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。なお、Ｔｉ（％）＋
Ｚｒ（％）の値が０．２０％を超えて０．５０％以下で
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Ｔ
ｉを単独で添加する場合に、Ｔｉを０．５０％を超えて
含有させても常温での破壊特性に変化が見られずコスト
が嵩むばかりとなる。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０．５０％を超え
て含有させても常温での破壊特性に変化が見られずコス
トが嵩むばかりとなる。したがって、本発明にあって
は、ＴｉとＺｒの含有量をいずれも０．５０％以下で、
且つ、Ｔｉ（％）＋Ｚｒ（％）の値を０．２０％を超え
て０．５０％以下とした。

【００４３】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。

【００４４】Ａｌ：Ａｌは添加しなくても良い。添加す
れば鋼の脱酸を促進する作用を有する。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。しかし一方では、Ａｌの含有量が低いほ
ど脆性破壊が促進される。ＴｉとＺｒの含有量の和が
０．２０％を超える非調質鋼材においては、Ａｌの含有
量が０．０４％未満の場合に、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が得易くなる。したがっ
て、Ａｌの含有量を０．０４％未満とした。なお、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）で表される量を後述の所定の値とするため
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、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。

【００４５】Ｎ：本発明においてはＮの含有量を低くす
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Ｔｉ
ＮやＺｒＮは被削性を低下させてしまう。Ｎ含有量が
０．００８％以下で、且つ前述の式で表されるｆｎ２
が０％を超える場合に前記したＴｉ炭硫化物とＺｒ炭硫
化物の効果が確保される。更に、Ｎの含有量が低いほど
脆性破壊が促進され、Ｎの含有量が０．００８％以下の
場合に、前記したような常温での分割方法でフラットな
脆性破面が得易くなる。したがって、Ｎの含有量を０．
００８％以下とした。なお、Ｔｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化
物の効果を高めるとともに、常温での分割特性を一層高
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、ボルト穴加工時の被削性を高める効果を有する。
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、その含有量が０．
３０％を超え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。

【００４７】Ｃａ：Ｃａは添加しなくても良い。添加す
れば、鋼の被削性を大きく高める作用がある。この効果
を確実に得るには、Ｃａは０．００１％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％
を超えると前記の効果が飽和してコストが嵩むばかり
か、熱間加工性の低下をきたす。したがって、Ｃａの含
有量を０．１０％以下とした。

【００４８】ｆｎ１：０．２０％以上のＣ、０．３０％
以上のＭｎ、０．０２％以上のＣｒ及び含有量の和で
０．２０％を超えるＴｉとＺｒを含む非調質鋼材の常温
における破壊形態は前記式で表されるｆｎ１と相関を
有し、ｆｎ１≦０％を満たす場合に脆性破壊が促進さ
れ、熱間鍛造した一体成形材の常温分割破面がフラット
な脆性破面となり易く、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。

【００４９】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−０．０４％に
近い値であっても良い。

【００５０】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（ｆｎ１
＝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ＭｎＳ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、本発明では式で表され
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０．５０％でＳ
が０．００２％の場合の値であっても良い。

【００５１】（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Ｔ
ｉ炭硫化物やＺｒ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、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。

【００５２】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、Ｔ
ｉ炭硫化物とＺｒ炭硫化物の最大直径の下限値は０．５
μｍ程度とすることが好ましい。

【００５３】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
すぎると熱間加工性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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】（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。

【００５８】

【実施例】表１、表２に示す化学組成の鋼を通常の方法
により試験炉を用いて真空溶製した。なお、鋼２４を除
いて、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、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。
鋼２４については、Ｓｉ及びＡｌで脱酸する際に同時に
Ｔｉ、Ｚｒを添加した。

【００５９】表１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２に
おける鋼１６〜３０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。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【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、１２５０℃に
加熱してから１２００〜９５０℃の温度で直径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。

【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炭硫化物及びＺ
ｒ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の鋼板を平面研削で厚さ１０ｍｍにし、こ
の鋼板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１０００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φ８ｍｍ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１
０ｍｍ、送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、回転数７４５ｒｐ
ｍの条件で行った。

【００６６】なお、熱間鍛造した直径２０ｍｍ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。

【００６７】表３に各種試験の結果を示す。なお、表の
「Ｔｉ、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。

【００６８】

【表３】

【００６９】表３から明らかなように、化学組成及び最
大直径が１０μｍ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
る本発明例の試験番号１〜１５の場合は、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、６０
０ＭＰａ以上の引張強度が得られており、常温引張り試
験後の破面はすべてフラットな脆性破面であった。

【００７０】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を用いた試
験番号１６〜３０のうち、Ｃ含有量が規定値から低目に
外れた試験番号１６では引張強度が６００ＭＰａに達し
ていない。

【００７１】又、Ｓｉ量、Ｍｎ量、Ｐ量、Ｓ量、Ｖ量、
Ｎｂ量、Ｂ量及びＰｂ量がそれぞれ規定値に対して高目
に外れた試験番号１７〜２３及び試験番号２５の場合に
は熱間での鍛造割れが認められた。

【００７２】このうち試験番号１９においては、Ｔｉ＋
Ｚｒの値が本発明の規定値に対して低めに外れるととも
に、前記式で表されるｆｎ２の値も本発明で規定した
条件から外れるため、被削性も劣るものであった。

【００７３】試験番号２４においては、Ｔｉ＋Ｚｒの値
が本発明の規定値に対して低めに外れるとともに、Ａｌ
量が本発明の規定値に対して高めに外れ、しかも前記
式で表されるｆｎ１の値が本発明で規定した条件から外
れるため、常温引張試験後の破面は延性破面であった。
この試験番号２４の場合、Ｔｉ＋Ｚｒの値が本発明の規
定値に対して低めに外れていることに加えて、前記式
で表されるｆｎ２の値と「Ｔｉ、Ｚｒ炭硫化物」の量
（清浄度）も本発明で規定した条件から外れるため、被
削性も劣るものであった。

【００７４】Ｎｉ量が本発明の規定値に対して高めに外
れた試験番号２６では常温引張試験後の破面は延性破面
であった。

【００７５】試験番号２７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る
ため、常温引張試験後の破面は延性破面であり、被削性
も劣っていた。

【００７６】試験番号２８、試験番号２９の場合、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
れるため、常温引張試験後の破面は延性破面であり、被
削性も劣っていた。

【００７７】前記式で表されるｆｎ２の値が本発明で
規定した条件から外れる試験番号３０の場合、被削性が
劣っていた。

【００７８】次いで、前記の表１に記載した本発明例の
鋼である鋼１及び鋼５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、鋼１と鋼５を素材鋼とする各
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、いずれの場合にも切り欠きを付けた各５体の分割は
特に容易であった。

【００７９】

【発明の効果】本発明による被削性に優れた低延性非調
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：０．５％以下、Ｗ：０．８％以下、
   Ｖ：０．５０％以下、Ｎｂ：０．１７％以下、Ｔｉ：
   ０．５０％以下、Ｚｒ：０．５０％以下で、且つ、Ｔｉ
   （％）＋Ｚｒ（％）：０．２０％を超えて０．５０％以
   下、Ｂ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０４％未満、
   Ｎ：０．００８％以下、Ｐｂ：０．３０％以下及びＣ
   ａ：０．１０％以下を含み、下記式で表されるｆｎ１
   の値が０％以下、下記式で表されるｆｎ２の値が０％
   を超え、残部はＦｅ及び不可避不純物の化学組成で、更
   に、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
   ％以上であることを特徴とする被削性に優れた低延性非
   調質鋼材。 ｆｎ１＝Ａｌ＋２Ｎ−０．０４・・・・・ ｆｎ２＝Ｔｉ＋Ｚｒ−１．２Ｓ・・・・・ 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。