WO2004083475A1 - 非調質コネクティングロッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

質量％で、C：0.25～0.35％、Si：0.50～0.70％、Mn：0.60～0.90％、P：0.040～0.070％、S：0.040～0.130％、Cr：0.10～0.20％、V：0.15～0.20％、Ti：0.15～0.20％及びN：0.002～0.020％を含み、残部はFe及び不純物からなり、C＋（Si／10）＋（Mo／5）＋（5Cr／22）＋1.65V−（5S／7）＜0.80の化学組成で、大端部は組織がフェライト・パーライトで全硬さがビッカース硬さで255～320であり、更に、大端部の前記フェライト・パーライト組織におけるフェライトの硬さがビッカース硬さで250以上で、且つ、前記フェライトの硬さと大端部の全硬さの比が0.80以上である非調質コネクティングロッドは、被削性に優れ、クラッキング性及び耐疲労特性にも優れる。このため、自動車エンジンなどの低コスト型のコネクティングロッドとして利用することができる。

Description

明細書 非調質コネタティングロッ ド及ぴその製造方法 技術分野

本発明は、 非調質コネクティングロッ ド及ぴその製造方法に関し、 詳 しくは、 自動車エンジンなどのコネタティングロッ ドとして好適な被削 性、 破断分割性及ぴ耐疲労特性に優れた非調質コネクティングロッ ド及 びその製造方法に関する。 背景技術

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 1 は、 従来、 コネクティングロッ ド本体 2及ぴコネクティングロッ ドキヤ ップ 3を別の工程で熱間鍛造した後、 これらに 「焼入れ一焼戻し」 の調 質処理を施し、 次いで、 機械加工によるボルト穴の加工と仕上げ整形加 ェを施し、 その後でボルト 4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。

しかしながら、 最近の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つてきている。 このため、 製造コス トが嵩む 「焼 入れ一焼戻し」 の調質処理を行う必要のないコネクティングロッ ド、 つ まり非調質コネタティングロッ ドに対する要望が大きくなり、 一部の車 種では、 質量％で、 0 . 3 5 % C— 0 . 4 % S i - 0 . 9 5 % M n - 0 . 0 4 % S - 0 . 5 % C r - 0 . 1 % Vを基本の化学組成とする鋼を素 材とする非調質コネクティングロッ ドが採用さ ている。 しかし、 この 非調質コネタティングロッ ドも、 従来と同様に別の工程で熱間鍛造され たコネクティングロッ ド本体 2とコネクティングロッ ドキャップ 3に対 して、 切削加工によるボルト穴の加工と仕上げ整形加工を施し、 その後 でボルト 4によってクランクシャフ トに結合して組み立てるという工程 を経る必要があり、 したがって、 後述の 「クラッキングコネクティング ロッ ド」 ほどにはコス ト低減の点で満足のいく ものではない。

つまり、 最近では、 非調質鋼化に加えて、 更に一層の製造コス ト低減 のために、 コネクティングロッ ド本体 2とコネクティング口ッ ドキヤッ プ 3の両者を熱間鍛造で一体成形した後、 大端部 5でコネクティング口 ッド本体 2とコネクティングロッ ドキャップ 3に破断分割 （以下、 クラ ッキングともいう） するいわゆる 「クラッキングコネクティングロッ ド 」 が検討されている。

なお、 上記のクラッキングには、 一体成形材の分割したい部位である 大端部 5の穴 （例えば図 1における N部） に治具を揷入し、 応力を負荷 して破断させる方法が適用される。

クラッキングされたコネクティングロッ ド 1 (つまり、 クラッキング コネクティングロッ ド） は、 クラッキングした際の破断面が平滑な脆性 破面であれば、 それをクランクシャフ トと連結する際には、 コネタティ ングロッ ド本体 2とコネクティングロッ ドキャップ 3 とでクランクシャ フトを挟み込んだ後、 破断面を合わせ、 コネクテイングロッド本体 2と コネクティングロッ ドキャップ 3とをポルト 4で連結するだけでよい。 したがって、 クラッキングコネクティングロッ ドは、 その破断面が平 滑な脆性破面であれば、 クランクシャフトを挟む部分である合わせ面の 切削加工が不要になって製造コス トを低減することができるし、 破断面 で連結が行われるため、 締結剛性すなわち強度に優れるという効果も得 られる。

上記のクラッキングコネクティングロッ ドについては、 米国特許第 5 1 3 5 5 8 7号公報に開示された、 質量％で 0 . 7 %程度の C (炭素） を含む非調質鋼を素材とするものが欧州で既に実用化されている。 しか し、 上記の欧州で実用化された非調質-ネクティングロッ ドは Cの含有 量が高く従来の機械構造用炭素鋼を調質処理したコネタティングロッ ド に比べて被削性が劣る。 このため、 ボルト穴加工のための被削性を高め たいという産業界の要望には必ずしも応えきれていない。 更に、 上記欧 州で実用化された非調質コネクティングロッ ドの疲労限度 （以下、 疲労 限度を疲労強度といい、 a wの記号で表す） は、 機械構造用炭素鋼を調 質処理したコネクティングロッ ドの疲労強度や、 前記の質量％で、 0. 3 5 % C - 0. 4 % S i - 0. 9 5 % M n - 0. 04 % S - 0. 5 % C r— 0. 1 %Vを基本の化学組成とする非調質コネタティングロッ ドの 疲労強度と比較して劣っている。

そこで、 欧州で実用化されているものと同等以上の破断分割性 （以下 、 クラッキング性という） を有するとともに、 前記の質量％で、 0. 3 5 % C - 0. 4 % S i - 0. 9 5 %Mn - 0. 04 % S - 0. 5 % C r 一 0. 1 % Vを基本の化学組成とする非調質コネクティングロッ ドと同 等以上の耐疲労特性を有し、 且つ、 被削性にも優れた非調質コネクティ ングロッ ドに対する要望が極めて大きくなつている。 なお、 被削性を高 めるための従来の最も一般的な方法は、 鋼に P bを添加することであつ た。 しかし、 最近では、 地球環境の保護という点から P b非添加で被削 性を高める技術が要望されている。

特開平 9一 3 5 8 9号公報、 特開平 9— 3 1 5 94号公報、 特開平 9 - 1 1 1 4 1 2号公報、 特開平 9一 1 7 6 7 8 5号公報、 特開平 9 _ 1 7 6 7 8 6号公報、 特開平 9 - 1 7 6 7 8 7号公報、 特開平 1 1一 5 0 1 8 4号公報、 特開平 1 1— 1 9 9 9 6 7号公報、 特開平 1 1— 1 9 9 9 6 8号公報、 特開平 1 1— 2 3 6 64 3号公報、 特開平 1 1一 2 8 6 74 6号公報、 特開平 1 1— 2 8 6 7 5 0号公報、 特開平 1 1— 3 0 2 7 7 8号公報及ぴ特開 2 0 0 0— 34 5 2 9 8号公報には、 鋼の化学組 成を制御してクラッキング性を高めた 「低延性非調質鋼」 、 或いは、 化 学組成と炭硫化物を制御してクラッキング性と被削性を高めた 「低延性 非調質鋼」 が開示されている。 しかし、 これらの公開特許公報で提案さ れたいずれの非調質鋼も、 必ずしも耐疲労特性に対する配慮がなされた ものではない。

特開平 1 1 _ 3 1 5 34 0号公報には、 C含有量が重量％で 0. 2〜 0. 3 5 %未満の低炭素域で、 Mnの含有量を低減するとともに高 V組 成として延性の大きなフヱライ トを脆化させ、 更に、 粗大な T i C粒子 を分散させることによつて破断分離性を高めた 「破断分離性と耐久強さ に優れた機械構造用鋼」 が開示されている。 しかし、 この公開特許公報 で提案された機械構造用鋼は、 被削性向上のために単に Sを重量％で、 0. 0 1〜 0. 2 %含有させただけのものであり、 したがって、 必ずし もコネクティングロッ ドに要求される被削性を満足できるものではない

発明の開示

本発明は、 上記現状に鑑みてなされたもので、 その目的は、 自動車ェ ンジンなどのコネクティングロッ ドとして好適な被削性、 クラツキング 性及ぴ耐疲労特性に優れた、 P b非添加鋼を素材とする非調質コネクテ イングロッ ドとその製造方法を提供することである。

本発明の要旨は、 下記 （ I ) の非調質コネクティングロッ ド及び （Π ) の非調質コネクティングロッ ドの製造方法にある。

( I ) 質量⁰/。で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %、 Mn : 0. 6 0〜 0. 90 %、 P ： 0. 04 0〜 0. 0 7 0 % 、 S : 0. 04 0〜 0. 1 3 0 %、 C r : 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V ： 0. 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0 2〜 0. 0 20 %を含み、 残部は F e及び不純物からなり、 下記（1)式 で表される Ceqの値が 0. 8 0未満の化学組成で、 大端部は組織がフエ ライ ト ·パーラィ トで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり 、 更に、 大端部の前記フェライ ト · パーライ ト組織におけるフェライ ト の硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、 且つ、 前記フェライ トの硬さ と大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネクティングロッ ド'。

Ceq= C + ( S i / 1 0 ) + (M n / 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1 - 6 5 V- ( 5 S/ 7 ) (1)、

ここで、 （1)式中の元素記号は、 その元素の質量％での鋼中含有量を表 す。

(Π) 質量⁰ /。で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %, M n ： 0. 6 0〜 0. 9 0 %、 P ： 0. 0 4 0〜 0. 0 7 0 % 、 S ： 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %、 C r ： 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V ： 0. 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0

2〜 0. 0 2 0 %を含み、 残部は F e及ぴ不純物からなり、 下記（1)式 で表される Ceqの値が 0. 8 0未満の化学組成で、 大端部は組織がフエ ライ ト ·パーラィ トで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり 、 更に、 大端部の前記フェライ ト · パーライ ト組織におけるフェライ ト の硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、 且つ、 前記フェライ トの硬さ と大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネクティングロッ ドの製造方法であって、 下記 （ a ) 〜 （ f ) の処理を順に含む非調質コ ネクティングロッ ドの製造方法。

( a ) 前曾己の化学組成を有する鋼を 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cに加熱する 処理、

( b ) コネクティング口ッ ド本体とコネクティングロ ッ ドキャップが つながった一体物に成形する 9 0 0 °C以上の温度での熱間鍛造、

( c ) 8 0 0°Cを超える温度での大端部の熱間コイニング、

( d) 大端部に切り欠きを設ける処理、 ( e ) 大端部の前記切り欠きを設けた部位からコネクテイングロッ ド 本体とコネタティングロッ ドキャップに破断分割する処理、

( f ) 破断分割されたコネクティングロッ ド本体及ぴコネクティング ロッ ドキヤップを結合する処理、

Ceq= C + (S i / 1 0) + (M n / 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1. 6 5 V- ( 5 S / 7 ) (1)、

ここで、 （1)式中の元素記号は、 その元素の質量％での鋼中含有量を表 す。 ―

本明細書において、 上記 （ I ) の非調質コネクティングロッ ドに係る 発明及ぴ （Π) の非調質コネクティングロッ ドの製造方法に係る発明を それぞれ発明 （ I ) 及ぴ発明 （Π) という。 なお、 これらを総称して本 発明ということがある。

なお、 本発明におけるフエライ ト 'パーライ ト組織とは、 フェライ ト とパーライ トの混合組織をいう。 前記した各相は、 光学顕微鏡や電子顕 微鏡を用いた観察によって確認することができる。

大端部の全硬さとは、 鍛鍊軸に垂直に切断した面をランダムに 4箇所 測定した場合の平均値を指し、 上記大端部の全硬さとしてのビッカース 硬さは、 9 8. 0 7 Nの試験力で測定した値をいう。

フェライ トの硬さとしてのビッカース硬さは、 0. 0 9 8 0 7 Nの試 験力で測定した値をいう。 なお、 本発明でいうフェライ トには、 セメン タイ トとともにパーライ トを形成するフェライ トは含まない。

上述の （ a ) 〜 （ c ) における温度は鋼や一体物成形材の表面におけ る値をいう。 図面の簡単な説明

図 1は、 コネクティングロッ ドの詳細を示す図である。

図 2は、 破断歪量の導出のための寸法測定箇所を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明者らは、 前記した目的を達成するために種々検討を行い、 下記

( i ) 〜 （V ) の知見を得た。

( i ) クラッキング性と被削性がともに良好になる場合の鋼の組織は フェライ ト ·パーライ ト組織である。

(ii) フェライ ト ·パーライ ト組織におけるフェライ トの硬さはクラ ッキング性、 被削性及び疲労強度に影響する。

(iii) フェライ ト ·パーラィ ト組織におけるフェライ トの硬さと全 硬さの比が大きい場合のクラッキング性は良好であるし、 大きな疲労強 度が得られ、 更に、 被削性も良好である。

(iv) 適正量の T i と Vとを複合添加することによってフヱライ トが 大幅に強化されるため、 前記（1)式で表される C当量 （つまり Ceq) の 値が小さい場合にも大きな強度が得られる。 したがって、 小さい Ceqの 値で大きな疲労強度が確保でき、 更に、 フェライ トの強度が大きい分被 削性は良好である。

( V ) フ ライ ト ·パーラィ ト変態後の析出強化を確保するには、 熱 間鍛造前の加熱で T iを十分素地に固溶させるとともに、 鍛造後の冷却 速度を適正化すればよい。

本発明は、 上記の知見に基づいて完成されたものである。

以下、 本発明の各要件について詳しく説明する。

(A) 鋼の化学組成

以下の説明における各元素の含有量の 「％」 表示は 「質量％」 を意味 する。

C ： 0. 2 5〜0. 3 5 %、

Cは、 鋼の強度を高める作用を有し、 0. 2 5 %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. 3 5 %を超えると、 硬さ は上がるがフェライ トの割合が小さくなつて耐久比、 つまり、 「疲労強 度 （ a w) //引張強度 （T S) 」 が小さくなるため、 硬さが上がった割 には疲労強度は大きくならず、 逆に硬さが上がったために被削性が低下 する。 したがって、 Cの含有量を 0. 2 5〜0. 3 5 %とした。

S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %

S i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 高める作用を有し、 0. 5 0 %以上含有させることで十分な効果が得ら れる。 しかし、 S i の含有量が 0. 7 0 %を超えると、 鋼の熱間加工性 が低下し鍛造時に割れ等の欠陥が生じたり、 鍛造用金型に過度の負担が かかる。 したがって、 3 1 の含有量を 0. 50〜 0. 7 0 %とした。

M n ： 0. 6 0〜 0. 9 0 %

Mnは、 鋼の脱酸作用を有するとともに、 焼入れ性を高めて鋼の強度 を向上させる作用を有する。 これらの効果を十分確保するためには、 M nの含有量を 0. 6 0 %以上とする必要がある。 しかし、 ] Vlnの含有量 が 0. 9 0 %を超えると、 鋼の熱間加工性が低下するし、 ベイナイ トが 生成しやすくなつて、 疲労強度、 クラッキング性及び被削性が低下する ことがある。 加えて成分コス トも上昇する。 したがって、 Mnの含有量 を 0 · 6 0〜 0. 9 0 %と した。

P ： 0. 04 0〜 0. 0 7 0 %

Pは、 結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、 コネクテイングロッ ドのク ラッキングの際の破面を平滑な脆性破面とする作用を有する。 この効果 を十分に得るには、 Pの含有量を 0. 04 0 %以上とする必要がある。 しかし、 その含有量が 0. 0 7 0 %を超えると、 鋼の熱間加工性が低下 することがある。 したがって、 Pの含有量を 0. 040〜 0. 0 7 0 % とした。

S ： 0. 04 0〜 0. 1 3 0 %

Sは、 Mnや T i 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. 04 0 %以上とする 必要がある。 しかし、 Sの含有量が 0. 1 3 0 %を超えると、 鋼の熱間 加工性が低下することがある。 したがって、 Sの含有量を 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %とした。 なお、 Sの含有量は 0. 0 7 0 %を超えて 0. 1 3 0 °/₀までとすることが好ましい。

C r ： 0. 1 0〜 0. 2 0 %

C rは、 鋼の焼入れ性を向上させて強度を高める作用を有する。 この 効果を十分確保するためには、 じ 1：の含有量を 0. 1 0 %以上とする必 要がある。 しかし、 その含有量が 0. 2 0 %を超えると、 ベイナイ トが 生成しやすくなるし、 成分コス トも上昇する。 したがって、 C rの含有 量を 0. 1 0〜 0 · 2 0 %とした。

V ： 0. 1 5〜 0. 2 0 %

Vは、 本発明において重要な元素である。 すなわち、 Vはフェライ ト 中に炭窒化物として析出して強度を向上させる作用を有する他に、 後述 する T i と複合して添加することによってクラッキング性を高める作用 を有する。 こう した効果を十分に得るには、 Vの含有量を 0. 1 5 %以 上とする必要がある。 しかし、 その含有量が 0. 2 0 %を超えると、 成 分コス トが上昇する。 したがって、 Vの含有量を 0. 1 5〜 0. 2 0 % とした。

T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %

T i は、 本発明において重要な元素である。 すなわち、 丁 丄 は と同 様にフェライ ト中に炭窒化物と して析出して強度を高め、 更に、 Vと複 合して添加す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 トの強化は、 フェライ ト 'パーライ ト組織における全硬 さとフェライ トの硬さとの差を小さくするので、 良好なクラッキング性 が確保でき、 更に、 フェライ トの強化は大きな疲労強度の確保につなが る。 また、 T i には硫化物を形成して被削性を改善する作用もある。 前 記した効果を十分に得るためには、 丁 1を 0. 1 5 %以上含有させる必 要がある。 しかし、 その含有量が 0. 2 0 %を超えると、 成分コス トが 嵩む。 したがって、 丁 1 の含有量を 0. 1 5〜0. 20 %とした。

N ： 0. 0 0 2〜 0. 0 2 0 %

Nは、 V及ぴ T i と炭窒化物を形成して鋼の強化に寄与する。 この効 果を得るには、 Nは 0. 0 0 2 %以上の含有量が必要である。 しかし、 Nを 0. 0 20 %を超えて含有させても上記の効果は飽和する。 したが つて、 Nの含有量を 0. 0 0 2〜0. 0 2 0 %とした。

Ceqの値： 0. 8 0未満

一般に、 前記（1)式で表される Ceqの値が大きい場合にはコネクティ ングロッ ドの被削性が低下し、 CeQの値が小さい場合には強度が小さく なって疲労強度も小さくなる。 しかしながら、 前記した量の T i と Vを 含有させた本発明に係る素材の場合には、 フェライ トが大幅に強化され るため前記（1)式で表される C eqの値が小さい場合にも大きな強度が得 られ、 更に、 フヱライ トの強度が大きい分被削性は良好になる。 なお、 前記した量の T i と Vを含有させてフェライ トを強化させた本発明に係 る素材の場合にも、 Ceqの値が 0. 8 0以上になると大きな疲労強度が 確保できるものの被削性が低下することがある。 したがって、 前記（1) 式で表される Ceqの値を 0. 8 0未満とした。 なお、 コネクティングロ ッ ドに要求される強度にもよるが、 Ceqの下限値はほぼ 0. 6 0程度で ある。

(B) コネクティングロッ ドの大端部の組織と硬さ

(B— 1 ) 大端部の組織

本発明に係る非調質コネクティングロッ ドの大端部の組織は、 フェラ イ ト ·パーライ トとする必要がある。 これは、 クラッキング性と被削性 をともに良好にして、 大端部でのクラッキングを容易にするとともにボ ルト穴の加工を容易にするためである。 すなわち、 マルテンサイ ト、 ベ ィナイ トゃオーステナイ トを含む組織のクラッキング性は低く、 更に、 フェライ ト · パーライ ト組織に比べて被削性にも劣る。 したがって、 本 発明に係る非調質コネクティングロッ ドにおいては、 その大端部の組織 をフェライ ト · パーラィ トと した。 ここで、 既に述べたように、 「フエ ライ ト ' パーライ ト組織」 とはフェライ トとパーライ トの混合組織を指 す。

( B— 2 ) 大端部の、 全硬さ、 フェライ ト ' パーライ ト組織における フェライ トの硬さ及ぴ、 フ ライ トの硬さと全硬さの比

本発明に係る非調質コネタティングロッ ドの大端部は、 全硬さがビッ カース硬さで 2 5 5〜 3 2 0、 フェライ ト 'パーライ ト組織におけるフ ヱライ トの硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上、 且つ、 前記フェライ ト の硬さと全硬さの比が 0 . 8 0以上でなければならない。

先ず、 大端部の全硬さがビッカース硬さで 2 5 5未満であると疲労強 度及ぴクラッキング性が低下し、 一方、 3 2 0を超えると大きな疲労強 度と良好なクラッキング性が確保できるものの被削性が低下することが ある。

次に、 フェライ ト · パーラィ ト組織におけるフェライ トの硬さはクラ ッキング性、 被削性及び疲労強度に影響し、 フェライ トの硬さを H v 2 5 0以上とすることが良好なクラッキング性と被削性、 及ぴ大きな疲労 強度を確保するための条件となる。

更に、 フェライ ト · パーラィ ト組織におけるフェライ トの硬さと大端 部の全硬さの差を小さくすること、 換言すれば、 フェライ トの硬さと全 硬さの比を大きくすること、 特に、 上述の比を 0 . 8 0以上と大きくす ること、 によって良好なクラッキング性、 大きな疲労強度及び良好な被 削性を確保することができる。

したがって、 本発明に係る非調質コネクティングロッ ドの大端部に関 して、 全硬さをビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0、 フェライ ト 'パーラ ィ ト組織におけるフェライ トの硬さをビッカース硬さで 2 5 0以上、 且 つ、 前記フェライ トの硬さと全硬さの比を 0. 8 0以上とした。

ここで、 大端部の全硬さとは、 鍛鍊軸に垂直に切断した面をランダム に 4箇所測定した場合の平均値を指し、 上記大端部の全硬さとしてのビ ッカース硬さは、 9 8. 0 7 Nの試験力で測定した値をいうこと、 フエ ライ トの硬さとしてのビッカース硬さは、 0. 0 9 8 0 7 Nの試験力で 測定した値をいうことは既に述べたとおりである。

なお、 本発明でいうフェライ トには、 セメンタイ トとともにパーライ トを形成するフェライ トは含まないことも既に述べたとおりである。 前記の発明 （ I ) は、 上述の （A) 項及ぴ （B) 項の規定を満たす非 調質コネクティングロッ ドである。

( C) コネクティングロッ ドの製造条件

前記の発明 （ I ) に係る非調質コネクティングロッ ドを比較的容易に 得るには、 既に述べた （ a ) 〜 （ f ) の処理をこの順に含む方法によつ て製造するのがよい。

そこで、 発明 （Π) は、 前記 （A) 項に記載の化学組成を有する鋼を 、 例えば、 通常の方法で溶製した後に鋼塊ゃ鋼片とし、 次にその鋼塊や 鋼片のままで、 或いは更に通常の方法で熱間での圧延及び Z又は鍛造を 施した後で、 前記 （ a ) 〜 （ e ) の処理をこの順に含む工程でコネクテ イング口ッ ド本体とコネクティング口ッ ドキャップとに分割し、 その後 更に、 （ f ) の処理を経てクランクシャフ トに結合して組み立てる製造 方法とした。

前記 （ a ) の処理は、 コネクテイングロッ ド本体とコネクティングロ ッ ドキヤップがつながった一体物として熱間鍛造するための加熱処理で ある。 鍛造のための加熱温度が 1 2 0 0°C未満の場合には素地への T i の固溶が不十分となって、 たとえ T i と Vを複合添加した前記 （A) 項 に記載の化学組成を有する鋼であっても、 フェライ トの大幅な強化が達 成されず、 所望の良好なクラッキング性及び大きな疲労強度が得られな い場合がある。 一方、 加熱温度が 1 3 5 0 °Cを超えると、 加熱炉に過度 の負担がかかることに加えてスケールロスが大きくなるためコストが嵩 むことになる。 このように前記 （A ) 項に記載の化学組成を有する鋼の 加熱温度は 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cとするのがよい。

したがって、 発明 （Π ) においては （ a ) の加熱処理の温度を 1 2 0 0〜： 1 3 5 0 °Cとした。

前記 （b ) の処理は、 コネクティングロッ ド本体とコネクティングロ ッドキヤップがつながった一体物に加工するための熱間鍛造である。 鍛 造温度が 9 0 0 °Cを下回る場合には、 素材 （被鍛造材） の変形抵抗が大 きく、 鍛造用金型の寿命低下を招く場合がある。 更に、 オーステナイ ト 結晶粒の再結晶が十分達成されないままフェライ ト ·パーライ ト変態し て組織が微細化するので、 靱性が高くなってクラッキング性が低下した り、 全硬さやフェライ トの硬さが小さくなって疲労強度ゃクラッキング 性が低下したりすることがある。 このため、 コネクティングロッ ド本体 とコネクティングロッ ドキャップがつながつた一体物に加工するための 熱間鍛造は 9 0 0 °C以上の温度で行うのがよい。

したがって、 発明 （Π ) においては （b ) の熱間鍛造温度を 9 0 0 °C 以上とした。 なお、 この鍛造は 1 0 5 0 °C以上の温度で行うことがよ り好ましい。 鍛造の上限温度については、 加熱温度が前記の 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cであれば、 実質的な上限温度は 1 2 5 0 °C程度となる。

前記 （ c ) の処理は、 規定の寸法公差を満たすために大端部に施す熱 間コイニング処理である。 大端部のコィニング処理は冷間で行われるの が通常であるが、 8 0 0 °C以下の低い温度で大端部のコイニングを行う と、 後でクラッキングした際に、 コイニング処理で生じた残留応力が解 放されるため破面密着性が低下し、 クランクシャフ トを挟む部分である 合わせ面に切削加工を施す必要が生じることがあり、 切削加工を施す場 合には工程が増えるとともにコス トも嵩んでしまう。 このため、 規定の 寸法公差を満たすために大端部に施すコイニング処理は 8 00 °Cを超え る温度で行うのがよい。

したがって、 発明 （Π) においては （ c ) の大端部に施すコイニング 処理を 8 0 0°Cを超える温度で行うことと した。

なお、 前記 （A) 項に記載の化学組成を有する鋼に、 前 ' （ a ) 〜 （ c ) で述べた処理を施し、 （ c ) の熱間コイニングを行った後の冷却を 大気中放冷とすれば、 （B) 項で述べた非調質コネクティングロッ ドの 大端部の組織と硬さが容易に得られる。

ここで、 既に述べたように、 上述の （a ) 〜 （ c ) における温度とは 鋼や一体物成形材の表面における値を指す。

なお、 発明 （Π) は大端部以外の部位のコイニング温度を規定するも のではなく、 大端部以外の部位のコイニング処理は熱間で行ってもよい し、 通常行われているように冷間で行ってもよい。

クラッキングする際の亀裂発生の起点を限定するとともに、 一体成形 材のクラッキングをより容易且つ確実に行えるようにし、 また、 クラッ キングした際の破断面を容易且つ確実に平滑な脆性破面とするためには 大端部に切り欠きを設けるのがよい。

したがって、 発明 （Π) においては （d) の処理で大端部に切り欠き を設けることとした。 なお、 大端部に設ける切り欠きの応力集中係数は 2以上とすることが極めて好ましく、 また、 大端部に設ける切り欠きは 、 図 1における N部に設けるのが好ましい。

前記 （ e ) の処理は、 一体成形材をコネクティングロッ ド本体とコネ クティングロッ ドキヤップに分割する処理である。 この処理の方法は特 に限定されるものではなく、 通常行われているクラッキングコネタティ ングロッ ドの製造方法で行えばよい。

前記 （ f ) の処理は、 クラッキング処理で分割されたコネクティング 口ッ ド本体とコネクティング口ッ ドキャップとをクランクシャフ トに結 合して組み立てる処理である。 この処理の方法も特に限定されるもので はなく、 通常行われているコネクティング口ッ ドの製造方法で行えばよ い。

なお、 コネクティング口ッ ド本体とコネクティングロッ ドキャップと を結合するためのボルト穴加工は、 例えば、 前記 （ d ) の処理の前、 （ d ) の処理と同時又は （e ) のクラッキング処理の前に行えばよい。

(実施例）

次に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、 本発明はこの 実施例に限定されるものではない。

表 1に示す化学組成を有する鋼を通常の方法で 3 トン電気炉を用いて 溶製し、 鋼塊とした。 表 1において、 鋼 3〜 5及ぴ鋼 1 0〜 1 2は化学 組成が本発明で規定する範囲内の本発明例の鋼であり、 鋼 1、 鋼 2及ぴ 鋼 6〜 9は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。 なお、 比較例の鋼のうち鋼 1及ぴ鋼 2はそれぞれ、 米国特許第 5 1 3 5 5 8 7号公報で開示され欧州で既に実用化されてい るクラッキングコネクティング口ッ ド用鋼にほぼ相当する鋼及び、 一部 の車種で採用されている非調質コネクティングロッ ド用の、 0 . 3 5 % C - 0 . 4 % S i - 0 . 9 5 % M n - 0 . 0 4 % S - 0 . 5 % C r - 0 . 1 % Vを基本の化学組成とする鋼に被削性改善の目的で P b と C aを 添加した鋼である。

1

I

し eq^C (Si/10) + (Μη/δ) + (5Cr/22) +1.65V- (5SX7) *印は本発明で規定する範囲から外れていることを示す。

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つて 鋼片とした後、 熱間圧延して直径 3 5 m mの丸棒にした。

このようにして得た直径 3 5 m mの丸棒を素材として、 コネクティン グロッ ド本体とコネクティング口ッ ドキヤップの一体成形鍛造及び大端 部のコイニング処理を行った。

表 2に、 上記の一体成形鍛造及ぴ大端部のコイニング処理条件を示す 。 なお、 大端部を熱間コイニングした後の冷却は大気中放冷とした。 次いで、 大端部以外の部位のコイニングを冷間で行い、 更に、 大端部 の図 1における N部に表 2に示す応力集中係数を有する切り欠きを設け た。

2

*印は化学組成が本発明で規定する条件から外れ た鋼であることを示す。

(+)印は発明 ( Π ) で規定する条件から外れてい ることを示す。 このようにして得た切り欠きのついた一体成形材を用いてミク口組織

、 ビッカース硬さ （以下、 H v硬さという） 、 引張特性、 耐疲労特性、 被削性及ぴクラッキング性を調査した。

すなわち、 前記した各一体成形材の大端部から鍛鍊軸に垂直な面を観 察面とするミクロ試験片を切り出し、 鏡面研磨してナイタル腐食した後 、 倍率を 4 0 0倍とした光学顕微鏡で観察して、 ミクロ組織の判定を行 つた。

上記のようにして観察した組織がフェライ ト ·パーライ トであったも のについては、 更に、 フェライ トの H v硬さを 0. 0 9 8 0 7 Nの試験 力で測定した。

また、 各一体成形材の大端部から鍛鍊軸に垂直な面を試験面とする試 験片を切り出して鏡面研磨した後、 全硬さとしての H V硬さを 9 8. 0

7 Nの試験力で測定した。

組織がフェライ ト ·パーラィ トであったものは、 一体成形材のコネク ティングロッ ド本体 2の桿部 6 (図 1参照） から、 JIS Z 2201に記載の 平行部の直径が 3. 0 mmの 1 4 A号引張試験片を切り出し、 室温での 引張試験も行い、 引張強さ （T S) を測定した。

同様に、 組織がフェライ ト ·パーライ トであったものについては、 一 体成形材のコネクティングロッ ド本体 2の桿部 6から平行部の直径が 3 mmで、 平行部の長さが 1 1 m mの疲労試験片を切り出し、 電気油圧サ ーボ式疲労試験機を用いて、 室温大気中で、 応力比を _ 1、 繰り返し速 度を 1 0〜 2 0 H z として、 荷重制御引張圧縮による疲労試験を行い、 疲労強度 （ a w) を測定した。 この σ wと前記の T Sとから耐久比 （ σ w/T S ) を求めた。

なお、 前記の鋼 2を素材とする試験番号 2の a wの値 （ 3 7 4MP a

) を基準性能と し、 これ以上の σ wが得られた場合に耐疲労特性が良好 と判断した。 被削性は、 ボルト穴加工を想定して、 各一体成形材の大端部に貫通孔 をドリルで穿孔し、 孔を 3 0 0個あけた後のドリルのコーナー摩耗量 （ つまり、 ドリル最外周部の摩耗量） を測定して評価した。 なお、 一部の 車種で採用されている非調質コネタティングロッ ド用鋼に相当する鋼に 被削性改善の目的で P b と C aを添加した鋼 2を素材とする試験番号 2 の場合の上記コーナー摩耗量を基準値と し、 摩耗量が前記基準値の 1 1 0 %以内なら被削性は 「〇」 、 前記基準値の 1 1 0 %を超える場合は被 削性が 「X」 と評価した。 これは、 P bや C aを含まない鋼の被削性が 、 P bと C aを含む鋼 2の被削性に比べて著しく改善されるとは考え難 く、 摩耗量が前記基準値の 1 1 0 %以内なら工業的な規模での生産が可 能と判断したことによる。

穿孔試験条件は次に示すとおり である。

ドリル ： P 2 0超硬の直径 8 m mのス ト レー トシヤンク ドリル、 回転数： 1 2 0 0 r p m、

送り ： 0 . l a m m / r e v、

潤滑：水溶性潤滑剤。

また、 大端部にボルト穴を加工した各一体成形材を、 通常の落錘方式 によってコネクティングロッ ド本体とコネクティング口ッ ドキャップに クラッキングすることを行った。 なお、 鋼 2を素材とする一体成形材だ けは落錘方式によってコネクティングロッ ド本体とコネクティングロッ ドキャップにクラッキングすることができなかった。

クラッキング後、 破断面を観察するとともに破断歪量を測定してクラ ッキング性を評価し、 その破断面が欧州で既に実用化されているクラッ キングコネクティングロッ ド用鋼に相当する鋼 1を素材とする場合と同 程度の破面で、 且つ、 破断歪量が上記鋼 1を素材とする場合の破断歪量 である 0 . 1 5 m mより も小さい場合にクラッキング性が良好であると した。 なお、 破断歪量とは図 2に示す a〜 c の値を測定した場合、 クラ ッキング後の 「 a— { (b + c ) / 2 } 」 の値からクラッキング前の 「 a - { (b + c ) / 2 } 」 の値を引いたものをいう。

表 3に上記の各試験結果をまとめて示す。

表 3において、 H vはビッカース硬さでの大端部のフェライ ト ' パ 一ライ ト組織におけるフェライ トの硬さを表し、 ΤΗ νはビッカース硬 さでの大端部の全硬さを表す。

なお、 試験番号 1においては、 組織がフェライ ト ·パーライ トではな かったため、 フェライ トの硬さを測定しておらず、 したがって、 上記の H V欄は 「一」 と表記した。

また、 試験番号 7においては、 フェライ ト面積率が小さいため 0. 0 9 8 0 7 Νの試験力では圧子がパーライ トにもかかってフェライ ト単独 の硬さを測定することができなかった。 このため、 上記の α Η ν欄は 「 $ J と表記した。

更に、 試験番号 1においては、 組織がフェライ ト ·パーライ トではな かったため、 引張特性及ぴ耐疲労特性を調査しておらず、 したがって、 「T S」 欄及び 「 び w」 欄は 「一」 と表記した。

表 3

組織欄は 「F」 が ライト、 「P」 が/ -ライトを示す。

α Ην欄の 「一」 は 「F+PJ 以外の組織のため ライトの硬さを測定していないこと を、 「$」 は 0. 09807Nの試験力ではフェライト単独の硬さを測定することができなか つたことを示す。

破面形態欄の 「一」 は破断できなかったことを、 「脆 +延」 は一部延性破面が 混ざっていることを示す。

被削性欄の 「#」 は判定基準であることを示す。

*印は本発明で規定する条件から外れていることを示す。

**印は目標に達していないことを示す。 、

表 3から明らかなように、 本発明で定める化学組成を有するとともに 、 大端部の、 組織、 全硬さ、 フェライ トの硬さ及ぴフェライ トの硬さと 全硬さの比を有する、 試験番号 2 5及び試験番号 1 2の場合は、 いず れも目標とする被削性、 クラッキング性及ぴ耐疲労特性が得られている

上記試験番号のうちでも、 試験番号 1 2の場合は応力集中係数が大き い切り欠きを設けたためクラッキング性は極めて良好である。 これに対して、 試験番号 6〜 9の場合は、 少なく とも化学組成が本発 明で規定する条件から外れているため、 被削性、 クラッキング性及ぴ耐 疲労特性のいずれか 1つ以上において目標に達していない。

欧州で既に実用化されているクラッキングコネタティングロッ ド用鋼 にほぼ相当する鋼である鋼 1を用いた試験番号 1の場合は、 ドリルのコ ーナー摩耗量が前記基準値の 1 1 0 %を超え、 被削性は 「X」 で目標に 達していない。

一部の車種で採用されている非調質コネタティングロッ ド用鋼に相当 する鋼に被削性改善の目的で P bと C aを添加した鋼 2を用いた試験番 号 2の場合は、 落錘方式によってコネクティングロッド本体とコネクテ イングロッ ドキャップにクラッキングすることができず、 クラッキング 性に劣る。

一方、 試験番号 1 0は本発明で定める化学組成を有するものの、 大端 部のフェライ ト 'パーライ ト組織におけるフェライ トの硬さが本発明で 規定する条件から外れているためクラッキング性及ぴ耐疲労特性に劣つ ている。

同様に、 試験番号 1 1は本発明で定める化学組成を有するものの、 全 硬さ及ぴフェライ トの硬さが本発明で規定する条件から外れており、 ク ラッキング性及ぴ耐疲労特性に劣っている。 産業上の利用可能性

本発明の非調質コネクティングロッ ドは、 P b非添加鋼を素材とする 被削性、 クラッキング性及ぴ耐疲労特性に優れたものであり、 自動車ェ ンジンなどのコネクティングロッ ドとして利用することができる。 この 非調質コネクティングロッ ドは本発明の方法によって比較的容易に製造 することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 質量％で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %、 Mn : 0. 6 0〜 0. 9 0 %、 P ： 0. 0 4 0〜 0. 0 7 0 %、 S ： 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %、 C r : 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V : 0 . 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0 2 〜 0. 0 2 0 %を含み、 残部は F e及ぴ不純物からなり、 下記（1)式で 表される CeQの値が 0. 8 0未満の化学組成で、 大端部は組織がフェラ ィ ト ·パーライ トで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり、 更に、 大端部の前記フェライ ト ·パーライ ト組織におけるフェライ トの 硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、 且つ、 前記フェライ トの硬さと 大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネタティングロッ ド

C eq= C + ( S i / 1 0 ) + (Mn/ 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1 . 6 5 V— （ 5 S / 7 ) (1)

ここで、 （1)式中の元素記号は、 その元素の質量％での鋼中含有量を表 す。

2. 質量％で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 % , M n ： 0. 6 0〜 0. 9 0 %、 P ： 0. 0 4 0〜 0. 0 7 0 %、 S ： 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %、 C r : 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V ： 0 . 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0 2

〜 0. 0 2 0 %を含み、 残部は F e及ぴ不純物からなり、 下記（1)式で 表される Ceqの値が 0. 8 0未満の化学組成で、 大端部は組織がフェラ ィ ト ·パーライ トで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり、 更に、 大端部の前記フェライ ト ·パーライ ト組織におけるフェライ トの 硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、 且つ、 前記フェライ トの硬さと 大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネタティングロッ ド の製造方法であって、 下記 （ a ) 〜 （ f ) の処理を順に含む非調質コネ タティングロッ ドの製造方法。

( a ) 前記の化学組成を有する鋼を 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cに加熱する 処理

( b ) コネクテイングロッ ド本体とコネクティングロッ ドキャップが つながった一体物に成形する 9 0 0 °C以上の温度での熱間鍛造

( c ) 8 0 0 °Cを超える温度での大端部の熱間コイニング

( d ) 大端部に切り欠きを設ける処理

( e ) 大端部の前記切り欠きを設けた部位からコネタティングロッ ド 本体とコネクティング口ッ ドキヤップに破断分割する処理

( f ) 破新分割されたコネクティング口ッ ド本体及びコネクティング ロッ ドキヤップを結合する処理

Ceq=C + ( S i / 1 0 ) + (M n / 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1.

6 5 V- ( 5 S/7) (1)

ここで、 （1)式中の元素記号は、 その元素の質量％での鋼中含有量を表 す。