(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量基準で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０３〜０．５０％、Ｎｉ：０．０３〜０．５０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．５０％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０.０４５％およびＮ：０．００５〜０．０２５％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる合金組成を有し、部品形状に熱間鍛造した後に２個以上に破断分離することが容易な熱間鍛造用高強度非調質鋼。
【請求項２】
重量基準で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０３〜０．５０％、Ｎｉ：０．０３〜０．５０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．５０％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０.０４５％およびＮ：０．００５〜０．０２５％を含有するとともに、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｓ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下およびＢｉ：０．３０％以下から選ばれる１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる合金組成を有し、部品形状に熱間鍛造した後に２個以上に破断分離することが容易な熱間鍛造用高強度非調質鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのコネクティングロッドのように、鍛造によって部品形状を与えられ、その後に２個以上の部品に破断分離して用いる部品の材料であって、破断分離が容易に行なえる熱間鍛造用の高強度非調質鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記したコネクティングロッドのような、鍛造後に２個以上の部品に分離して用いる部品は、従来は、最終的な形状に一体で鍛造し、必要によっては仕上げ加工を施した後、機械加工によって２個に切断分離されていた。この製造方法によるときは、切断部分に切り代として余分な材料を要するとともに、切断後、内面を切削加工または研磨などによって仕上げる必要があり、その作業に多大な時間を要し、高いコストがかかっていた。
【０００３】
これらの問題を解決する方策の一つとして、粉末焼結鍛造プロセスを採用することが提案されたが、粉末焼結鍛造は、プロセス自体が複雑であり、生産性が低く、コスト低減には結びつかない。
【０００４】
一般の溶製材を熱間鍛造して得られる部品は、機械構造部品に要求される強度を与える２０〜３０ＨＲＣの硬さ範囲では、十分な靭性を有しているため、破断による分離を行なうと、破断面の一部に、衝撃試験時に見られるシアーリップのような大きな塑性変形が生じ、破断分離したままでは、破面を正確に合わせることが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、溶製材を熱間鍛造して一体の部品形状を与えたものを、２個以上に分離して使用する部品の材料として適切なものであって、分離のための作業時間を短縮し、材料の歩留まりを向上させるため、機械加工による切断を行なわなくても、衝撃により容易に破断分離することができるような、熱間鍛造用の高強度非調質鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の破断分離が容易な熱間鍛造用高強度非調質鋼は、重量基準で、Ｃ：０．３０〜０．６０％、Ｓｉ：０．０５〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０５〜０．２０％、Ｃｕ：０．０３〜０．５０％、Ｎｉ：０．０３〜０．５０％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％、Ｖ：０．０５〜０．５０％、ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０.０４５％およびＮ：０．００５〜０．０２５％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物からなる合金組成を有し、熱間鍛造後に２個以上の部品に破断分離することが容易な鋼である。
【０００７】
この熱間鍛造用の高強度非調質鋼は、上記した基本的な合金成分に加えて、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｓ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下およびＢｉ：０．３０％以下から選ばれる快削元素の、１種または２種以上を含有することができる。それにより、鍛造品の機械加工性が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の破断分離が容易な熱間鍛造用の高強度非調質鋼は、熱間鍛造により部品形状にした後、２個以上の部品に破断分離させることが容易である。この破断は、主としてＰ添加による粒界破壊が要因として起こり、破断分離した破面の塑性変形量が小さく、破断面の密着性がよい。Ｐｂ、Ｓ、Ｔｅ、ＣａおよびＢｉから選んだ快削元素の１種または２種以上を添加した合金組成を有するものは、鍛造品の機械加工がいっそう容易である。このように本発明の鋼は、自動車エンジンのコネクティングロッド等を製造する材料として好適に使用できる。
【０００９】
以下に、本発明の破断分離が容易な熱間鍛造用高強度非調質鋼を構成する合金成分の作用と、組成範囲の限定理由を説明する。
【００１０】
Ｃ：０．３０〜０．６０％
Ｃは鍛造品の強度を確保するのに有効な元素であり、この効果を得るためには０．３０％以上含有させることが必要である。過大になると硬さが高くなりすぎ、被削性が低下するので、０.６０％以下とする必要がある。
【００１１】
Ｓｉ：０．０５〜２．００％
Ｓｉは、鋼の溶製時に、脱酸剤として働く。その作用を確保し、かつ、含有量が多すぎると熱間加工性を低くするという弊害を避けるため、０．０５〜２．００％の範囲から添加量を選ぶ。
【００１２】
Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０％
ＭｎおよびＣｒは、パーライトの面積率を増加させるため、合金の硬さに大きく影響する。硬さが適切になるように、Ｍｎは０．１０〜１．００％、Ｃｒは０．０１〜０．５０％の範囲の添加量とする。
【００１３】
Ｐ：０．０５〜０．２０％
Ｐは、粒界に偏析して靭性を低下させる元素であるから、その含有量を低く抑えられるのが普通であるが、鍛造品の破断分離を行なう本発明においては、塑性変形量を抑え、結果として破断面の密着性を向上させる働きをする成分として非常に有効であるから、０．０５％以上の量を、積極的に添加する。しかし、あまり多量に添加すると、疲れ限度や熱間加工性を低下させるため、０．２０％を限度とする。
【００１４】
Ｃｕ：０．０３〜０．５０％、Ｎｉ：０．０３〜０.５０％
Ｃｕは、析出硬化作用を示す元素であり、その結果、破断分離性を向上させる。過大に添加すると疲れ限度や熱間加工性を低下させるため、上記の０．０３〜０．５０％の範囲内の添加量をえらぶ。ＮｉはＣｕと化合物を形成し、熱間加工性の低下を防ぐ。この作用を発揮させるため、ＮｉはＣｕと同じ０．０３〜０.５０％の範囲内で、Ｃｕとほぼ同量を添加する。
【００１５】
Ｖ：０．０５〜０．５０％
Ｖは、Ｓｉと同様にフェライトを強化する元素であり、破断面の密着性を向上させる。またＶは、疲労強度を大きく向上させるはたらきもある。これらの効果を得るために、０．０５％以上のＶの添加が必要である。多量の添加は経済的に不利となるため、０．５０％を上限値として設定した。
【００１６】
ｓ−Ａｌ：０．０１０〜０.０４５％
ｓ−Ａｌは、溶製時に脱酸剤として作用する元素であり、０．０１０％以上添加する必要がある。多量の存在は熱間加工性や疲労強度を低下させるので、０．０４５％以下に限定する。
【００１７】
Ｎ：０．００５〜０.０２５％
ＮはＶと窒化物を形成し、その窒化物の微細な析出により、フェライトを強化する働きのある成分であるから、Ｎもまた、Ｖと同様に、疲労強度の向上にとって有効な成分である。このような効果を得るためには、Ｎが０.００５％以上含まれていることが必要である。しかし過剰に存在すると、圧延時に割れが発生しやすくなるなどの問題を生じるため、最大限０．０２５％までとする必要がある。
【００１８】
Ｐｂ：０．３０％以下、Ｓ：０．２０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下およびＢｉ：０．３０％以下から選ばれる１種または２種以上
Ｐｂ、Ｓ、Ｔｅ、ＣａおよびＢｉは、いずれも被削性を向上させる上で有効な元素であるから、鍛造品において被削性がさらに良好であることが要求される場合には、必要に応じて、これらのうちから選ばれる１種または２種以上を適量添加することが好ましい。添加量が多すぎると、熱間加工性や疲労限が低下するので、添加する場合、それぞれ、上記した限度、すなわちＰｂは０.３０％、Ｓは０．２０％、Ｔｅは０．３０％、Ｃａは０．０１％、Ｂｉは０.３０％を超えないようにする必要がある。
【００１９】
【実施例】
表１（実施例）および表２（比較例）に示す合金組成の鋼を溶製し、インゴットに鋳造したものを熱間鍛造して、直径５０mmの鍛造素材とした。この素材を１２００℃で６０分間加熱保持してから直径２２mmの丸棒に熱間鍛造し、その鍛造品から試験片を切り出して、各種の試験に供した。一部の供試材については、ドリル加工能率を測定して、被削性を評価した。さらに一部の供試材については、高温で引張試験を行なって、熱間加工性を評価した。
【００２０】
表１  実施例
0003697822.tif 000002
【００２１】
表２  比較例
0003697822.tif 000003
【００２２】
硬さは、上記の鍛造品の中心部の硬さを、ロックウェル硬度計で測定した値である。破断分離性の指標として、平行部直径１０mm、切欠き底半径０．２mm、切欠き深さ１mmの切欠き引張試験片を用いて引張試験を行ない、試験片の塑性変形量を測定した。疲れ限度は、平行部直径８mmの平滑回転曲げ疲労試験片を用いて測定した。熱間加工性の評価は、直径６mmの試験片を１１００℃で引っ張った後の、試験片の絞り値で評価した。被削性は、下記の条件によるドリル試験を行なって、ドリル加工能率として測定した。ドリル加工能率は、実施例のNo.１を１００としたときの、相対的な値である。
工具：ＳＫＨ５１
送り：０．１mm/rev.
穴深さ：１０mm
工具寿命判定：切削不能
【００２３】
試験の結果を、表３（実施例）および表４（比較例）に示す。
【００２４】
表３  実施例
0003697822.tif 000004
【００２５】
表４  比較例
0003697822.tif 000005
【００２６】
表のデータから、以下のことがわかる。
【００２７】
比較例のNo.Ａは、実施例のNo.１，２に比べてＣ含有量が低いため、塑性変形量は大きく、疲れ限度は低い。比較例のNo.Ｂは、Ｃ含有量が高すぎるために硬さが高くなりすぎており、ドリル加工能率が低い。
【００２８】
比較例のNo.Ｃは、Ｓｉ量が高すぎるために絞り値が低く、熱間加工性がよくない。また、硬さが高くなりすぎていて、ドリル加工能率が低い。
【００２９】
比較例のNo.Ｄは、実施例No.１よりもＰ含有量が低いため、塑住変形量が大きい。それに対して比較例のNo.Ｅは、Ｐ含有量が高すぎるため、疲れ限度および絞り値が低下している。
【００３０】
比較例のNo.Ｆは、Ｃｒを多量に含むため、比較例のNo.ＧはＭｎを多量に含むため、いずれも硬さが高くなりすぎており、ドリル加工能率が低い。
【００３１】
比較例のNo.ＨはＣｕおよびＮｉの含有量が過大であるため、絞り値が低く、熱間加工性が低い。
【００３２】
比較例のNo.ＩはＶ含有量が少ないため、実施例のNo.２と比べて硬さが低く、塑性変形量が大きいうえ、疲れ限度が低い。
【００３３】
比較例のNo.Ｊは、ｓ−Ａｌを多量に含むため、比較例のNo.ＫはＮを多量に含むため、実施例のNo.１にくらべ、疲れ限度および絞り値が著しく低い。
【００３４】
Ｐｂを過剰に漆加した比較例のNo.Ｌは、ほぼ同じレベルの合金元素を含む実施例のNo.１に比べて、疲れ限度および絞り値が著しく低下している。この結果から、被削性改善元素の過剰漆加は好ましくないことがわかる。
【００３５】
実施例のNo.１〜No.７は、実用的な硬さ範囲、つまり２０ＨＲＣ以上３０ＨＲＣ以下において、疲れ限度、塑性変形量ともに、比較例のNo.Ａ〜No.Ｌに比べてすぐれていることがわかる。また、実施例のNo.５〜No.７においては、Ｐｂ、Ｓ、Ｃａの適度な添加により、疲れ限度が大きく低下することなく、被削性が改善されている。