(57)【要約】【課題】  Ｐｂフリーで、疲労特性に優れた高強度コンロッドを製造する際に好適に用いることのできるコンロッド用鋼、および該コンロッド用鋼を用いて得られる被削性（特に、工具寿命）および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材、並びに前記コンロッド用素材を製造する方法を提供する。【解決手段】  本発明のコンロッド用鋼は、質量％で（以下同じ）、Ｃ：０．１５〜０．３０％、Ｓｉ：０．３５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．８〜１．６％、Ｓ：０．１６〜０．３％、Ｖ：０．２２〜０．３５％、Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）、およびＡｌ：０．０３％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるところに特徴がある。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で（以下同じ）、
Ｃ  ：０．１５〜０．３０％、
Ｓｉ：０．３５％以下（０％を含まない）、
Ｍｎ：０．８〜１．６％、
Ｓ  ：０．１６〜０．３％、
Ｖ  ：０．２２〜０．３５％、
Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、
Ｎ  ：０．０１５％以下（０％を含まない）、および
Ａｌ：０．０３％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする被削性および疲労特性に優れた高強度コンロッド用鋼。
【請求項２】
請求項１に記載のコンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用棒状圧延材であって、
フェライトとパーライトの混合組織を有すると共に、
棒状圧延材の直径をＤとしたとき、該棒状圧延材の長手方向に対する垂直な断面におけるＤ／４位置の硬さが２４０ＨＶ以下であることを特徴とする切断性に優れたコンロッド用棒状圧延材。
【請求項３】
請求項２に記載のコンロッド用棒状圧延材を切断して得られたものであることを特徴とするコンロッド用鋼材。
【請求項４】
請求項１に記載のコンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用鋼材または請求項３に記載のコンロッド用鋼材を鍛造して得られたものであることを特徴とする被削性および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材。
【請求項５】
請求項４に記載のコンロッド用素材を成形加工して得られたものであることを特徴とする疲労特性に優れた高強度コンロッド。
【請求項６】
請求項１に記載のコンロッド用鋼を用いて得られた棒状の圧延材を、７５０〜９５０℃に加熱し、この温度域で保持した後、冷却速度１．５℃／ｓｅｃ以下で冷却することを特徴とする切断性に優れたコンロッド用棒状圧延材の製法。
【請求項７】
請求項６に記載の製法で得られたコンロッド用棒状圧延材を、横断方向に切断してコンロッド用鋼材を得、これを１１００〜１３００℃に加熱保持し、次いで鍛錬比８以上で熱間鍛造した後、１２００〜６００℃の範囲を冷却速度１．７℃／ｓｅｃ以上で冷却することを特徴とする被削性および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材の製法。
【請求項８】
請求項１に記載のコンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用鋼材を、１１００〜１３００℃に加熱保持し、次いで鍛錬比８以上で熱間鍛造した後、１２００〜６００℃の範囲を冷却速度１．７℃／ｓｅｃ以上で冷却することを特徴とする被削性および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材の製法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の製法で得られたコンロッド用素材を成形加工することを特徴とする疲労特性に優れた高強度コンロッドの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジン部品であるコネクティングロッド（略称：コンロッド）を製造するのに好適に用いることのできる鋼、および該コンロッド用鋼を用いて得られるコンロッド、並びに前記コンロッド用鋼を用いてコンロッドを製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関には、ピストンとクランクシャフトとの間を連結し、ピストンの往復運動をクランクシャフトに伝えて回転運動に変換する部品としてコンロッドが用いられている。コンロッドは、コンロッド用鋼を圧延したものを成形加工するか、圧延したものを適当な大きさに切断（剪断加工）した後、成形加工して得られる。
【０００３】
近年、自動車の燃費向上や排ガス規制に対処するために、車体の軽量化が求められ、エンジン部品であるコンロッドについても、軽量化を目的として高強度化が望まれている。また、耐久性の観点から疲労特性（疲労強度）の向上も求められている。
【０００４】
疲労強度を向上させるために、従来では引張強さを増大させる方法が採用されていた。しかし引張強さを増大させるとコンロッド用鋼材の被削性が低下する。ところが被削性は成形前のコンロッド用鋼材を所望の形状に成形加工するために必要な特性である。そこで被削性を改善するためにＳやＰｂなどの被削性改善元素が添加されていた。しかし被削性改善元素を多量に添加すると疲労強度が低下する。
【０００５】
疲労強度と被削性の両立を目指したコンロッド用鋼として、特許文献１の技術が提案されている。この技術では、Ｖを０．１０〜０．３０％含有させることによってＶの炭窒化物を鍛造後の冷却中に微細析出させ、初析フェライトを強化して疲労強度を高めている。そして被削性向上元素としてＳやＰｂを添加することが提案している。しかしこの文献には被削性を改善すると記載されているが、被削性は一般的に（１）切削抵抗、（２）工具寿命、（３）仕上げ面粗さ、（４）切屑処理性（切屑分断性）等の特性で評価されるため、上記特許文献１では被削性のうち具体的にどの特性を改善しているかは不明である。また、自然環境への配慮からＰｂを含有しないＰｂフリー化が求められている。
【特許文献１】特開平７−２３３４３５号公報（［特許請求の範囲］参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では被削性のうちどの特性を改善しているか不明であったため、本発明者らは被削性のうち工具寿命に注目して検討を重ねた。その結果、上記特許文献１の技術では工具寿命は充分改善されておらず、被削時に工具の溶損が発生して生産性を高めることができないことが分かった。
【０００７】
本発明は、この様な状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｐｂフリーで、疲労特性に優れた高強度コンロッドを製造する際に好適に用いることのできるコンロッド用鋼、および該コンロッド用鋼を用いて得られる被削性（特に、工具寿命）および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材、並びに前記コンロッド用素材を製造する方法を提供することにある。本発明の他の目的は、上記コンロッド用素材を用いて得られるコンロッド、および該コンロッドを製造する方法を提供することにある。更に本発明の他の目的は、上記コンロッド用鋼を用いてコンロッドを製造する過程で得られるコンロッド用棒状圧延材、コンロッド用鋼材、および前記コンロッド用棒状圧延材を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、コンロッド用鋼からコンロッドを製造するに当たり、コンロッド用素材の被削性（特に、工具寿命）と疲労特性を向上させると共に、該コンロッド用素材を用いて得られるコンロッドの強度を向上させるべく検討した。その結果、コンロッド用素材の被削性を向上させるためには鋼の成分元素としてＳを、疲労強度を高めるためには鋼の成分元素としてＶを積極的に含有させれば良いことを見出した。また、コンロッド用素材の疲労特性を向上させるには、熱処理条件と熱間鍛造条件を適切に制御することが重要であることを明らかにした。
【０００９】
但し、Ｓを積極的に含有させるとコンロッド用素材の被削性は向上するものの、コンロッド用鋼からコンロッド用棒状圧延材を経てコンロッド用素材を得るまでの過程において、コンロッド用棒状圧延材を冷間で切断する際に端面割れが発生し、切断性が著しく低下することが判明した。そこでコンロッド用素材を得るために用いるコンロッド用棒状圧延材の切断性を高めるべく検討を重ねた。その結果、コンロッド用棒状圧延材の組織と硬さを厳密に制御し、こうした制御のためには熱処理条件を適切に制御すればよいことも判明した。
【００１０】
すなわち本発明に係るコンロッド用鋼とは、質量％で（以下同じ）、Ｃ：０．１５〜０．３０％、Ｓｉ：０．３５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．８〜１．６％、Ｓ：０．１６〜０．３％、Ｖ：０．２２〜０．３５％、Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）、およびＡｌ：０．０３％以下（０％を含まない）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる点に要旨を有する。
【００１１】
本発明に係るコンロッド用棒状圧延材は、上記コンロッド用鋼を用いて得られた棒状圧延材であって、フェライトとパーライトの混合組織を有すると共に、棒状圧延材の直径をＤとしたとき、該棒状圧延材の長手方向に対する垂直な断面におけるＤ／４位置における硬さが２４０ＨＶ以下である点に要旨を有し、切断性に優れたものである。なお、直径とは外接円相当径を意味する。
【００１２】
本発明には、上記コンロッド用棒状圧延材を切断して得られたコンロッド用鋼材、上記コンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用鋼材、これらのコンロッド用鋼材を用いて得られたコンロッド用素材、および該コンロッド素材を成形加工して得られたコンロッドも包含される。
【００１３】
本発明に係るコンロッド用棒状圧延材の製法とは、上記コンロッド用鋼を用いて得られた棒状の圧延材を、７５０〜９５０℃に加熱し、この温度域で保持した後、冷却速度１．５℃／ｓｅｃ以下で冷却する点に要旨を有し、得られたコンロッド用棒状圧延材は切断性に優れたものとなる。上記製法で得られたコンロッド用棒状圧延材を、横断方向に切断してコンロッド用鋼材を得、これを１１００〜１３００℃に加熱保持し、次いで鍛錬比８以上で熱間鍛造した後、１２００〜６００℃の範囲を冷却速度１．７℃／ｓｅｃ以上で冷却すれば、被削性および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材を製造できる。
【００１４】
本発明のコンロッド用素材は、上記コンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用鋼材を、１１００〜１３００℃に加熱保持し、次いで鍛錬比８以上で熱間鍛造した後、１２００〜６００℃の範囲を冷却速度１．７℃／ｓｅｃ以上で冷却しても製造できる。
【００１５】
本発明のコンロッドは、上記製法で得られたコンロッド用素材を成形加工することにより得られ、疲労特性に優れた高強度のものとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、成分組成を厳密に規定することによってＰｂフリーで、疲労特性に優れた高強度コンロッドの製造に好適なコンロッド用鋼、および該コンロッド用鋼を用いて得られる被削性（特に、工具寿命）および疲労特性に優れたコンロッド用素材を提供できる。前記コンロッド用素材は、熱処理条件と熱間鍛造条件を適切に制御することによって製造できる。また本発明によれば、上記コンロッド用素材を成形加工して得られるコンロッド、および該コンロッド用素材からコンロッドを製造する方法を提供できる。このコンロッドは疲労特性に優れた高強度のものとなる。更に本発明によれば、上記コンロッド用鋼を用いてコンロッドを製造する際の中間体となるコンロッド用棒状圧延材、コンロッド用鋼材、および前記コンロッド用棒状圧延材を製造する方法も提供できる。このコンロッド用棒状圧延材は被削性および疲労特性に優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るコンロッドは、次の手順で得られる。即ち、所定の成分組成を有するコンロッド用鋼を用いてコンロッド用鋼材を得、このコンロッド用鋼材に適切な条件で熱処理と熱間鍛造を施すことによりコンロッド用素材を得る。次に、得られたコンロッド用素材を成形加工すればコンロッドが得られる。
【００１８】
まず、本発明に係るコンロッド用鋼の成分組成について説明する。コンロッド用鋼は、所定の成分組成を有するものであり、特にコンロッド用素材の被削性を向上させるためにＳを０．１６〜０．３％、疲労強度を高めるためにＶを０．２２〜０．３５％の範囲で積極的に含有させるところに特徴を有する。こうした範囲を規定した理由は次の通りである。
【００１９】
Ｓ：０．１６〜０．３％
Ｓは、被削性を向上させる元素であり、被削性のなかでも特に工具寿命の向上に寄与する。また被切削時の切屑を細かく分断させる作用も有しているため、生産性を高めることができる。このような作用を発揮させるには０．１６％以上含有させる必要がある。好ましくは０．１７％以上である。しかし多過ぎると強度や疲労強度を低下させる他、冷間での剪断加工時に端面割れを起こし易くなるため上限は０．３％とする。好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００２０】
Ｖ：０．２２〜０．３５％
Ｖは、強度や疲労強度を確保するのに必要な元素であり、０．２２％以上含有させる。好ましくは０．２４％以上である。しかし過剰に含有させても疲労強度向上効果は飽和し、また鋳造時に表面疵が発生し易くなるため、上限は０．３５％とする。好ましくは０．３０％以下である。
【００２１】
本発明のコンロッド用鋼は、上記ＳおよびＶ以外に、Ｃ：０．１５〜０．３０％、Ｓｉ：０．３５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：０．８〜１．６％、Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）、およびＡｌ：０．０３％以下（０％を含まない）を含有するものである。これらの範囲を規定した理由は次の通りである。
【００２２】
Ｃ：０．１５〜０．３０％
Ｃは、強度と疲労強度を確保するために必要な元素であり、０．１５％以上含有させる必要がある。好ましくは０．１８％以上である。しかし過剰に含有させると、被削性（特に、工具寿命）を悪化させるため、上限は０．３０％とする。好ましくは０．２８％以下である。
【００２３】
Ｓｉ：０．３５％以下（０％を含まない）
Ｓｉは、脱酸元素として有効に作用する他、鋼材組織のフェライト内に固溶して熱間鍛造や冷却後の鍛造品を強化するのに有効に作用する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには０．１％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．１５％以上である。しかし過剰に含有させると、被削性や熱間加工性に悪影響を及ぼすため上限は０．３５％とする。好ましくは０．３％以下である。
【００２４】
Ｍｎ：０．８〜１．６％
Ｍｎは、溶製時に脱酸および脱硫元素として作用する他、鍛造品のパーライト焼入性を高めてパーライト組織量を増大させると共に、パーライト中のラメラー間隔を細かくして強度（０．２％耐力）や疲労強度を増大させるのに有効な元素である。またＭｎはＳと結合して硫化物（ＭｎＳ）を形成し、被削時には該ＭｎＳに応力が集中して被削性を向上させる。こうした作用を有効に発揮させるには０．８％以上含有させる必要がある。しかしＭｎ量が過剰になると鋼材中にベイナイト組織が生成し、被削性（特に、工具寿命）が低下するため１．６％以下とする。好ましくは０．１５％以下である。
【００２５】
Ｃｒ：０．３％以下（０％を含まない）
Ｃｒは、鍛造品のパーライト焼入性を高める元素であり、強度（０．２％耐力）や疲労強度の増大に寄与する。こうした作用を有効に発揮させるには０．０２％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．０５％以上である。しかし過剰に含有させると、鋼材が硬くなり過ぎたり、鋼材中にベイナイト組織が生成して被削性が悪くなるため上限は０．３％とする。好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００２６】
Ｎ：０．０１５％以下（０％を含まない）
Ｎは、結晶粒を微細化して疲労強度を向上させる元素であり、こうした作用を有効に発揮させるには０．００２％以上含有させることが推奨される。より好ましくは０．００２０％以上、更に好ましくは０．００３％以上である。しかし過剰に含有させると被削性が劣化し、また熱間加工性も悪くなるため０．０１５％以下とする。好ましくは０．０１５０％以下、より好ましくは０．０１０％以下である。
【００２７】
Ａｌ：０．０３％以下（０％を含まない）
Ａｌは、結晶粒を微細化して疲労特性を向上させる元素であるが、過剰に含有させると被削性が劣化し、また熱間加工性も悪くなるため、含有量は０．０３％以下とする。好ましくは０．０２％以下である。Ａｌは少量の添加でもその作用を発揮するが、作用を有効に発揮させるには０．００１％以上添加することが好ましい。より好ましくは０．００２％以上である。
【００２８】
本発明に係るコンロッド用鋼の成分組成は上記の通りであり、残部は基本的にＦｅおよび不可避不純物からなる。不可避不純物としては、ＰやＣｕ，Ｎｉ，Ｚｒなどが挙げられる。なかでもＰは粒界に偏析して熱間加工性を低下させるため０．０８％以下（０％を含む）に抑えるべきである。
【００２９】
次に、上記成分組成を有するコンロッド用鋼からコンロッド用素材を得るための製法について説明する。
【００３０】
コンロッド用素材は、上記成分組成を有するコンロッド用鋼を用いて常法でコンロッド用鋼材を得、このコンロッド用鋼材に適切な条件で熱処理と熱間鍛造を施すことにより得られる。前記熱処理と熱間鍛造は、具体的には、本発明のコンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用鋼材を１１００〜１３００℃に加熱保持し、次いで鍛錬比８以上で熱間鍛造した後、１２００〜６００℃の範囲を冷却速度１．７℃／ｓｅｃ以上で冷却して行う。
【００３１】
上記コンロッド用鋼材の形状は特に限定されないが、一般的にはφ２５〜４０ｍｍの丸棒状である。
【００３２】
加熱温度は１１００〜１３００℃とする。加熱温度が１１００℃未満では、変形抵抗が大きくなり、鍛造時に割れを発生する。好ましくは１１５０℃以上である。しかし加熱温度が高すぎると溶着するため上限は１３００℃とする。好ましくは１２５０℃以下である。保持時間は特に限定されず設備によって変わるが、一般的には３０分以下（０分を含まない）でよい。
【００３３】
加熱保持後は、鍛錬比８以上で熱間鍛造する。鍛錬比が８未満では、所望の強度が得られない。好ましくは鍛錬比９以上で熱間鍛造する。但し、鍛錬比が大きくなりすぎると鍛造時に割れを発生し、また鍛錬比が１５を超えると実操業にそぐわないため鍛錬比の上限は１５とする。より好ましくは１４以下である。
【００３４】
なお、鍛錬比とは鍛造前の素材厚みと鍛造後の素材厚みの比（鍛造前の素材厚み／鍛造後の素材厚み）を意味する。熱間鍛造時における鍛錬比以外は公知の条件を採用すればよい。
【００３５】
鍛錬比８以上で熱間鍛造した後、１２００℃から６００℃までの範囲を１．７℃／ｓｅｃ以上で冷却する。１２００〜６００℃の温度域での冷却速度を規定することによって金属組織としてフェライトとパーライトの混合組織のコンロッド用素材となる。また、この温度域での冷却速度が１．７℃／ｓｅｃ未満では所望の強度が得られない。好ましくは１．８℃／ｓｅｃ以上である。但し、冷却速度が大きすぎるとフェライトやパーライト以外の金属組織（例えば、ベイナイト）が生成し易くなるため、上限は３℃／ｓｅｃとする。好ましくは２．５℃／ｓｅｃ以下である。
【００３６】
コンロッド用素材の金属組織は、長手方向（加工方向）に平行または垂直な断面からサンプルを採取し、該サンプル表面を研磨仕上げした後、５％硝酸アルコールで１５秒間腐食させたものを、光学顕微鏡を用いて１００倍で撮影し、これを画像解析してフェライトとパーライト組織が生成していることを確認する。
【００３７】
以上の通り、成分組成を厳密に規定したコンロッド用鋼を用いて得られるコンロッド用素材は、被削性と疲労特性に優れた高強度のものとなるため、該コンロッド用素材は成形加工し易く、生産性を向上させることができる。しかも前記コンロッド用素材に適切な条件で熱処理と熱間鍛造を施すことによって得られるコンロッドは、高強度でしかも疲労特性にも優れたものとなる。
【００３８】
ところが上記成分組成のようにＳ含有量を０．１６〜０．３％に高めると、コンロッド用素材の被削性は向上するものの、コンロッド用鋼からコンロッド用鋼材を経てコンロッド用素材を得るまでの過程で剪断加工（即ち、冷間で切断）したときに切断端面に割れが多数発生し、切断性および品質が著しく低下することが分かった。即ち、コンロッド用素材としては、前述した如くコンロッド用鋼を用いて得られたコンロッド用鋼材を使用できるが、一般的にはコンロッド用鋼から丸棒状の圧延材を得、これを切断してコンロッド用鋼材とし、これをコンロッド用素材として使用される。そのため鋼中に多量のＳを添加すると、鋼中に硫化物系介在物（例えば、ＭｎＳなど）が多く生成し、この硫化物系介在物に冷間切断時の応力が集中して割れの発生起点になると考えられる。
【００３９】
そこで本発明者らは、剪断加工しても切断端面に割れが発生しない棒状の圧延材を提供すべく検討した。その結果、フェライトとパーライトの混合組織を有すると共に、棒状圧延材の直径をＤとしたとき、該棒状圧延材の長手方向に対する垂直な断面におけるＤ／４位置における硬さを２４０ＨＶ以下にすればよいことを知った。なお、棒状とは一般的には丸棒状であるが、断面が多角形を呈していてもよい。直径とは外接円相当径を意味する。
【００４０】
圧延材の金属組織をフェライトとパーライトの混合組織にすると、圧延材の硬さが低下するため冷間で切断したときに生じる内部応力が金属組織の柔らかさで緩和され、硫化物系介在物への応力集中が抑制される結果、切断端面に割れが発生し難くなるものと考えられる。即ち、フェライトとパーライト以外の組織（例えば、ベイナイト）が生成すると圧延材が硬くなるため切断時の応力を金属組織によって緩和することができず、切断端面に割れが発生し易くなる。但し、フェライトとパーライト以外の組織は、面積率で５％程度以下であれば許容できる。好ましくは全てがフェライトとパーライトからなる混合組織である。
【００４１】
なお、フェライトとパーライトの生成比率は特に限定されず、後述する圧延材の硬度が適切な範囲であればよいが、金属組織全体に占めるフェライト組織の割合は、面積率で５０％以上であることが好ましい。より好ましくは５５％以上である。但し、フェライト組織が面積率で１００％になると強度不足となるため７０％以下に抑えるべきである。フェライト組織は後述する熱処理条件を調整することにより制御できる。
【００４２】
圧延材の金属組織は、長手方向（加工方向）に平行または垂直な断面からサンプルを採取し、該サンプル表面を研磨仕上げした後、５％硝酸アルコールで１５秒間腐食させたものを、光学顕微鏡を用いて１００倍で撮影し、これを画像解析してフェライトとパーライト組織が生成していることを確認する。
【００４３】
圧延材の硬さは２４０ＨＶ以下とする。硬さが２４０ＨＶを超えると圧延材が硬くなりすぎるため切断したときの応力を緩和することができず、切断端面に割れが発生する。硬さの下限値は特に限定されないが、５０ＨＶ未満は現実的ではないため下限値は５０ＨＶである。好ましくは２００ＨＶ以上である。
【００４４】
圧延材の硬さは、ＪＩＳ規格のＺ２２４４に準じて測定する。このときの測定位置は、棒状圧延材の直径をＤとしたとき、該棒状圧延材の長手方向に対する垂直な断面におけるＤ／４位置とする。測定箇所は４箇所とし、平均して硬さを算出する。なお、直径とは外接円相当径を意味する。
【００４５】
上記圧延材の形状は棒状であればよく、その大きさは特に限定されないが、φ２５〜４０ｍｍ程度とする。直径が大きすぎると切断面にＭｎＳが多く存在して割れが発生し易くなるため、上限はφ４０ｍｍとすることが好ましい。下限については一般的なコンロッドを製造するにはφ２５ｍｍ程度である。
【００４６】
上記成分組成を含み、金属組織がフェライトとパーライトの混合組織で、Ｄ／４位置における硬さが２４０ＨＶ以下のコンロッド用棒状圧延材を切断して得られるコンロッド用鋼材は、切断端面に割れが発生しないため品質が良好となる。
【００４７】
次に、本発明に係るコンロッド用棒状圧延材を製造する方法について説明する。本発明のコンロッド用棒状圧延材は、上記コンロッド用鋼を用いて得られた棒状の圧延材を、７５０〜９５０℃に加熱し、この温度域で保持した後、冷却速度１．５℃／ｓｅｃ未満で冷却することにより得られる。
【００４８】
加熱温度は７５０〜９５０℃とする。加熱温度が７５０℃未満では再結晶による軟化が起こらず、圧延材が硬くなりすぎるため、切断時の応力を緩和できず、切断端面に割れを発生する。一方、加熱温度が９５０℃を超えても特性に影響はないが、加熱炉の生産性を阻害するため９５０℃以下とする。
【００４９】
上記温度域で保持する時間は特に限定されず、３０〜６０分間程度とすればよい。保持時間が３０分未満では軟化が充分ではなく、一方保持時間が６０分を超えると生産性が悪くなる。
【００５０】
上記温度域で保持した後、冷却速度１．５℃／ｓｅｃ以下で冷却する。冷却速度が１．５℃／ｓｅｃを超えるとベイナイト組織が生成し易くなり、圧延材が硬くなりすぎる。好ましくは１．５℃／ｓｅｃ未満である。なお、上記冷却速度は上記温度域で保持した後、４００℃までの範囲での速度である。
【００５１】
冷却方法は特に限定されず、冷却速度が上記範囲を満たしていればよく、一般的には空冷を採用できる。
【００５２】
上記製法で得られたコンロッド用棒状圧延材は、長手方向に対して垂直に切断してコンロッド用鋼材とした後、これを上述した熱処理条件と熱間鍛造条件で処理することにより、被削性および疲労特性に優れた高強度コンロッド用素材となる。
【００５３】
本発明のコンロッド（コネクティングロッド）は、強度と疲労特性を兼ね備えたものとなるため、自動車のエンジン部品として好適に用いることができる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を実験例によって更に詳細に説明するが、下記実験例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５５】
実験例１
コンロッド用素材の強度と被削性を下記手順で評価した。表１に示す化学成分を有する鋼を、常法で圧延してφ３５ｍｍのコンロッド用鋼材（丸棒）を得た。得られた丸棒の長手方向に垂直な断面からサンプルを採取し、表面を研磨仕上げした後、５％硝酸アルコールで１５秒間腐食させて組織観察用試験片を得た。得られた組織観察用試験片の表面を、光学顕微鏡を用いて１００倍で撮影し、画像解析して丸棒の金属組織を分析した。分析結果を下記表１に併せて示す。表１中、Ｆはフェライト組織、Ｐはパーライト組織、Ｂはベイナイト組織を示している。なお、表１で「Ｆ＋Ｐ＋Ｂ」と示したものについては、金属組織全体を１００％とした場合に、ベイナイト（Ｂ）が面積率で５％を超えて生成していることを意味している。
【００５６】
次に、上記丸棒を下記条件で熱処理してコンロッド用素材を得、この強度を下記手順で評価した。
【００５７】
強度の評価
コンロッド用素材の強度は、引張試験したときの０．２％耐力で評価した。引張試験に用いた試験片は、次の手順で調製した。上記φ３５ｍｍの丸棒を加熱し、１２５０℃で３０分間保持した後、鍛造比９で熱間鍛造してφ４ｍｍに加工した。鍛造終了温度は１０００℃以上として空冷した。１２００〜６００℃の範囲を冷却したときの速度は１．８℃／ｓｅｃである。得られたφ４ｍｍの丸棒をＪＩＳ規格の４号試験片（比例形）に加工したものを引張試験用試験片（コンロッド用素材に相当）とした。引張試験は常温で行い、０．２％耐力が７００〜８００ＭＰａ以上のものを合格とした。
【００５８】
次に、コンロッド用素材の被削性を評価するために、下記手順で被削性試験用試験片（コンロッド用素材を模擬した試験片）を作製し、被削性試験を行って評価した。
【００５９】
被削性の評価
表１に示す化学成分を有する鋼を、常法で圧延して厚み３５ｍｍの板状鋼材を得た。得られた板状鋼材を加熱し、１２５０℃で３０分間保持した後、鍛造比９で熱間鍛造して厚み４ｍｍの鋼板に加工した。鍛造終了温度は１０００℃以上として冷却した。１２００〜６００℃の範囲の冷却速度は１．８℃／ｓｅｃである。得られた厚み４ｍｍの鋼板を被削性試験用試験片とした。
【００６０】
被削性試験は、切削工具としてＳＫＨ５１（φ１０ＳＤ）を用い、切削速度は３０ｍ／ｍｉｎ、送りは０．２１ｍｍ、潤滑状態は乾式とした。工具寿命は、切削工具が溶損または折損するまでに切削した距離（長さ）で評価した。
【００６１】
表１から次のように考察できる。鋼種ａ〜ｋは、本発明で規定する要件を満たすコンロッド用鋼であり、このコンロッド用鋼を用いて得られるコンロッド用素材は、強度が大きく、しかも被削性（工具寿命）に優れている。一方、鋼種ｌ〜ｒは、鋼の成分組成が本発明で規定する範囲から外れる例であり、このコンロッド用鋼を用いたコンロッド用素材は、強度か被削性（工具寿命）のどちらかが悪い。なお、鋼種ｓとｔは、強度と被削性（工具寿命）共に優れているが、Ｐｂを含有する例であり、Ｐｂフリーを達成できない。
【００６２】
【表１】
2006241576.tif 000002
【００６３】
実験例２
コンロッド用丸棒状圧延材の切断性を次の下記手順で評価した。上記表１に示した化学成分を有する鋼（鋼種ａ〜ｋ）を、常法で圧延してφ３５ｍｍの丸棒状の圧延材を得た。得られた圧延材を加熱し、下記表２に示す加熱温度で３０分間保持した。加熱保持後、下記表２に示す冷却速度で空冷して丸棒状圧延材を得た。なお、冷却速度は、下記表２に示した加熱温度から４００℃までの範囲を冷却したときの速度である。
【００６４】
得られた丸棒状圧延材の金属組織を上記実験例１と同じ手順で観察・分析した。分析結果を下記表２に併せて示す。
【００６５】
次に、上記丸棒状圧延材の硬さを次の手順で測定した。得られた丸棒状圧延材の直径をＤとしたとき、該丸棒状圧延材の長手方向に対する垂直な断面におけるＤ／４位置における硬さを測定した。圧延材の硬さは、ＪＩＳ規格のＺ２２４４に準じて測定した。測定箇所は４箇所とし、平均して硬さを算出する。算出結果を下記表２に示す。
【００６６】
次に、上記丸棒状圧延材の切断性を次の手順で評価した。切断性は、上記丸棒状圧延材を長手方向に垂直に剪断加工した後の端面を目視で観察し、割れ発生の有無で評価した。上記丸棒状圧延材の剪断加工には、切断機として４００トンのシャー切断機（φ５５ｍｍ以下の鋼材切断用）を用い、切断時の温度は１００〜２００℃とした。切断にはφ３８ｍｍ用のバイト（切れ刃を有する工具）を用いた。上刃丸バイトの内径はφ３９．０ｍｍであり、下刃丸バイトの内径はφ３８．６ｍｍである。バイトの材質はＳＫＤ６５（硬さはＨＲＣ５３〜５６）である。切断後の端面を目視で観察した結果を下記表２に併せて示す。表２中、○は割れが認められなかったもの（合格）、×は割れが認められたもの（不合格）を示している。
【００６７】
表２から次のように考察できる。Ｎｏ．１〜１４は、本発明で規定する要件を満たす例であり、金属組織がフェライトとパーライトの混合組織であり、しかもＤ／４位置における硬さが２４０ＨＶ以下であるため、剪断加工を施しても端面に割れは発生せず、切断性に優れている。一方、Ｎｏ．１５〜４１は、本発明で規定する範囲から外れる例であり、Ｄ／４位置における硬さが２４０ＨＶを超えており、剪断加工を施すと端面に割れが発生し、切断性に劣る。
【００６８】
【表２】
2006241576.tif 000003
【００６９】
実験例３
上記表１に示した化学成分を有する鋼（鋼種ａ〜ｋ，ｍ〜ｏ，ｒ）を、常法で圧延してφ３５ｍｍの丸棒状の圧延材を得た。得られた圧延材を加熱し、８００℃で３０分間保持した。加熱保持後、冷却速度１．４℃／ｓｅｃで空冷して丸棒状圧延材を得た。なお、冷却速度は、８００℃から４００℃までの範囲を冷却したときの速度である。
【００７０】
得られた丸棒状圧延材の金属組織を上記実験例１と同じ手順で観察・分析した。分析結果を下記表３に示す。
【００７１】
また上記丸棒状圧延材の硬さを次の手順で測定した。丸棒状圧延材の直径をＤとしたとき、該丸棒状圧延材の長手方向に対する垂直な断面におけるＤ／４位置における硬さを測定した。圧延材の硬さは、ＪＩＳ規格のＺ２２４４に準じて測定した。測定箇所は４箇所とし、平均して硬さを算出する。算出結果を下記表３に示す。
【００７２】
次に、上記丸棒状圧延材の切断性を上記実験例２と同じ手順で評価した。切断後の端面を目視で観察した結果を下記表３に併せて示す。表３中、○は割れが認められなかったもの（合格）、×は割れが認められたもの（不合格）を示している。
【００７３】
次に、切断後の丸棒状圧延材（コンロッド用鋼材に相当）に、次の手順で熱処理と熱間鍛造を施してコンロッド用素材を得た。上記丸棒状圧延材を加熱し、１２５０℃で３０分間保持した後、鍛造比９で熱間鍛造してφ４ｍｍに加工した。鍛造終了温度は１０００℃以上として空冷した。１２００〜６００℃の範囲を冷却したときの速度を下記表４に示す。得られたφ４ｍｍの丸棒をＪＩＳ規格の４号試験片（比例形）に加工したものを引張試験用試験片（コンロッド用素材に相当）とした。この試験片を用いて強度と疲労特性を下記手順で評価した。
【００７４】
強度と疲労特性の評価
コンロッド用素材の強度は、引張試験したときの０．２％耐力で評価した。一方、疲労特性は、引張試験したときの０．２％耐力と引張強度の比（０．２％耐力／引張強度）で評価した。引張試験は常温で行い、強度は０．２％耐力が７００〜８００ＭＰａを合格、疲労特性は０．２％耐力／引張強度比が０．７〜０．８のものを合格とした。測定結果を下記表３に併せて示す。
【００７５】
次に、上記コンロッド用素材の被削性を評価するために、下記手順で被削性試験用試験片（コンロッド用素材を模擬した試験片）を作製し、被削性試験を行って評価した。
【００７６】
被削性の評価
上記表１に示した化学成分を有する鋼（鋼種ａ〜ｋ，ｍ〜ｏ，ｒ）を、常法で圧延して厚み３５ｍｍの板状鋼材を得た。得られた板状鋼材を加熱し、８００℃で３０分間保持した。加熱保持後、冷却速度１．４℃／ｓｅｃで空冷して圧延材を得た。なお、冷却速度は、８００℃から４００℃までの範囲を冷却したときの速度である。次に、上記圧延材を加熱し、１２５０℃で３０分間保持した後、鍛造比９で熱間鍛造して厚み４ｍｍの鋼板に加工した。鍛造終了温度は１０００℃以上として空冷した。１２００〜６００℃の範囲を冷却したときの速度は、下記表３に示したものと同じ条件とした。得られた厚み４ｍｍの素材を被削性試験用試験片とした。
【００７７】
下記表３から次のように考察できる。Ｎｏ．５１〜６１は、本発明で規定する要件を満足する例であり、強度（０．２％耐力）と疲労特性の両方に優れている。一方、Ｎｏ．６２〜６５は、鋼の成分組成が本発明で規定する範囲から外れる例であり、強度（０．２％耐力）が劣っており、疲労特性が劣る例もある。なお、上記コンロッド用素材の強度と被削性の結果は、該コンロッド用素材を加工して得られるコンロッドの強度と被削性の結果と夫々等しかった。
【００７８】
【表３】
2006241576.tif 000004