(57)【要約】【課題】自動車用部品などの製造において素材を一体物で製造・破断分離し、この分離したもの同士を再び接合することができる低延性で、強度、被削性を兼備する非調質鋼を提供し、さらに、この鋼からなる自動車等用の部品を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｓ：０．０６０〜０．２００％、Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％を含有し、さらに任意成分としてＶ：０．１５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、各成分元素から特定される低延性指数が０．８以下、強度指数が０．７以上、被削性指数が０．３以下を満足し、かつ、フェライト面積率が５％以下である熱間鍛造用低延性非調質鋼。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｓ：０．０６０〜０．２００％、Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％を含有し、さらに任意成分としてＶ：０．１５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の数式（１）で示す低延性指数が０．８以下、数式（２）の炭素当量で示す強度指数が０．７以上、数式（３）で示す被削性指数が０．３以下を満足し、かつ、フェライト面積率が５％以下であることを特徴とする熱間鍛造用低延性非調質鋼。
【数１】
2004035914.tif 000006
【数２】
2004035914.tif 000007
【数３】
2004035914.tif 000008
【請求項２】
請求項１記載の鋼において、さらに鋼成分に、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３％を含有せしめたことを特徴とする熱間鍛造用低延性非調質鋼。
【請求項３】
請求項１記載の鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛してなることを特徴とする非調質鋼からなる自動車等用の部品。
【請求項４】
請求項２記載の鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛してなることを特徴とする非調質鋼からなる自動車等用の部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車部品用の非調質鋼、特に自動車などのエンジン部品であるコネクティングロッド（コンロッド）、あるいは熱間鍛造により成形し、組み付けの為に分断・接合の必要がある部品に用いる熱間鍛造用低延性非調質鋼およびこれらの非調質鋼から熱間鍛造してなる自動車等用の部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車部品など、例えばコンロッドは２物体が一体的に組み合わせて使用される部品の製造は、非調質鋼などを熱間鍛造により一体成型し、切断によって分断し、分断面である接合面を仕上げ加工した後、再度接合する方法、あるいは、熱間鍛造時に予め分離成型しておき、接合面を仕上げ加工した後に接合する方法がある。いずれにしてもこれらの製造方法では、接合面の仕上げ加工に高い精度が要求され、コストアップの要因となっていた。一方、接合面の仕上げ加工を省略できる方法としては、部品を一体成型しておき、接合面を破断分離し、その破断面の凹凸をそのまま利用することで、高精度の仕上げ加工を必要とせずに、精度良く接合する方法がある。しかし、この工法を採用するには、材料の延性が低く、破断面の変形を伴わずに分離できることが必要である。粉末を焼結した材料は、延性が低く、破断面が比較的平坦であるため、この工法に適しているが、材料コストそのものが高価であり、大量生産には不向きである。
【０００３】
ところで、自動車部品は大量生産が必要で、安価な鋼材が使用されるのが一般的である。その例としては、中炭素鋼にＶを添加し、熱間鍛造ままで必要な強度が得られる非調質鋼Ｓ４５ＣＶなどがある。しかし、これらの非調質鋼は、粉末焼結材などより延性が高く、破断分離した際の破面の凹凸が延性変形するため、再度接合することが不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来の自動車用部品用の非調質鋼と同等の強度と低コストを保ちながら、自動車用部品などの製造において素材を一体物で製造して破断分離し、この分離したもの同士を再度一体化に接合加工することが可能な低延性で破面に凹凸の延性変形を生ずることなく、強度、被削性を兼備した非調質鋼を提供することであり、さらに同非調質鋼からなる自動車等用の部品を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｓ：０．０６０〜０．２００％、Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％を含有し、さらに任意成分としてＶ：０．１５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の数式（１）で示す低延性指数が０．８以下、数式（２）で示す炭素当量の強度指数が０．７以上、数式（３）で示す被削性指数が０．３以下を満足し、かつ、フェライト面積率が５％以下であることを特徴とする熱間鍛造用低延性非調質鋼である。
【０００６】
【数４】
［Ｍｎ％］−１．７×［Ｓ％］‥‥（１）
【０００７】
【数５】
［Ｃ％］＋１／７×［Ｓｉ％］＋１／５×［Ｍｎ％］＋１／９×［Ｃｒ％］＋１／２×［Ｖ％］−５／７×［Ｓ％］‥‥（２）
【０００８】
【数６】
［Ｃ％］＋１／７×［Ｓｉ％］＋１／５×［Ｍｎ％］＋１／９×［Ｃｒ％］＋１／２×［Ｖ％］−６×［Ｓ％］‥‥（３）
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の手段の鋼において、さらに鋼成分に、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３％を含有せしめたことを特徴とする熱間鍛造用低延性非調質鋼である。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１の手段の鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛してなることを特徴とする非調質鋼からなる自動車等用の部品である。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項２の手段の鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛してなることを特徴とする非調質鋼からなる自動車等用の部品である。
【００１２】
本発明の非調質鋼の鋼成分の限定理由について説明する。以下％は質量％を意味する。
【００１３】
Ｃ：０．６０〜０．７５％
Ｃは、０．６０〜０．７５％共析の範囲とすることで鋼のフェライト面積率を少なくして組織をパーライト系とし、低延性とする。すなわち、０．６０％未満では低延性が損なわれて延性が高くなり破断分離性が低下する。しかし、０．７５％を超えると切削性を阻害する。そこで、Ｃは０．６０〜０．７５％とする。
【００１４】
Ｓｉ：０．０５〜１．３０％
Ｓｉは、脱酸剤として必要な元素であり、０．０５％未満では十分でなく、１．３０％を超えると切削性が阻害される。そこで、Ｓｉは０．０５〜１．３０％とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．５０〜１．００％
Ｍｎは、強度確保に必要な元素であり、０．５０％未満では十分でなく、１．００％を超えると切削性が阻害され、かつ、低延性が損なわれる。そこで、Ｍｎは０．５０〜１．００％とする。
【００１６】
Ｓ：０．０６０〜０．２００％
Ｓは、切削性を確保するために必要な元素で、０．０６０％未満では十分でなく、０．２００％を超えると熱間加工性を損なう。そこで、Ｓは０．０６０〜０．２００％とする。
【００１７】
Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％
Ａｌは、脱酸剤として必要な元素であり、０．０１０％未満では十分でなく、０．０３０％で十分である。そこで、Ａｌは０．０１０〜０．０３０％とする。
【００１８】
Ｐｂ：０．０１〜０．３％
Ｐｂは、切削性を確保するために必要な元素であり適宜添加される。Ｐｂが０．０１％未満であるとその効果は十分でなく、０．３％を超えると熱間加工性を損なう。そこでＰｂは０．０１〜０．３％とする。
【００１９】
Ｖ：０．１５％以下
Ｖは、微細な炭化物や窒化物を析出して降伏応力を高め、強度を高めるが、コスト的に不利であるので、上限を０．１５％として、要求強度に合わせて適宜添加するものとする。
【００２０】
低延性指数（１）：［Ｍｎ％］−１．７×［Ｓ％］≦０．８とする理由
低延性指数（１）は、０．８を超えると低延性が損なわれるので、０．８以下とする。しかし、望ましくは０．６５以下とする。
【００２１】
強度指数（２）：０．７≦［Ｃ％］＋１／７×［Ｓｉ％］＋１／５×［Ｍｎ％］＋１／９×［Ｃｒ％］＋１／２×［Ｖ％］−５／７×［Ｓ％］とする理由
強度指数（２）は、硬さをコントロールして強度を確保する指数であるが、０．７未満であると十分な強度が確保できないので、０．７以上とする。
【００２２】
被削性指数（３）：［Ｃ％］＋１／７×［Ｓｉ％］＋１／５×［Ｍｎ％］＋１／９×［Ｃｒ％］＋１／２×［Ｖ％］−６×［Ｓ％］≦０．３以下とする理由
被削性指数（３）は、被削性と硬さのバランスをコントロール指数であって、上記の低延性指数（１）：［Ｍｎ％］−１．７×［Ｓ％］≦０．８を満たす範囲で、Ｓを増量して晶出型のＭｎＳを増加させることで、低延性と強度を高Ｍｎ領域で実現するものであり、被削性指数（３）が、０．３未満であると十分な被削性を保持しながら硬さを確保することできないので、０．３以上とする。
【００２３】
フェライト面積率≦５％とする理由は、フェライト面積率が５％を超えると低延性を損なうからである。
【００２４】
請求項３あるいは請求項４の発明において、鍛造加熱温度を１０００〜１２５０℃とする理由は、１０００℃未満では低延性を損なうからであり、１２５０℃を超えると脱炭され、エネルギーの無駄な消費となるので、鍛造加熱温度を１０００〜１２５０℃とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、下記の実施例を通じて示す。請求項１に係る発明の実施の形態は、質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｓ：０．０６０〜０．２００％、Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％を含有し、さらに任意成分としてＶ：０．１５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、下記の数式（１）で示す低延性指数が０．８以下、数式（２）で示す強度指数が０．７以上、数式（３）で示す被削性指数が０．３以下を満足し、かつ、フェライト面積率が５％以下である熱間鍛造用の低延性非調質鋼で、その実施例を下記の表１に示す。
【００２６】
ここに、数式（１）、数式（２）、数式（３）は、以下のとおりである。
【００２７】
【数７】
［Ｍｎ％］−１．７×［Ｓ％］‥‥（１）
【００２８】
【数８】
［Ｃ％］＋１／７×［Ｓｉ％］＋１／５×［Ｍｎ％］＋１／９×［Ｃｒ％］＋１／２×［Ｖ％］−５／７×［Ｓ％］‥‥（２）
【００２９】
【数９】
［Ｃ％］＋１／７×［Ｓｉ％］＋１／５×［Ｍｎ％］＋１／９×［Ｃｒ％］＋１／２×［Ｖ％］−６×［Ｓ％］‥‥（３）
【００３０】
請求項２に係る発明の実施の形態は、上記の請求項１の手段の鋼において、さらに鋼成分に、質量％で、Ｐｂ：０．０１〜０．３％を含有せしめた熱間鍛造用低延性非調質である。
【００３１】
請求項３に係る発明の実施の形態は、請求項１の手段における非調質鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛してなる非調質鋼からなる自動車等用の部品、例えばコンロッドである。
【００３２】
請求項４に係る発明の実施の形態は、請求項２の手段における非調質鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛してなる非調質鋼からなる自動車等用の部品、例えばコンロッドである。
【００３３】
【実施例】
表１に示す化学成分の鋼を１００ｋｇ真空溶解炉で溶解してインゴットに鋳造した。このインゴットを１２００℃に加熱した後、鍛伸によりφ６５の熱間鍛造用の素材を得た。
【００３４】
【表１】
2004035914.tif 000002
【００３５】
ところで、表１に示す化学成分の鋼は現用鋼を除いて、発明鋼および比較鋼のは全てが本願の発明の化学成分の範囲のものである。しかし、比較鋼は本願発明の各特性指数の範囲を満たしていないため、必要な特性を得ることができない。以下、表２にこれらの発明鋼と比較鋼における各特性指数と各必要特性値との関係を示す。
【００３６】
【表２】
2004035914.tif 000003
【００３７】
シャルピー衝撃試験（ＪＩＳ３号２ｍｍＵノッチ）について
本発明において、鍛造部品を破断分割する際に破面を嵌合するため、すなわち、低延性を得るには、シャルピー衝撃値を２０Ｊ／ｃｍ２　以下にする必要がある。即ち、シャルピー衝撃値が２０Ｊ／ｃｍ２以上の材料を用いると、破面が飴のように変形し、嵌め合わせることができない。シャルピー衝撃値を２０Ｊ／ｃｍ２以下にするためには、単なる成分範囲の設定だけでは不十分で、低延性指数を制御する必要があることを見出した。
【００３８】
引張り試験（試験片：ＪＩＳ４号）について
本発明の鋼は自動車などの部品として使われることを想定しており、部品の強度を確保するために強度指数を制御する必要があることを見出した。一般にこれらの鋼材では、強度を確保するために引張試験により評価できる０．２％耐力を指標とする場合が多い。この値は各々の部品に必要とされる強度（自動車要部品の場合は、搭載されるエンジンの出力、設計仕様など）により異なるが、本発明では強度の指標として０．２％耐力を４００ＭａＰ以上とした。
【００３９】
ドリル寿命試験（ドリル：ＳＫＨ５１でφ５、切削速度：２７ｍ／ｍｉｎ（１７２０ｒｐｍ）、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ（３４４ｍｍ／ｍｉｎ）、穿孔深さ：１５ｍｍ止まり穴穿孔不能までの穴数で評価。乾式。）について
本発明において想定している部品はドリルなどによる深穴加工が施される場合が多いため、いくら低延性、強度が確保されていても、加工の際のドリル寿命が短くては、コスト的に極めて不利となるため、実用化は難しい。そこで部品の加工性（工具寿命）を確保するために被削性指数を制御する必要があることを見出した。そこで、実用上問題なく使用できるドリル寿命としては、本試験条件において、４００穴以上穿孔できることが必要であり、そのために被削性指数を０．３以下とする。
【００４０】
上記の鍛伸で得たφ６５の素材を１２００℃に加熱しφ３０に圧鍛し、この圧鍛した鋼材を用いて、ＪＩＳ３号シャルピー衝撃試験（２ｍｍＵノッチ）とＪＩＳ４号引張試験片を作成した。
【００４１】
低延性の指標として、上記のシャルピー衝撃試験片を用い、シャルピー衝撃値を測定した。測定結果を表３に示すとともに、シャルピー衝撃値と数式（１）の関係を図１に示す。
【００４２】
強度の指標として、上記の引張試験片を用い、０．２％耐力を測定し、その結果を表３に示すとともに、０．２％耐力と数式（２）の関係を図２に示す。
【００４３】
さらに、上記のφ６５の素材を１２００℃に加熱し、２５ｍｍ×４５ｍｍに圧鍛し、この圧鍛した鋼材を用いて、ドリル寿命試験を行った。その結果を表３に示すとともに、ドリル穿孔穴数と数式（３）の関係を図３に示す。
【００４４】
【表３】
2004035914.tif 000004
【００４５】
さらに、本発明鋼１および本発明鋼９をそれぞれ種々の鍛造加熱温度にて鍛造試作した実部品のフェライト面積率と破断面の嵌合性を表４に示す。フェライト面積率は５％を超えると低延性が損なわれる。
【００４６】
【表４】
2004035914.tif 000005
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、質量％で、Ｃ：０．６０〜０．７５％、Ｓｉ：０．０５〜１．３０％、Ｍｎ：０．５０〜１．００％、Ｓ：０．０６０〜０．２００％、Ａｌ：０．０１０〜０．０３０％を含有し、さらに任意成分としてＶ：０．１５％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、さらに必要によりＰｂ：０．０１〜０．３％を含有せしめて、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、各成分元素から特定される低延性指数が０．８以下、強度指数が０．７以上、被削性指数が０．３以下を満足し、かつ、フェライト面積率が５％以下である非調質鋼とすることで、熱間鍛造用の低延性で、強度、被削性に優れた非調質鋼が得られ、これらの非調質鋼を鍛造加熱温度１０００〜１２５０℃で圧鍛して自動車等用の部品とするとき低延性を損なうことなく形成でき、これらの鍛造加熱による自動車等用の部品は、通常２物体から形成され、その後に一体に組み合わせた部品とされるが、本発明の非調質鋼とすることで一体物素材から形成され、その後破断分離して２部分とすることができ、部品製造のコストを大幅に低減することができるなど、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非調質鋼のシャルピー衝撃値を示す図である。
【図２】本発明の非調質鋼の０．２％耐力を示す図である。
【図３】本発明の非調質鋼のドリル寿命試験を示す図である。
【図１】
2004035914.tif 000009
【図２】
2004035914.tif 000010
【図３】
2004035914.tif 000011