(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、Ｃ：０．３５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜０．７５％、Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、Ｃｒ：１．００％以下、Ｃｕ：０．５０％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼に熱間鍛造を施したのち、その鍛造粗材に７００℃以上の温度でコイニングを施し、コイニング後の粗材温度が８００℃を超える場合には、８００℃〜６００℃の間の冷却速度、粗材温度が７００℃以上８００℃以下の場合には、その温度から６００℃までの冷却速度をそれぞれ１．５〜８℃／ｓに制御空冷して、ＨＲＣ硬さが１８〜３０であると共に、
（１／１００）（ｆａ／１００）１／３（１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ−１／２）
＋（１／１００）（１−（ｆａ／１００）１／３）（７９．６＋１．７２Ｓｏ−１／２）
＋０．２８Ｓｉ％−０．７９≧１（但し、ｆａ：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓｏ：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ））を満足するフェライト＋パーライト混合組織を得ることを特徴とする熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法。
【請求項２】
質量比で、Ｃ：０．３５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜０．７５％、Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、Ｃｒ：１．００％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、およびＳ：０．１２０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．３０％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼に熱間鍛造を施したのち、その鍛造粗材に７００℃以上の温度でコイニングを施し、コイニング後の粗材温度が８００℃を超える場合には、８００℃〜６００℃の間の冷却速度、粗材温度が７００℃以上８００℃以下の場合には、その温度から６００℃までの冷却速度をそれぞれ１．５〜８℃／ｓに制御空冷して、ＨＲＣ硬さが１８〜３０であると共に、
（１／１００）（ｆａ／１００）１／３（１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ−１／２）
＋（１／１００）（１−（ｆａ／１００）１／３）（７９．６＋１．７２Ｓｏ−１／２）
＋０．２８Ｓｉ％−０．７９≧１（但し、ｆａ：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓｏ：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ））を満足するフェライト＋パーライト混合組織を得ることを特徴とする熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法。
【請求項３】
熱間鍛造ののち、制御空冷した状態でショットピーニングを施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用ガソリンエンジンなどのレシプロエンジンにおいて、ピストンとクランクシャフトの間を連結するコンロッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱間鍛造非調質コンロッド鋼としては、ＨＲＣで２２〜３０程度の鋼が必要とされ、Ｃ：０．３７〜０．４３％、Ｓｉ：０．１５〜１．００％、Ｍｎ：０．６０〜１．１０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０７０％以下、Ｃｒ：０．４０％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｍｏ：０．０５％以下、V：０．０８０〜０．１５０％、Ｐｂ：０．０９％以下、残部実質的にＦｅからなる鋼が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱間鍛造非調質コンロッド鋼は、硬さ、弾性限を高くするために、Ｖを０．０８０％以上含有させているので、高価であるという欠点があった。一方、単純にＶ含有量を低減すれば、硬さや弾性限が低下するため、このような問題を解決することがコンロッドを安価に提供するうえでの課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、従来のコンロッドにおける上記課題に着目してなされたものであって、Ｖ量を低減し安価としても、必要十分な硬さ（１８ＨＲＣ）と弾性限を確保することができる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明者らは、コンロッド材およびその製造方法に関して種々評価、検討を繰り返した結果、Ｖ量を低減しても、熱間鍛造後、８００℃〜６００℃の間の冷却速度を１．５〜８℃／ｓに制御空冷することによって、(１／１００)(ｆa／１００)1/3(１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ-1/2)
＋(１／１００)(１−(ｆa／１００)1/3)(７９．６＋１．７２Ｓo-1/2）
＋０．２８Ｓｉ％＋３．３８Ｖ％−０．７９≧１（ここで、ｆa：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓo：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ））を満足するフェライト＋パーライト混合組織が得られ、かつ特開平１０−２５８３３５号公報で提案しているように鍛造粗材に熱間でコイニングを施すことにより必要な弾性限が確保できるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。また、硬さに関しても従来、疲労強度を確保するために２２ＨＲＣ以上の硬さが必要であったが、上記知見から弾性限が向上し疲労限が上昇したこと、必要に応じてショットピーニングを実施することで、１８ＨＲＣ以上の硬さで十分な疲労強度が得られることが確認され、本発明に至った。
【０００６】
すなわち、本発明に係わる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法は、上記知見に基づくものであって、質量比で、Ｃ：０．３５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜０．７５％、Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、Ｃｒ：１．００％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、必要に応じてＳ：０．１２０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．３０％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼に熱間鍛造を施したのち、その鍛造粗材に７００℃以上の温度でコイニングを施し、コイニング後の粗材温度が８００℃を超える場合には、８００℃〜６００℃の間の冷却速度、粗材温度が７００℃以上８００℃以下の場合には、その温度から６００℃までの冷却速度をそれぞれ１．５〜８℃／ｓに制御空冷して、ＨＲＣ硬さが１８〜３０であると共に、
（１／１００）（ｆａ／１００）１／３（１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ−１／２）
＋（１／１００）（１−（ｆａ／１００）１／３）（７９．６＋１．７２Ｓｏ−１／２）
＋０．２８Ｓｉ％−０．７９≧１（但し、ｆａ：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓｏ：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ））を満足するフェライト＋パーライト混合組織を得る構成としており、このような熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明に係わる上記製造方法の好適形態としては、熱間鍛造ののち、制御空冷した状態でショットピーニングを施す構成としたことを特徴としている。なお、本発明における各成分元素は、Ｓ，Ｐｂ，Ｃａなどの選択的成分以外はすべて必須成分であって、ＣｒやＣｕなど上限のみを規定した成分についても含有量０％の場合は含まれない。
【０００８】
本発明に係わる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法においては、Ｖ量を含有しない素材鋼を使用しているので、製造コストが安価なものとなる。また、所定の化学成分、すなわち質量比で、Ｃ：０．３５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜０．７５％、Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、Ｃｒ：１．００％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、必要に応じてＳ：０．１２０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．３０％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる成分組成の鋼に熱間鍛造を施したのち、その鍛造粗材に７００℃以上の温度でコイニングを施し、その後８００℃〜６００℃の間（コイニング後の温度が８００℃以下の場合には、その温度から６００℃まで）の冷却速度を１．５〜８℃／ｓに制御空冷することによって、
（１／１００）（ｆａ／１００）１／３（１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ−１／２）
＋（１／１００）（１−（ｆａ／１００）１／３）（７９．６＋１．７２Ｓｏ−１／２）
＋０．２８Ｓｉ％−０．７９≧１（ここで、ｆａ：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓｏ：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ））を満足し、硬さがＨＲＣ１８〜３０のフェライト＋パーライト混合組織を得るようにしていることから、必要かつ十分な弾性限が確保されることとなる。
【０００９】
また、本発明に係わる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法においては、必要に応じて、熱間鍛造ののち制御空冷した状態でショットピーニングを施すことができ、これによって、鍛造粗材表面のスケールが除去されると共に、コンロッド表面に圧縮残留応力が生じて疲労強度が向上することになる。
【００１０】
以下に、本発明に係わる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法において、各成分組成や組織冷却速度などを上記範囲に限定した理由について説明する。
【００１１】
Ｃ：０．３５〜０．５０％
Ｃは、硬さおよび強度を高くするために含有させる元素であって、０．３５％より少ないと必要な硬さおよび強度が得られず、また逆に０．５０％より多いと靱性および被削性が低下するので、その含有量を０．３５〜０．５０％の範囲とした。
【００１２】
Ｓｉ：０．１０〜０．７５％
Ｓｉは、脱酸剤として、さらにはフェライトを固溶強化して硬さ、強度、弾性限を向上させるために含有させる元素であるが、０．１０％より少ないとフェライトの固溶強化が不十分となり、逆に０．７５％より多いと靱性および被削性が低下する。したがって、その含有量を０．１０〜０．７５％の範囲とした。
【００１３】
Ｍｎ：０．１０〜１．４０％
Ｍｎは、パーライトのラメラ間隔を微細化し、パーライト部の靭性の向上させると共に、硬さ、強さおよび弾性限を高くするために含有させる元素である。このとき、０．１０％より少ないと、必要な硬さや強さが得られず、また逆に１．４０％より多くなると被削性が低下するので、その含有量を０．１０〜１．４０％の範囲とした。
【００１４】
Ｃｒ：１．００％以下
Ｃｒは、硬さおよび強さを高くするために有効な元素である。しかし、１．００％を超えて多くすると、高価になるので、その含有量を１．００％以下とした。なお、Ｃｒは、前述のように必須の成分であり０％の場合を含まない。
【００１５】
Ｃｕ：０．５０％以下
Ｃｕは、不純物として混入することが多い成分であるが、０．５０％以下であれば材質に影響がないので、その含有量の上限を０．５０％とした。なお、Ｃｕについても０％の場合を含まない。
【００１７】
Ｓ：０．１２０％以下、
Ｐｂ：０．３０％以下、
Ｃａ：０．０１％以下、
Ｂｉ：０．３０％以下
Ｓ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｂｉは、鋼の被削性を向上するために含有させる元素で、必要に応じてこれらを添加することができる。しかしながら、これら元素の添加量が多すぎると熱間鍛造性や疲労強度を低下させるので、添加するとしても、Ｓは０．１２０％以下、Ｐｂは０．３０％以下、Caは０．０１％以下、Ｂｉは０．３０％以下とする必要がある。
【００１８】
(１／１００)(ｆa／１００)1/3(１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ-1/2)
＋(１／１００)(１−(ｆa／１００)1/3)(７９．６＋１．７２Ｓo-1/2）
＋０．２８Ｓｉ％＋３．３８Ｖ％−０．７９≧１
コンロッドに要求される現行品と同等以上の弾性限を確保するためには、上記弾性限感度の推定式を満足するＭｎ量、Ｓｉ量、Ｖ量、ｆa：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓo：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ）から算出される上記弾性限感度の推定式を満足する必要がある。なお、現行コンロッド鋼の弾性限感度の下限は１である。
【００１９】
熱間鍛造後の冷却速度：１．５〜８℃／ｓ
熱間鍛造後における８００℃から６００℃までの間の冷却速度を適度に速くすることによって、フェライトとパーライトの混合組織が微細化し機械的性質が向上する。このとき、冷却速度が遅すぎると必要な弾性限、硬さが得られず、逆に速すぎると組織中にベイナイトが生成して被削性が低下するため、上記温度範囲における冷却速度範囲を１．５〜８℃／ｓとした。なお、熱間鍛造後に、７００℃以上の温度でコイニングを施すが、コイニング後の温度が８００℃以下の場合には、その温度から６００℃までの冷却速度を上記範囲内のものとする。
【００２０】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り種々の変更を加えた形態で実施し得ることは言うまでもない。
【００２１】
まず、表１に示した成分を有する鋼を溶製した。この鋼を熱間圧延加工によりφ３５mmの棒鋼にしたのち、１２００℃に加熱してコンロッドに鍛造した後、７００℃以上の温度でのコイニング、および表1で示す冷却速度の条件で制御空冷を実施し、所定の組織を備えたコンロッドを得た。また、Ｍｎ量、Ｓｉ量、Ｖ量、ｆa：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓo：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ）から、上記式に基づいて推定弾性限感度を算出した。
【００２２】
【表１】
0004822308.tif 000002
【００２３】
このようにして得られたコンロッドから、引張試験片、硬さ試験片を切出し、弾性限、硬さを実測した。また、その測定値から実測弾性限感度を計算した。この結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
0004822308.tif 000003
【００２５】
表２に示した結果から明らかなように、弾性限感度の推定値と実測値の間に良好な相関が認められることから、本発明に係わる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法において推定弾性限感度が１以上となるフェライト−パーライト組織が得られれば、現行コンロッドと同等以上の弾性限と、疲労強度を確保するに十分な硬さ（１８ＨＲＣ以上）が得られることが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる熱間鍛造非調質コンロッドの製造方法においては、質量比で、Ｃ：０．３５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜０．７５％、Ｍｎ：０．１０〜１．４０％、Ｃｒ：１．００％以下、Ｃｕ：０．５０％以下、必要に応じてＳ：０．１２０％以下、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｃａ：０．０１％以下、Ｂｉ：０．３０％以下のうちから選ばれる１種または２種以上を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる成分組成の鋼に熱間鍛造を施したのち、その鍛造粗材に７００℃以上の温度でコイニングを施し、その後８００℃〜６００℃の間の冷却速度（コイニング後の温度が８００℃以下の場合には、その温度から６００℃までの冷却速度を１．５〜８℃／ｓに制御空冷することにより、ＨＲＣ硬さが１８〜３０であると共に、弾性限感度の推定式
（１／１００）（ｆａ／１００）１／３（１５．８＋２６．１Ｍｎ％＋７．７５ｄ−１／２）
＋（１／１００）（１−（ｆａ／１００）１／３）（７９．６＋１．７２Ｓｏ−１／２）
＋０．２８Ｓｉ％−０．７９≧１（ここで、ｆａ：平均フェライト面積率（％）、ｄ：平均フェライト粒径（ｍｍ）、Ｓｏ：平均パーライトラメラー間隔（ｍｍ））を満足するフェライト＋パーライト混合組織を得るようにしていることから、次のような優れた効果がもたらされる。
（１）成分組成や鍛造条件、さらに冷却条件を最適化したことによって、現行コンロッドと同等以上の弾性限となるフェライト−パーライト組織が得られ、Ｖなどの高価な添加元素の低減が可能となり、より安価に熱間鍛造非調質コンロッドを得ることができる。
（２）弾性限が向上するため、従来のコンロッドより低い硬さであっても必要十分な疲労強度を得ることができる。