(57)【要約】【課題】  従来の中炭素非調質鋼よりも高強度でかつ破断分離可能な肌焼鋼および破断分離してなるコネクティングロッド素形品とその製造方法を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．１５〜２．００％、Ｃｒ：０．５６〜２．００％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる破断分断性に優れる肌焼鋼。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．１５〜２．００％、Ｃｒ：０．５６〜２．００％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする破断分断性に優れる肌焼鋼。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．１５〜２．００％、Ｃｒ：０．５６〜２．００％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５０％以下を含有し、さらにＳ：０．００５〜０．１００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする破断分断性に優れる肌焼鋼。
【請求項３】
鋼成分として、さらに、質量％で、Ｎｉ：０．１５〜３．００％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％から選択した１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の破断分断性に優れる肌焼鋼。
【請求項４】
破断分離かつ再接合してなるコネクティングロッド素形品の破断分断した断面中央部分において、最大頻度の大きさのオーステナイト粒の粒断面積の１０倍以上の粒断面積を持つオーステナイト粒を面積率で１５％以上存在させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の肌焼鋼から破断分離かつ再接合してなるコネクティングロッド素形品。
【請求項５】
鍛造温度を１０５０〜１３００℃として鍛造し、その後の冷却速度を０．３〜８０℃／ｓｅｃとして冷却することにより熱間鍛造後のミクロ組織をフェライト−ベイナイト組織とすることを特徴とする請求項４に記載のコネクティングロッド素形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破断分断性に優れる機械構造用肌焼鋼に関し、特に、熱間鍛造により成型し、破断分断して再度接合して組付けて自動車のエンジン部品のコネクティングロッドなどの部品に製造する破断分断性に優れる機械構造用肌焼鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車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）を製造する従来の工法では、機械構造用肌焼鋼（例えば、特許文献１参照。）から熱間鍛造により一体成形し、得られた成形品を切断によって分離し、分断面を仕上げ加工した後に再度接合する方法あるいは熱間鍛造時に予め分離成形しておき、接合面を仕上げ加工した後に接合する方法がある。いずれの方法においても、接合面の仕上げ加工に高い精度が要求され、これがコストアップの要因となっていた。
【０００３】
接合面の仕上げ加工を省略する方法としては、部品を一体成形しておき接合面を破断分離し、その破断面の凸凹をそのまま利用し、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。
【０００４】
この方法を採用するためには、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。そこでこれらの特性に優れた中炭素鋼がこの方法に使用されるのが一般的である。しかし、小型軽量化を目的とする場合は疲労強度特性に優れた肌焼鋼が使用される場合もある。
【０００５】
しかしながら、肌焼鋼を破断分離法で用いる場合、浸炭層の靱性は低いので脆性破壊するが、芯部の靱性は高いので延性破壊することとなる。このため肌焼鋼は破断分離性に重要であるフラットな破面が得られない問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１５３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、従来の中炭素非調質鋼よりも高強度でかつ破断分離法が適用可能な機械構造用肌焼鋼および破断分離して製造のコネクティングロッドとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．１５〜２．００％、Ｃｒ：０．５６〜２．００％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする破断分断性に優れる肌焼鋼である。
【０００９】
請求項２の発明では、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．３５％、Ｓｉ：０．０３〜０．３５％、Ｍｎ：０．１５〜２．００％、Ｃｒ：０．５６〜２．００％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％、Ｔｉ：０．０５〜０．２０％、Ｎ：０．０１５０％以下を含有し、さらにＳ：０．００５〜０．１００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の１種または２種を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする破断分断性に優れる肌焼鋼である。
【００１０】
請求項３の発明では、鋼成分として、さらに、質量％で、Ｎｉ：０．１５〜３．００％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％から選択した１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１または２の手段の破断分断性に優れる肌焼鋼である。
【００１１】
請求項４の発明では、破断分離かつ再接合してなるコネクティングロッド素形品の破断分断した断面中央部分において、最大頻度の大きさのオーステナイト粒の粒断面積の１０倍以上の粒断面積を持つオーステナイト粒を面積率で１５％以上存在させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項の手段の肌焼鋼から破断分離かつ再接合してなるコネクティングロッド素形品である。
【００１２】
請求項５の発明では、鍛造温度を１０５０〜１３００℃、その後の冷却速度を０．３〜８０℃／ｓｅｃとすることにより熱間鍛造後のミクロ組織がフェライト−ベイナイト組織とすることを特徴とする請求項４の手段のコネクティングロッド素形品の製造方法である。
【００１３】
本発明の請求項における限定理由および作用について以下に説明する。
【００１４】
本発明の肌焼鋼では、鋼成分のＴｉ添加量を質量％で０．０５〜０．２０％に規定している点に特徴がある。鋼中でＴｉはＴｉＣとして析出し、従来のＴｉ鋼ではＡ3変態点〜１０５０℃で熱間鍛造し、その後の放冷速度を０．３〜８０℃／ｓｅｃとした時は、フェライト−パーライト組織となり整粒となる。このように熱間鍛造してその後の浸炭処理段階においてピンニング効果によりオーステナイト粒の粗大化をピン止めするが、フェライト−パーライト組織から浸炭処理を行うとピンニング効果が有効に作用して微細な整粒となる。しかし、本発明では、鍛造温度を従来より高温の１０５０〜１３００℃として冷却速度を０．３〜８０℃／ｓｅｃとすることで、図３の斜線部の点線内の領域に示すように、得られた組織はベイナイト組織を１５％以上有するベイナイトを含むフェライト−ベイナイト組織となり、このフェライト−ベイナイト組織から浸炭処理を行うことでピンニング効果が不十分となり、オーステナイトは混粒状態となる。
【００１５】
つまり、最大頻度を持つオーステナイト粒の粒断面積の１０倍以上の粒断面積を持つオーステナイト粒が面積率で１５％以上の混粒になると破面遷移温度が大きく上昇する。さらにＴｉＣはマトリックスを脆化させる効果もある。その結果、常温で破断分離する時に延性および靱性が低下し、破断分離性を上昇することができる。
【００１６】
次いで成分限定理由を説明する。なお、％は質量％を示す。
【００１７】
Ｃ：０．１０〜０．３５％
Ｃは肌焼鋼の芯部強度を確保する元素であるが、０．１０％未満ではその効果は十分でなく、０．３５％を超えると被削性を阻害する。そこでＣは０．１０〜０．３５％とする。
【００１８】
Ｓｉ：０．０３〜０．３５％
Ｓｉは脱酸剤として必要な元素であるが、０．０３％未満ではその効果は十分でなく、０．３５％を超えると被削性を阻害する。そこでＳｉは０．０３〜０．３５％とする。
【００１９】
Ｍｎ：０．１５〜２．００％（好ましくは０．２０〜１．００％）
Ｍｎは脱酸剤として必要な元素であり、さらに疲労強度を確保し、またさらにＭｎＳとなって被削性を確保するために必要な元素である。しかし、０．１５％未満ではそれらの効果は十分でなく、２．００％を超えると被削性を阻害する。そこでＭｎは０．１５〜２．００％とし、好ましくは０．２０〜１．００％とする。
【００２０】
Ｃｒ：０．５０〜２．００％（好ましくは０．７０〜１．５０％）
Ｃｒは疲労強度を確保するために添加される元素であるが、０．５０％未満であるとその効果は十分でなく、２．００％を超えるとその効果は飽和する。そこで、Ｃｒは０．５０〜２．００％とし、好ましくは０．７０〜１．５０％とする。
【００２１】
Ａｌ：０．００５〜０．０５０％（好ましくは０．０１０〜０．０３０％）
Ａｌは脱酸剤として必要な元素であり、０．００５％未満ではその効果は十分でなく、０．０５０％を超えても通常の電気炉レベルでは意味がない。そこでＡｌは０．００５〜０．０５０％とし、好ましくは０．０１０〜０．０３０％とする。
【００２２】
Ｔｉ：０．０５〜０．２０％
ＴｉはＴｉＣ析出によるマトリックス脆化し、浸炭時のオーステナイト粒をＴｉＣにより部分的にピンニングして、混粒状態にすることで破断分離性を確保するために必要な元素であり、０．０５％未満ではその効果は十分でなく、０．２０％を超えると、ＴｉＣが過剰に存在して浸炭時のオーステナイト粒を整粒とし、破断分離性を阻害し、さらに晶出型のＴｉＣおよびＴｉＮを生成して被削性を低下する。そこでＴｉは０．０５〜０．２０％とする。
【００２３】
Ｎ：０．０１５０％以下（好ましくは０．０１００％以下）
ＮはＴｉＮを生成して被削性を阻害する。そこでＮは０．０１５０％以下、好ましくは０．０１００％以下とする。
【００２４】
Ｓ：０．００５〜０．１００％（好ましくは０．０１０〜０．０５０％）
Ｓは破断分離性を向上し、被削性を確保するために必要な元素であるが、０．００５％未満ではその効果は十分でなく、０．１００％を超えると熱間加工性を損なう。そこでＳは０．００５〜０．１００％とし、好ましくは０．０１０〜０．０５０％とする。
【００２５】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％
Ｂは焼入性上昇による疲労強度を確保するために必要な元素であるが、０．０００５％未満ではその効果は十分でなく、０．００５％を超えるとその効果は飽和する。そこでＢは０．０００５〜０．００５％とする。
【００２６】
以上において、ＳおよびＢは１種または２種を選択的に添加することができる。
【００２７】
Ｎｉ：０．１５〜３．００％
Ｎｉは疲労強度の向上に有効な元素であるが、０．１５％未満ではその効果は得られず、３．００％を超えるとその効果は飽和する。そこでＮｉは０．１５〜３．００％とする。
【００２８】
Ｍｏ：０．０５〜０．５０％
Ｍｏは疲労強度の向上に有効元素であるが、０．０５％未満ではその効果は得られず、０．５０％を超えるとその効果は飽和する。そこでＭｏは０．０５〜０．５０％とする。
【００２９】
Ｎｂ：０．０１〜０．１０％
ＮｂはＴｉと同様の効果があり、ＮｂＣ析出によるマトリックス脆化し、浸炭時のオーステナイト粒をＮｂＣにより部分的にピンニングして、混粒状態にすることで破断分離性を確保するために必要な元素であり、０．０１％未満ではその効果は十分でなく、０．１０％を超えると、ＮｂＣが過剰に存在して浸炭時のオーステナイト粒を整粒とし、破断分離性を阻害し、さらに晶出型のＮｂＣおよびＮｂＮを生成して加工性を低下する。そこでＮｂは０．０１〜０．１０％とする。
【００３０】
以上のＮｉ、Ｍｏ、Ｎｂは１種または２種以上を選択的に添加することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の鋼材から自動車用部品のコネクティングロッドを破断分離して容易に製造でき、かつ、コネクティングロッドとしての耐久性も優れているなど、本発明は優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明を実施するための最良の形態を図面および以下の実施例を通じて説明する。
【実施例】
【００３３】
表１に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．９の成分からなる発明鋼と、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１７の成分からなる比較鋼をそれぞれ１００ｋｇ真空溶解炉で溶製し、連続鋳造して分塊圧延して鋼塊とした。これらの鋼塊をさらにビレットに熱間圧延し破断分離用の肌焼用鋼材とし、これらの肌焼用鋼材をさらに表２に示す鍛造温度で熱間鍛造してコネクティングロッド素形品１として放冷し、さらにコネクティングロッド素形品１を浸炭処理し、さらに、図１の（ａ）に示すように、破断箇所２で破断分離したコネクティングロッド素形品１とする。このコネクティングロッド素形品１の表面の脱炭層を切削加工して製品のコネクティングロッドとした。なお、表１のＮｏ．９の網掛け部で示すＳおよびＢは本発明鋼において不可避不純物として含有されているものである。
【００３４】
【表１】
2005113164.tif 000002
【００３５】
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９の発明鋼、Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１７の比較鋼からそれぞれ熱間鍛造してそれぞれの冷却速度で冷却して得た棒材から、表２に示すシャルピー衝撃試験片（１０ｍｍＲ  Ｃ型ノッチ）、切欠回転曲げ試験片（α＝１．９３、浸炭まま）に作製し、これらを９３０℃で浸炭処理した後、１８０℃で焼戻し処理を行った。
【００３６】
なお、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１１の比較鋼は上記の熱間鍛造して冷却して得た棒材を、さらに１２６０℃で焼準し放冷した後、シャルピー衝撃試験片、切欠回転曲げ試験片に作製した。
【００３７】
これらの結果を表２に示す。すなわち表２では、鍛造温度、冷却速度条件、ミクロ組織観察結果のベイナイト面積率、並びに、図１の（ｂ）の破断面３の領域４における図２に示す破断面ミクロ組織５において、最大頻度を占めるオーステナイト粒６の断面積の１０倍以上の断面積を持つオーステナイト粒７が占める面積率の割合である混粒率、さらに破断分離性を示すシャルピー衝撃値および回転曲げ疲労試験による疲労強度で持ってそれぞれの試験結果を示す。
【００３８】
【表２】
2005113164.tif 000003
【００３９】
本発明の鋼は、表２に見られるように、シャルピー衝撃値が１５Ｊ／ｃｍ2以下、回転曲げ疲労強度が４００ＭＰａ以上の両方を満足するものであり、破断分割を容易に実施できると共に疲労強度が高いのでコネクティングロッドとして優れた効果を有する。これに対し比較鋼のＮｏ．１０とＮｏ．１１のものはシャルピー衝撃値は低いが、疲労強度が不足し、Ｎｏ．１２〜１７までのものはシャルピー衝撃値が高く、破断分離が困難である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】破断分割したコネクティングロッド素形品を示す図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は破断面を示す図である。
【図２】図１の（ｂ）の領域４の破断面のミクロ組織を模式的に示す図である。
【図３】鍛造温度を縦軸に冷却温度を横軸にし、ベイナイト組織を１５％以上有するフェライト−ベイナイト組織の領域を斜線で示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  コネクティングロッド素形品
２  破断箇所
３  破断面
４  領域
５  領域４の破断面のミクロ組織
６  最大頻度のオーステナイト粒
７  粗粒のオーステナイト粒
【図１】
2005113164.tif 000004
【図２】
2005113164.tif 000005
【図３】
2005113164.tif 000006