(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で，Ｃ：０．５５〜０．６１％，Ｓｉ：０．６０％以下 ，Ｍｎ：１．００〜２．００％，
Ｓ：０．０４〜０．３５％，Ｃｒ：０．０５〜０．５０％， Ａｌ：０．００５％未満， Ｏ：０．００２０％以下，残部Ｆｅ及び不可避不純物からなると共に，熱間鍛造を施してなるクランクシャフト用鋼であって，
熱間鍛造後の組織が初析フェライト分率３％以下のパーライト主体であり，且つ厚みが２０μｍ以下の硫化物系介在物を含有することを特徴とする被削性及び耐摩耗性に優れたクランクシャフト用鋼。
【請求項２】
請求項１のクランクシャフト用鋼に加えて，更に，質量％で， Ｂｉ：０．０１〜０．３０％， Ｐｂ：０．０１〜０．３０％，Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％，Ｍｇ：０．０００３〜０．０２０％，及びＲＥＭ：０．００１〜０．１０％のグループから選ばれる１種または２種以上を含有していることを特徴とするクランクシャフト用鋼。
【請求項３】
ピン部及びジャーナル部を有するクランクシャフトにおいて，
該クランクシャフトは，質量％で，Ｃ：０．５５〜０．６１％，Ｓｉ：０．６０％以下 ，Ｍｎ：１．００〜２．００％，
Ｓ：０．０４〜０．３５％，Ｃｒ：０．０５〜０．５０％，Ａｌ：０．００５％未満，Ｏ：０．００２０％以下，残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるクランクシャフト用鋼を熱間鍛造してなる熱間鍛造品であって，
該熱間鍛造品の組織は，初析フェライト分率３％以下のパーライト主体であり，且つ厚みが２０μｍ以下の硫化物系介在物を含有し，上記ピン部及び上記ジャーナル部におけるすべり軸受との摺動面は，表面粗さＲｚが１μｍ以下であることを特徴とする被削性及び耐摩耗性に優れたクランクシャフト。
【請求項４】
請求項３のクランクシャフトで使用される上記クランクシャフト用鋼に加えて，更に，質量％で，
Ｂｉ：０．０１〜０．３０％， Ｐｂ：０．０１〜０．３０％，Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％，Ｍｇ：０．０００３〜０．０２０％，及びＲＥＭ：０．００１〜０．１０％のグループから選ばれる１種または２種以上を含有していることを特徴とするクランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，高周波焼入の省略が可能であり，被削性及び耐摩耗性に優れたクランクシャフト用鋼及びこれを用いて作製されたクランクシャフトに関する。
【従来技術】
【０００２】
自動車用エンジン等のクランクシャフトは， 後述する図１に示すごとく，コネクティングロッドとの連結部であるクランクピンと，シリンダーブロックへの取付け部であるクランクジャーナルとを有する。クランクシャフトの回転運動は，かかる連結部及び取り付け部において，Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎ等を主体とした軸受合金よりなる，すべり軸受により支えられている。また，軸（クランクシャフトのピン，ジャーナル）と軸受との間には，通常油膜を形成させて回転運動する。
【０００３】
クランクピンおよびクランクジャーナルは，エンジンの爆発力或いは回転慣性力により高い面圧を高速で受ける。このため，スチール鍛造製のクランクシャフトにおいては，従来クランクピンおよびクランクジャーナルにおける軸受との摺動部に，耐摩耗性あるいは耐焼付性を向上させるため，高周波焼入れあるいは軟窒化等の表面処理が施されている。
【０００４】
クランクシャフトは，鋳造法又はスチール鍛造法により作製されている。
前者の鋳造法は，鋳鉄を溶解，鋳造し，これを切削加工して，クランクシャフトの形状にする方法である。鋳造法によれば，鋳物は被削性がよいので，切削加工し易く，また高周波焼入れも必要がない。そのため，低コストで製造することができる。
一方，後者のスチール鍛造法は，鋼材を溶解し，そのインゴットを圧延し，熱間において鍛造し，最終時点で切削加工して，クランクシャフトの形状にする方法である。また，耐摩耗性，耐焼付性向上のため，高周波焼入れを施す必要がある。そのため，この方法は，コストが高い。
【０００５】
しかし，エンジンに取りつけて作動させたとき，鋳造法のクランクシャフトは，スチール鍛造法のクランクシャフトに比べて騒音が大きい。その理由は，鋳造法のクランクシャフトは，スチール鍛造のものに比べて，剛性が低いためである。
【０００６】
そこで，本発明者らは，剛性の高いスチール鍛造のクランクシャフトの特長を生かしつつ，ピン，ジャーナル部の高周波焼入が省略でき，被削性に優れた低コストのクランクシャフトを得る開発に着目した。そのためには，耐摩耗性と被削性という相反する特性を有した鋼材が必要である。
【０００７】
耐摩耗性に優れた鍛造鋼に関する先行技術としては，特開平６−１２８６９０号，特開平１０−１３７８８８号，及び特開２０００−２６５２４２がある。
特開平６−１２８６９０号は，鍛造用のクランクシャフト用鋼に関するものであり，この鋼の組成は，重量比にして，Ｃ：０．３０〜０．６０％，Ｓｉ：０．０５〜１．００％，Ｍｎ：０．４０〜１．５０％，Ｓ：０．０４〜０．１２％，Ｖ：０．１０〜０．４０％，Ｃｒ：０．０５〜０．５０％，Ｃａ：０．０００５〜０．０２００％，Ａｌ：０．００５〜０．０１８％を含有し，残部Ｆｅならびに不純物元素からなり，かつＡｌ２Ｏ３：０．００５％以下，ＳｉＯ２：０．００１％以下である。
そして，この鋼は，Ｖ炭化物の析出硬化により，フェライト−パーライト組織が良好な耐摩耗性を発揮する。また，クランクシャフトにおけるクランクピン及びクランクジャーナルの部分に高周波焼入れ及び軟質化処理を施す必要がない。また，Ｖ炭化物の析出硬化により，疲労強度が高い。
【０００８】
しかしながら，上記特開平６−１２８６９０号に開示された鍛造クランクシャフト用鋼は，比較的多量のＶを含有させないと，本来の良好な耐摩耗性を発揮せず，コスト高を招いてしまう。コストの観点からは，Ｖ等の高価な合金元素を極力含有させないことが望まれる。
【０００９】
また，特開平１０−１３７８８８号には，耐摩耗性を向上させる目的で，耐摩耗性に優れた熱間鍛造部品の製造方法が開示されている。この製造方法を説明すると，まず，Ｃ：０．４０から０．６０％，Ｓｉ：０．０１から０．５０％，Ｍｎ：０．３から２．０％，Ｃｒ：０．０１から２．００％，Ｖ：０．０３から０．２０％，Ｎ：０．００５０から０．０２００％（以上，重量％），残部：鉄および不可避的不純物からなり，下式Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｓｉ／７＋Ｍｎ／５＋Ｃｒ／９＋１．５Ｖによって表される炭素等量（Ｃｅｑ）が０．８０から１．１０％の範囲内の鋼を，１１５０から１３００℃の範囲内の加熱温度のもとで所望の部品形状に熱間鍛造して，鍛造まま部品を調製し，次いで，このようにして調製した前記鍛造まま部品を，０．２から１０℃／ｓｅｃの範囲内の冷却速度で空冷して，下記機械的性質を有し，ブリネル硬さ（ＨＢ）：２５０から２９０，降伏応力（ＹＰ）：６００Ｎ／ｍｍ２以上，伸び（Ｅｌ）：１５％以上，且つ，フェライト面積率（ｆＦ）が５％以下のパーライトを主体とする金属組織を有する粗部品を調製し，次いで，この粗部品における他部品との嵌合い部を，前記嵌合い部の表面粗さが５から２５μｍの範囲内になるように仕上げ加工を施す。
【００１０】
得られた熱間鍛造部品は，フェライト率５％以下を達成しているため，ベアリングなどの他の部品との嵌め合い部に生じるフレッチング摩耗を軽減することができ，耐摩耗性に優れる。また，焼入・焼戻及び切削後の表面硬化処理を施す必要がなく，耐フレッチング摩耗に優れた熱間鍛造部品の製造が可能となる。
しかしながら，この特開平１０−１３７８８８号に開示された鍛造部品は，軸部表面粗さを粗くする必要があるため，自動車エンジン等においては，たとえ軸（クランクシャフト）の摩耗は良好であっても，軸受の損傷，特に異常摩耗を著しくしてしまうという問題がある。異常摩耗した軸受で運転が続けられると，ひいては軸の摩耗，焼付きのトラブルに発展する危険がある。また，パーライト主体の組織であるため，被削性に劣り，部品製造コストの増加を招くという問題もある。
【００１１】
また，特開２０００−２６５２４２号には，耐摩耗性を向上させる目的で，耐摩耗性にすぐれた熱間鍛造用非調質鋼が開示されている。この鋼の組成は，重量基準で，Ｃ：０．４０〜０．７０％，Ｓｉ：０．５０％以下，Ｍｎ：０．９０〜１．８０％，Ｃｒ：０．０５〜１．００％，ｓ−Ａｌ：０．０１〜０．０４５％，およびＮ：０．００５〜０．０２５％を含有し，必要に応じてＰｂ：０．０３０％以下，Ｓ：０．２０％以下，Ｔｅ：０．０３０％以下，Ｃａ：０．０１％以下およびＢｉ：０．３０％以下から選んだ１種または２種以上を含有し，残部がＦｅおよび不純物からなり，熱間鍛造後の組織がフェライト＋パーライトであり，初析フェライト面積が１０％以下であることを特徴とする。
【００１２】
上記発明の熱間鍛造用非調質鋼は，合金組成を適切に選ぶとともに初析フェライト面積率を一定値以下に規制することにより，熱間鍛造後，焼入れ焼戻しをする必要のない非調質鋼において，機械加工による成形後に高周波焼入れや軟窒化などの表面処理を施さなくても，優れた耐摩耗性を示す。
しかしながら，この特開２０００−２６５２４２号に開示された熱間鍛造用非調質鋼は，ＡｌおよびＮを比較的多く含有しているため，ＡｌＮおよびＡｌ2Ｏ3といった相手攻撃性を示す硬質介在物が多く存在する。自動車用エンジン等のクランクシャフトは，すべり軸受との間に油膜を介して，摺動回転するものであり，このような条件下における前記硬質介在物の存在は，軸受の摩耗損傷を著しくしてしまい，ひいては軸の摩耗に及ぶといった問題がある。
【００１３】
本発明はかかる従来の問題点に鑑み，被削性及び耐摩耗性に優れ，軸受に対しての攻撃性も小さく，かつ低コストのクランクシャフトを提供しようとするものである。
【００１４】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，質量％（以下、本明細書中において「重量％」とあるのは「質量％」と同じ意味である）で，Ｃ：０．５５〜０．６１％，Ｓｉ：０．６０％以下
，Ｍｎ：１．００〜２．００％， Ｓ：０．０４〜０．３５％，Ｃｒ：０．０５〜０．５０％， Ａｌ：０．００５％未満， Ｏ：０．００２０％以下，残部Ｆｅ及び不可避不純物からなると共に，熱間鍛造を施してなるクランクシャフト用鋼であって，
熱間鍛造後の組織が初析フェライト分率３％以下のパーライト主体であり，且つ厚みが２０μｍ以下の硫化物系介在物を含有することを特徴とする被削性及び耐摩耗性に優れたクランクシャフト用鋼である。
【００１５】
本発明者らは，スチール鍛造のクランクシャフトにおける耐摩耗性と被削性という，相反する特性の両立を，軸受の損傷低減にも配慮しつつ，低コストにて達成するように鋭意研究を重ね，その結果，本発明に至ったものである。
ｉ）クランクシャフト用鋼の組織は，フェライト分率３％以下のパーライト主体である。また，クランクシャフト用鋼中のＡｌ量を０．００５％未満に規制しているため，硬質介在物生成が抑制される。このため，クランクシャフトの耐摩耗性が向上し，また軸受の損傷も防ぐことができる。
ｉｉ）クランクシャフト用鋼の中に，Ｓを０．０４〜０．３５％含有させるとともに，Ａｌ量を０．００５％未満，Ｏ（酸素）量を０．００２０％以下に規制することにより，クランクシャフトの被削性を改善することができる。
ｉｉｉ）Ｓ含有により生成したＭｎＳ等の硫化物系介在物は，その厚みが大きい場合にクランクシャフトの耐摩耗性を劣化させるが，厚みを２０μｍ以下とすることで，耐摩耗性を確保することができる。
【００１６】
以上のように本発明のクランクシャフト用鋼は，被削性及び耐摩耗性に優れ，軸受に対する攻撃性も少なく，且つ低コストである。また，熱間鍛造後の焼入れ・焼戻しが不要であり，耐摩耗性のための高周波焼入れや軟窒化処理も不要である。また，被削性についても良好である。
以下に，クランクシャフト用鋼の各元素量（重量％）の限定理由を示す。
【００１７】
Ｃ：０．５５〜０．６１％，
Ｃは強度の確保及び耐摩耗性の向上に必要な元素である。Ｃが０．５５％未満の場合には，鋼の強度及び耐摩耗性が低下するため，Ｃは０．５５％以上，好ましくは０．５７％以上とする必要がある。一方，Ｃが０．６１％を越える場合には，強度が必要以上に増加し，被削性が低下するため，Ｃは０．６１％以下，好ましくは０．５９％以下とする必要がある。
【００１８】
Ｓｉ：０．６０％以下，
Ｓｉは製鋼時の脱酸補助材として効果的な元素であると共に強度，耐摩耗性の向上にも有効な元素である。ただしＳｉが０．６０％を越える場合には，被削性の低下を招くため，Ｓｉは０．６０％以下，好ましくは０．３５％以下とする必要がある。
【００１９】
Ｍｎ：１．００〜２．００％，
Ｍｎは製鋼時の脱酸補助材として効果的な元素であると共に鋼の強度確保及び耐摩耗性の向上に必要な元素である。Ｍｎが１．００％未満の場合には，強度および耐摩耗性が低下するため，Ｍｎは１．００％以上，好ましくは１．２０％以上とする必要がある。一方，Ｍｎが２．００％を越える場合には，ベイナイトやマルテンサイトといった低温変態組織が生成し，被削性の低下を招くため，Ｍｎは２．００％以下，好ましくは１．６０％以下とする必要がある。
【００２０】
Ｓ：０．０４〜０．３５％，
Ｓは鋼の被削性を改善するために不可欠な元素である。Ｓが０．０４％未満では，その効果が得られないため，Ｓは０．０４％以上，好ましくは０．１３％以上とする必要がある。反面，Ｓが０．３５％を超える場合には，鋼の強度および熱間加工性を損なうため，Ｓは０．３５％以下，好ましくは０．２０％以下とする必要がある。
【００２１】
Ｃｒ：０．０５〜０．５０％，
Ｃｒは鋼の耐摩耗性の向上に有効な元素である。Ｃｒが０．０５％未満の場合には，その向上が期待できないため，Ｃｒは０．０５％以上，好ましくは０．１０％以上とすることが必要である。一方，Ｃｒが０．５０％を超えると，被削性の低下を招くため，Ｃｒは０．５０％以下，好ましくは０．３５％以下とする必要がある。
【００２２】
Ａｌ：０．００５％未満，
Ａ１は耐摩耗性および被削性に有害なＡｌ２Ｏ３およびＡｌＮを生成するため，極力低く抑える必要がある。Ａｌが０．００５％以上の場合には，Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮの増加および粗大化を招き，耐摩耗性および被削性を劣化させてしまうので，Ａｌは０．００５％未満とする必要がある。
【００２３】
Ｏ（酸素）：０．００２０％以下，
Ｏが０．００２０％を超える場合には，硫化物系介在物の厚みが大きくなり，耐摩耗性を低下させるという問題があるため，Ｏは０．００２０％以下とする必要がある。
【００２４】
また，熱間鍛造後のクランクシャフト用鋼の組織は，耐摩耗性の点から初析フェライト分率３％以下のパーライト主体とする必要がある。初析フェライト分率が３％を超える場合には，耐摩耗性低下の問題が生じる。
【００２５】
クランクシャフト用鋼中に形成されている硫化物系介在物の厚みは，耐摩耗性の点から２０μｍ以下と規制する必要がある。硫化物系介在物の厚みが２０μｍを超えると，耐摩耗性が低下してしまう。
【００２６】
請求項２の発明のように，上記クランクシャフト用鋼に加えて，更に，重量％で， Ｂｉ：０．０１〜０．３０％， Ｐｂ：０．０１〜０．３０％，Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％，Ｍｇ：０．０００３〜０．０２０％，及びＲＥＭ：０．００１〜０．１０％のグループから選ばれる１種または２種以上を含有していることが好ましい。
これにより，更に鋼の被削性が向上する。以下，各元素の臨界意義を説明する。
【００２７】
Ｂｉ：０．０１〜０．３０％，
Ｂｉは，被削性の改善に有効な元素で，その効果を発揮するためには０．０１％以上，好ましくは０．０２％以上の含有が必要である。一方，Ｂｉを０．３０％を超えて含む場合にはその効果は飽和し，コスト高になるとともに，熱間加工性を損なうので，Ｂｉは０．３０％以下，好ましくは０．１５％以下とする必要がある。
【００２８】
Ｐｂ：０．０１〜０．３０％，
Ｐｂは，Ｂｉと同様の効果を示す被削性改善に有効な元素で，その効果を発揮するためには０．０１％以上，好ましくは０．０４％以上の含有が必要である。一方，Ｐｂを０．３０％を超えて含む場合にはその効果は飽和し，かつ熱間加工性を損なうので，Ｐｂは０．３０％以下，好ましくは０．２５％以下とする必要がある。
【００２９】
Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％，
Ｃａは，被削性の改善に効果のある元素であり，その効果を発揮するためには０．０００３％以上，好ましくは０．０００５％以上の含有が必要である。一方，０．０２０％を超えて含有させると，効果が飽和するとともに，コスト高となるため，Ｃａは０．０２０％以下とした。
【００３０】
Ｍｇ：０．０００３〜０．０２０％
Ｍｇは，Ｃａと同様の効果を示し，Ｃａと複合で存在させた場合に大きな被削性改善効果及び機械的性質の異方性改善効果が得られる。その効果を得るためには，少なくともＭｇは０．０００３％以上，好ましくは０．０００５％以上必要であるが，必要以上に含有させてもその効果は飽和状態となり無駄であるため，Ｍｇは０．０２０％以下とした。
【００３１】
ＲＥＭ：０．００１〜０．１０％
ＲＥＭは，被削性改善に有効な希土類元素で，その効果を発揮するためには０．００１％以上，好ましくは０．００５％以上の含有が必要である。一方，ＲＥＭを０．１０％を超えて含有させても，効果が飽和するとともに，コストアップを招くので，ＲＥＭは０．１０％以下とした。
【００３２】
請求項３の発明は，ピン部及びジャーナル部を有するクランクシャフトにおいて，
該クランクシャフトは，重量％で，Ｃ：０．５５〜０．６１％，Ｓｉ：０．６０％以下 ，Ｍｎ：１．００〜２．００％， Ｓ：０．０４〜０．３５％，Ｃｒ：０．０５〜０．５０％，Ａｌ：０．００５％未満，Ｏ：０．００２０％以下，残部Ｆｅ及び不可避不純物からなるクランクシャフト用鋼を熱間鍛造してなる熱間鍛造品であって，
該熱間鍛造品の組織は，初析フェライト分率３％以下のパーライト主体であり，且つ厚みが２０μｍ以下の硫化物系介在物を含有し，上記ピン部及び上記ジャーナル部におけるすべり軸受との摺動面は，表面粗さＲｚが１μｍ以下であることを特徴とする被削性及び耐摩耗性に優れたクランクシャフトである。
【００３３】
請求項３のクランクシャフトは，請求項１の発明のクランクシャフト用鋼を用いて作製されたものである。
【００３４】
ピン部およびジャーナル部におけるすべり軸受との摺動円筒面の表面粗さＲｚは，１μｍ以下である。 Ｒｚが１μｍを超えると，クランクシャフト及びすべり軸受の耐摩耗性が劣化する。
【００３５】
請求項４の発明のように，上記クランクシャフトで使用される上記クランクシャフト用鋼に加えて，更に，重量％で， Ｂｉ：０．０１〜０．３０％， Ｐｂ：０．０１〜０．３０％，Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％，Ｍｇ：０．０００３〜０．０２０％，及びＲＥＭ：０．００１〜０．１０％のグループから選ばれる１種または２種以上を含有していることが好ましい。
これにより，更にクランクシャフト用鋼の被削性が向上する。
本発明のクランクシャフトは，上記請求項２のクランクシャフト用鋼を用いて作製することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
まず初めに，本発明の実施形態例に係るクランクシャフト用鋼を準備し，以下の性能を評価した。
クランクシャフト用鋼として，本発明の試料Ａ〜Ｉ及び比較用の試料Ｊ〜Ｐ，ならびに従来よりクランクシャフトに用いられている非調質鋼（従来鋼）の試料Ｑ及び従来鋳鉄の試料Ｒを準備した。本発明の試料Ａ〜Ｉのうち，試料Ａ〜Ｃ（第１発明品）は，重量％で，Ｃ：０．５５〜０．６１％，Ｓｉ：０．６０％以下，Ｍｎ：１．００〜２．００％， Ｓ：０．０４〜０．３５％，Ｃｒ：０．０５〜０．５０％， Ａｌ：０．００５％未満， Ｏ：０．００２０％以下，残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼である。試料Ｄ〜Ｉは，更に，重量％で， Ｂｉ：０．０１〜０．３０％， Ｐｂ：０．０１〜０．３０％，Ｃａ：０．０００３〜０．０２０％，Ｍｇ：０．０００３〜０．０２０％，及びＲＥＭ：０．００１〜０．１０％のグループから選ばれる１種または２種以上を含む鋼である。これらの成分を表１に示す。
【００３７】
各クランクシャフト用鋼は真空溶解炉にて溶製し，熱間圧延後，φ６０ｍｍに鍛伸した。その後，１２００℃にて３０分加熱後，空冷の熱処理を行い，供試材とした。この処理は，実際のクランクシャフト鍛造工程を模擬したものであり，得られる硬さと組織は，自動車エンジン用の実際のクランクシャフトの場合とほぼ一致する。
得られた供試材より，硬さ試験片，引張試験片，切削試験片，熱間加工試験片を切り出し，試験に供した。
【００３８】
（硬さ，ミクロ組織）
硬さは，ビッカース硬さ計を用い，荷重３０ｋｇｆにて測定した。また，硬さ試験後に，研磨された試験片を光学顕微鏡で倍率：×４００で５０視野観察し，硫化物系介在物の厚みを測定した。なお，硫化物系介在物の厚みは，測定された値の最大値をデータとして採用した。その後，試験片を３％ナイタールにて腐食し，光学顕微鏡で倍率：×４００でミクロ組織観察を行い，組織判定および５０視野のポイントカウンティング法によるフェライト分率の測定を行った。
【００３９】
（引張試験）
引張試験は，ＪＩＳ１４Ａ号引張試験片にて，引張強さ，０．２％耐力，伸び，絞りを測定した。
【００４０】
（切削試験）
切削試験は，クランクシャフトの加工工程を想定し，超硬工具摩耗，切粉処理性，およびドリル寿命について行った。なお，これらの試験の条件を表２に示した。
【００４１】
（熱間加工試験）
熱間加工試験は，グリーブル試験機により，１２００℃における高温引張試験を行い，試験後の絞り値を測定した。
【００４２】
上記試験結果を表３及び表４に示した。
【００４３】
【表１】
0004507422.tif 000002
【００４４】
【表２】
0004507422.tif 000003
【００４５】
【表３】
0004507422.tif 000004
【００４６】
【表４】
0004507422.tif 000005
【００４７】
上記試験結果より，本発明鋼Ａ〜Ｉは，硫化物系介在物の厚みが２０μｍ以下であり，組織が初析フェライト分率３％以下のパーライト主体であって， いずれの特性についても，従来鋼とほぼ同等であり，強度および被削性の面で，クランクシャフトとしての使用に適している。特に，第２発明鋼（試料Ｄ〜Ｉ）については，非常に優れた被削性を示す。
これに対して，比較鋼Ｊは，Ｃ量が本発明の範囲より低く，フェライト分率が高くなり，強度面で劣る。比較鋼Ｋについては，Ｓｉ量が本発明の範囲より高く，被削性において劣る。比較鋼Ｌについては，Ｍｎ量およびＣｒ量が本発明の範囲よりも低いため，強度に劣るものであり，比較鋼Ｍについては，逆にＭｎ量およびＣｒ量が本発明の範囲よりも高いため，ベイナイト組織が混在し，被削性に劣る。比較鋼Ｎについては，Ｓ量が本発明の範囲よりも低く，被削性に劣るものであり，比較鋼Ｏについては，逆にＳ量が本発明の範囲よりも高く，またＯ（酸素）量も本発明の範囲よりも高いため，硫化物系介在物の厚みが大きく，熱間加工性に劣る。比較鋼Ｐについては，Ａｌ量が本発明の範囲よりも高く，被削性に劣るものである。
【００４８】
実施形態例２
本例では，試作した実際のクランクシャフトをエンジンに組付け，耐摩耗性について測定した。
測定に供する鋼は，表１に示される，本発明にかかる試料Ａ〜Iと，比較用としての試料Ｊ〜Ｐ，および従来よりクランクシャフトに用いられている，非調質鋼（従来鋼）Ｑおよび従来鋳鉄Ｒである。これらのうち，試料Ａ〜Ｑについては，真空溶解炉にて溶製し，熱間圧延した後，図１に示すようなジャーナル部１１とピン部１２とを有するクランクシャフト１の形状に熱間鍛造した後，空冷した。これらクランクシャフト鍛造品を，機械加工により仕上げて，試験に供した。
なお，試料Ｑについて，ピン部およびジャーナル部に焼入れ硬化層深さ３ｍｍとなる高周波焼入処理を行ったものも用意した。また，試料Ｒは，ＪＩＳで規定されている鋳鉄：ＦＣＤ７００−２であり，鋳造によりクランクシャフト形状に鋳込んだ後，機械加工により仕上げて，供試品とした。
なお，本実施例においては，いずれの供試品も，ピン部およびジャーナル部の機械加工仕上げは，表面粗さＲｚが０．８μｍ以下となるようなラッピング仕上げとした。
【００４９】
摩耗試験に先立ち，各供試品は，各ピンおよび各ジャーナルの摺動面を，表面粗さ計を用いて，クランクシャフトの長手方向に１０点平均粗さＲｚおよび真直度の測定を行った。表面粗さＲｚは，各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の最大値を採用し，表５に示した。
【００５０】
摩耗試験は，前記クランクシャフト供試品を，自動車エンジン用すべり軸受とともにエンジンに組付け，エンジンを運転して行った。ジャーナル部１１及びピン部１２におけるすべり軸受との円筒形状の摺動面１０には，運転時に，潤滑油を供給させるようにした。なお，エンジンの運転条件，運転パターン，運転時間等の各種試験条件については，供試品間で同一に設定して行った。
【００５１】
上記摩耗試験後に，供試品の各ピンおよび各ジャーナルの真直度変化を再度測定し，試験前後での真直度変化量から，軸摩耗量を算出した。すなわち，図２に示すごとく，試験前のクランクシャフトの軸表面形状３１と，試験後の軸表面形状３２とを測定し，すべり軸受の幅Ｂに相当する部位の両者の変化量を算出して軸磨耗量３３を求めた。また，参考データとして，摩耗試験の前後での各すべり軸受の重量変化量を測定し，軸受摩耗量を算出した。これら軸摩耗量および軸受摩耗量の結果は，各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の最大値を採用し，試料Ｒの結果を１００とした場合の指数表示で，表５に示した。
【００５２】
摩耗試験結果の一例を，図３に示した。図３において，左から順に，開発鋼（試料G）に高周波焼入れをしない場合，従来鋼（試料Ｑ）に高周波焼入れをしない場合，従来鋼（試料Ｑ）に高周波焼入れをした場合，鋳物（試料Ｒ）である場合の軸及び軸受の摩耗量を示した。これらの値は，鋳物資料Sを１００とした時の相対値で示した。
【００５３】
上記摩耗測定後に，供試品の各ピン部および各ジャーナル部を切断，研磨し，ビッカース硬さ計により，表面硬さ，内部硬さの測定を行った。その後，再研磨して，光学顕微鏡で倍率：×４００にて観察し，硫化物介在物の厚み測定，３％ナイタールで腐食したミクロ組織観察による表層部の組織判定，およびポイントカウンティング法によるフェライト分率の測定を行った。表面硬さ，内部硬さ，フェライト分率については，各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の平均値を採用し，硫化物の厚みについては， 各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の最大値を採用し，表５に示した。
【００５４】
【表５】
0004507422.tif 000006
【００５５】
上記の結果より，本発明鋼Ａ〜Ｉは，硫化物系介在物の厚みが２０μｍ以下であり，組織が初析フェライト分率３％以下のパーライト主体であって，軸摩耗量，軸受摩耗量共に，従来鋼Ｑの高周波焼入品とほぼ同等であり，従来鋳鉄Ｒに比べて優れている。これに対して，比較鋼Ｊは，Ｃ量が本発明の範囲より低く，フェライト分率が高くなり，軸摩耗量，軸受摩耗量共に劣るものであり，比較鋼Ｋは，Ｓｉ量が本発明の範囲より高く，軸摩耗量，軸受摩耗量の面では遜色ないが，実施形態例１で示したとおり，被削性において劣る。比較鋼Ｌについては，Ｍｎ量およびＣｒ量が本発明の範囲よりも低いため，硬さが低く，軸摩耗量に劣る。比較鋼Ｍについては，逆にＭｎ量およびＣｒ量が本発明の範囲よりも高いため，ベイナイト組織が混在し，軸摩耗量，軸受摩耗量共に劣る。比較鋼Ｎについては，Ｓ量が本発明の範囲よりも低く，軸摩耗量，軸受摩耗量の面では遜色ないが，実施形態例１で示したとおり，被削性に劣るものであり，比較鋼Ｏについては，逆にＳ量が本発明の範囲よりも高く，またＯ（酸素）量も本発明の範囲よりも高いため，硫化物系介在物の厚みが大きく，軸摩耗量，軸受摩耗量共に劣る。比較鋼Ｐについては，Ａｌ量が本発明の範囲よりも高く，軸摩耗量，軸受摩耗量共に劣るものである。また，従来鋼Ｑについては，フェライト分率が高く，高周波焼入を実施しない場合において，軸摩耗量，軸受摩耗量共に劣っている。
【００５６】
実施形態例３
本例では，フェライト分率，ならびにピン部及びジャーナル部の表面粗さＲｚを変化させて試作したクランクシャフトをエンジンに組付け，耐摩耗性について測定することにより，本発明の効果を，更に明らかにする。
測定に供する鋼は，表１に示される，本発明にかかる試料Aであり，真空溶解炉にて溶製し，熱間圧延した後，図１に示すようなクランクシャフト形状に熱間鍛造後，空冷したもの（供試品１）と，熱間鍛造後，直ちに９００℃に昇温した熱処理炉内に鍛造品を挿入して，１０分間保持後，毎分０．５℃の割合で徐冷したもの（供試品２）を作製した。これらクランクシャフト鍛造品を，機械加工により仕上げて，試験に供した。
【００５７】
なお，本実施例においては，供試品２のクランクシャフトについては，ピン部およびジャーナル部の機械加工仕上げを，表面粗さＲｚが０．８μｍ以下となるよう，ラッピング仕上げし，供試品１のクランクシャフトについては，ピン部およびジャーナル部の機械加工仕上げを，表面粗さＲｚ：０．８μｍ以下（供試品１−１），表面粗さＲｚ：２．０〜３．０μｍ（供試品１−２），表面粗さＲｚ：４．０〜５．０μｍ（供試品１−３）となるよう，種々変化させた。
【００５８】
摩耗試験に先立ち，各供試品は，各ピン部および各ジャーナル部の摺動面を，表面粗さ計を用いて，クランクシャフトの長手方向に１０点平均粗さ：Ｒｚ（試験前の軸粗さ）および真直度の測定を行った。なおＲｚは，各ピン部，ジャーナル部の中で測定された値の最大値を採用し，表６に示した。
【００５９】
摩耗試験は，前記クランクシャフト供試品を，自動車エンジン用すべり軸受とともにエンジンに組付け，エンジンを運転して行った。ジャーナル部１１及びピン部１２におけるすべり軸受との摺動面１０には，運転時に，潤滑油を供給させるようにした。なお，エンジンの運転条件，運転パターン，運転時間等の各種試験条件については，供試品間で同一に設定して行った。
【００６０】
軸摩耗量及び軸受摩耗量は，実施形態例２と同様の方法にて測定した。すなわち，上記摩耗試験後に，供試品の各ピン部および各ジャーナル部の真直度変化を再度測定し，試験前後での真直度変化量から，軸摩耗量を算出した（図２参照）。また，参考データとして，摩耗試験の前後での各軸受の重量変化量を測定し，この重量変化量から軸受摩耗量を算出した。これら軸摩耗量および軸受摩耗量の結果は，各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の最大値を採用し，実施形態例２における試料Ｒの結果を１００とした場合の指数表示で，表６に示した。
【００６１】
上記摩耗測定後に，供試品の各ピン部および各ジャーナル部を切断，研磨し，ビッカース硬さ計により，表面硬さ，内部硬さの測定を行った。その後，再研磨して，光学顕微鏡で倍率：×４００にて観察し，硫化物介在物の厚み測定，３％ナイタールで腐食したミクロ組織観察による表層部の組織判定，およびポイントカウンティング法によるフェライト分率の測定を行った。表面硬さ，内部硬さ，フェライト分率については，各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の平均値を採用し，硫化物の厚みについては， 各ピン部，各ジャーナル部の中で測定された値の最大値を採用し，表６に示した。
【００６２】
【表６】
0004507422.tif 000007
【００６３】
上記の結果より，本発明の鋼を用いても，供試品１−２，１−３のように，軸の表面粗さＲｚが１μｍ超えて大きくなったり，供試品２のように，フェライト分率が３％を超えると，軸摩耗量および軸受摩耗量が劣化することが明らかである。硫化物介在物厚みが２０μｍ未満の場合には，軸の耐磨耗性が低下しない。すなわち，本発明においては，鋼の成分範囲，フェライト分率，硫化物系介在物の厚み，軸の表面粗さＲｚが，本発明の請求範囲内にあるときに，優れた耐摩耗性と被削性を示すのである。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば，被削性及び耐摩耗性に優れ，軸受に対しての攻撃性も小さく，かつ低コストのクランクシャフト用鋼及びこれを用いて作製されたクランクシャフトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例２，３における，クランクシャフトの正面図。
【図２】実施形態例２，３における，軸摩耗量の測定方法の概略図。
【図３】実施形態例２における，摩耗試験結果の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０・・・摺動面，
１１・・・ジャーナル部，
１２・・・ピン部，
３１・・・軸表面形状，
３２・・・試験後の軸表面形状，
３３・・・軸磨耗量，
【図１】
0004507422.tif 000008
【図２】
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【図３】
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