(57)【要約】【課題】破断分割性が良好であると共に、嵌合性に優れた破断分割型コネクティングロッドを製造するための有用な方法を提供する。【解決手段】本発明の製造方法は、所定の化学成分組成を満足する鋼材を、コネクティングロッド形状に成形した後、所定の関係式で規定される摂氏温度Ｔ１から焼入れし、引き続き２２０〜４３０℃の温度範囲で焼戻しを行なう工程を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．１〜０．７０％、
Ｓｉ：０％超、１．５％以下、
Ｍｎ：０．０１〜２．０％、
Ｐ  ：０％超、０．２０％以下、
Ｓ  ：０％超、０．２０％以下、
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
を夫々含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼材を用い、
コネクティングロッド形状に成形した後、下記（１）式および（２）式の関係を満足する摂氏温度Ｔ１から焼入れし、引き続き２２０〜４３０℃の温度範囲で焼戻しを行なう工程を含む破断分割型コネクティングロッドの製造方法。
Ｔｕ＜Ｔ１＜Ａ３                                          ・・・（１）
Ｔｕ＝Ａ１＋｛（Ａ３−Ａ１）／（[Ｃ]×１００）｝×１８    ・・・（２）
但し、Ａ１は下記（３）式によって求められる摂氏温度、Ａ３は下記（４）式によって求められる摂氏温度であり、
[Ｃ]、[Ｓｉ]、[Ｍｎ]および[Ｃｒ]は、夫々Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの鋼材中の質量％での含有量を示す。
Ａ１＝７５０．８−２６．６×[Ｃ]＋１７．６×[Ｓｉ]−１１．６×[Ｍｎ]＋２４．１
×[Ｃｒ]                                            ・・・（３）
Ａ３＝９３７．２−４３６．５×[Ｃ]＋５６×[Ｓｉ]−１９．７×[Ｍｎ]−４．９×
[Ｃｒ]                                              ・・・（４）
【請求項２】
焼入れおよび焼戻し後の組織が、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトおよびフェライトの混合組織を含み、組織全体に対してフェライトを面積率で１％以上、１８％以下含む請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車エンジン等の部品に用いられる破断分割型コネクティングロッドの製造方法に関する。詳細には、冷間加工により破断分割を行なう際に破断分割し易く、破断分割した後のコネクティングロッド本体とコネクティングキャップを嵌合して組み合わせたときの位置決め性（以下、この特性を「嵌合性」と呼ぶ）に優れた破断分割型コネクティングロッドを製造するための有用な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等の内燃機関には、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ネクティングロッドが用いられている。このコネクティングロッドは、コネクティングロッド本体とコネクティングロッドキャップから構成され、これらがクランクシャフトを挟むようにして、クランクシャフトに取り付けられる。
【０００３】
従来、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップは、別々に製造されるのが一般的であった。しかしながら、このような方法で製造されたコネクティングロッドでは、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップの嵌合性を高めるために、嵌合面を切削などによって精密加工する必要があり、また嵌合面がずれないようするために、ノックピン加工を施すのが一般的である。こうした製造方法では、材料の歩留まりの低下や、製造が煩雑となる。
【０００４】
そこで、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップの部品を熱間鍛造によって一体的に成形し、クランクシャフトを挿入するための貫通孔やボルトを挿入するための穴等を施した後、貫通孔部分が２つの略半径となるように、冷間加工によって両部品に破断分割する方法が採用されている。このようにして得られた両部品は、クランクシャフトを挟んで、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップの破面同士を嵌合し、ボルトで締結して組み立てられ、コネクティングロッドとされる。こうした方法では、嵌合面となる破面を切削などによって精密加工することも、ノックピン加工を施す必要もなくなる。このようにして製造されるコネクティングロッドを、以下では破断分割型コネクティングロッドと呼ぶ。
【０００５】
上記のような破断分割型コネクティングロッドは、冷間加工で破断分割されることから、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップを容易に破断分割できること、即ち良好な破断分割性が要求される。こうした特性を満足させるためには、鋼材の化学合金成分を調整することが一般的である。その結果、鋼材コストや生産コストの増加を招く。
【０００６】
こうした問題を解決する技術として、例えば特許文献１には、オーステナイト領域に加熱した後に焼入れを行ない、３００〜４００℃での低温焼戻し脆性を積極的に利用することで、コストの低い一般的な鋼材からでも破断分割性に優れたコネクティングロッドを製造する方法が提案されている。
【０００７】
この技術によって製造されたコネクティングロッドは、破断分割後の破面が粒界脆化割れにより比較的フラットとなる。この技術では、破断に必要な荷重が小さくなる、即ち破断分割性に優れる反面、コネクティングロッド本体にコネクティングキャップを組み付ける際に、フラットな破面のため、両者が正常位置に嵌合し難くなるという問題がある。組み付け時に、正常位置で嵌合しなかった場合には、クランクシャフトの摺動面の焼付きが発生したり、コネクティングロッドの強度が低下する等の問題を発生させることがある。
【０００８】
一方、破断分割型コネクティングロッドに関して、特許文献２の技術も提案されている。この技術は、Ｃ：０．２〜０．５％とＶ：０．０５〜０．５％を基本成分として含有する化学成分組成を有し、非調質用鋼としてフェライトとパーライトの混合組織とすると共に、破断分割部のフェライト分率を面積比で２０％以下に制御することで、破断分割部における破面形状を粗くし、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップの破面同士が正常位置で嵌合する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−４７００２号公報
【特許文献２】特開２００３−１９３１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２の技術では、破面形状を粗くすることによって、コネクティングロッド本体とコネクティングキャップの破面同士が正常位置で嵌合しやすいという効果が発揮される。しかしながら、この技術で用いられる鋼材は、Ｖを含有する非調質用鋼であるため、Ｖ添加コストが大きくなるという問題がある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、Ｖ等の高価な合金元素を用いなくても破断分割性が良好であると共に、嵌合性に優れた破断分割型コネクティングロッドを製造するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成することのできた本発明の製造方法とは、
質量％で、
Ｃ  ：０．１〜０．７０％、
Ｓｉ：０％超、１．５％以下、
Ｍｎ：０．０１〜２．０％、
Ｐ  ：０％超、０．２０％以下、
Ｓ  ：０％超、０．２０％以下、
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
を夫々含有し、
残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼材を用い、
コネクティングロッド形状に成形した後、下記（１）式および（２）式の関係を満足する摂氏温度Ｔ１から焼入れし、引き続き２２０〜４３０℃の温度範囲で焼戻しを行なう工程を含む点に要旨を有する。
Ｔｕ＜Ｔ１＜Ａ３                                          ・・・（１）
Ｔｕ＝Ａ１＋｛（Ａ３−Ａ１）／（[Ｃ]×１００）｝×１８    ・・・（２）
但し、Ａ１は下記（３）式によって求められる摂氏温度、Ａ３は下記（４）式によって求められる摂氏温度であり、
[Ｃ]、[Ｓｉ]、[Ｍｎ]および[Ｃｒ]は、夫々Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの鋼材中の質量％での含有量を示す。
Ａ１＝７５０．８−２６．６×[Ｃ]＋１７．６×[Ｓｉ]−１１．６×[Ｍｎ]＋２４．１
×[Ｃｒ]                                            ・・・（３）
Ａ３＝９３７．２−４３６．５×[Ｃ]＋５６×[Ｓｉ]−１９．７×[Ｍｎ]−４．９×
[Ｃｒ]                                              ・・・（４）
【００１３】
本発明の製造方法においては、焼入れおよび焼戻し後の組織が、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトおよびフェライトの混合組織を含み、組織全体に対してフェライトを面積率で１％以上、１８％以下含むものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一般的な化学成分組成を有する鋼材を用い、焼入れおよび焼戻し時の温度を適切な範囲に制御することによって、破断分割性が良好であると共に、嵌合性に優れた破断分割型コネクティングロッドが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は破断分割試験に用いる試験片の概略上面図であり、図１（ｂ）は前記試験片の概略側面図である。
【図２】図２は破断分割試験の方法を説明するための装置概略図である。
【図３】図３は破断分割前後の試験片の概略上面図である。
【図４】図４は組織およびフェライト分率の評価に用いた試験片の概略説明図である。
【図５】図５はフェライト分率が寸法変化とうねりＷｚに与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、破断分割性と嵌合性の両特性に優れた破断分割型コネクティングロッドを実現すべく、様々な角度から検討した。その結果、焼入れおよび焼戻し時の温度を適切な範囲に制御すれば、破断分割性と嵌合性に優れた破断分割型コネクティングロッドが実現できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明が完成された経緯を説明しつつ、本発明の構成について説明する。
【００１７】
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、下記のような知見が得られた。即ち、組織が焼戻しマルテンサイトやベイナイト等の過冷組織のみから構成される鋼材と比較し、過冷組織と所定の割合のフェライトを含む混合組織で構成される鋼材は、破断分割によって生じる破面での凹凸を増加させる効果があることが判明した。このように破面の凹凸が増すことによって、嵌合時にコネクティングロッド本体とコネクティングキャップの破面が正常位置で嵌合しやすくなり、嵌合性に優れた破断分割型コネクティングロッドが実現できる。
【００１８】
また、焼入れ温度を、フェライトとオーステナイトの二相領域となる所定の温度で行なうことによって、上記の効果を発現させるために有効な割合でフェライトを析出させることができることも分かった。更に、所定温度で焼戻しを行なうことによって、破断分割性も良好となることも分かった。以下、本発明の製造方法を順に説明する。
【００１９】
まず本発明で用いる鋼材の化学成分組成について説明する。本発明では、Ｖ等の合金成分を含まず、コストの低い一般的な鋼材を用いる。
【００２０】
Ｃ：０．１〜０．７０％
Ｃは、強度の確保と共に破断分割時の歪を小さくするのに必要な元素である。また、Ｃ含有量が少なければ、マルテンサイト変態開始温度が上昇し、鋼材の焼きが入りにくくなる。こうした観点から、Ｃ含有量は０．１％以上とする必要がある。好ましい下限は０．２％以上であり、より好ましい下限は０．３％以上である。しかしながら、Ｃ含有量が共析点を上回ると、前記（４）式によって求められる摂氏温度Ａ３よりも低い温度から焼入れを行なっても、フェライトが析出しなくなる。またＣ含有量が過剰になると、被削性が劣化する。こうした観点から、Ｃ含有量は０．７０％以下とする必要がある。好ましい上限は０．６０％以下であり、より好ましい上限は０．５５％以下である。
【００２１】
Ｓｉ：０％超、１．５％以下
Ｓｉは、鋼溶製時の脱酸元素として有用であると共に、フェライト中に固溶して、破断分割時の塑性変形の主な原因である軟質相となるフェライトの強度を向上させ、耐力や疲労強度を向上させるのに有効な元素である。また、破断分割時に、真円度変化等で評価される変形を抑制し、破面の嵌合性を向上させるのにも有効である。これらの効果は、Ｓｉ含有量が増加すればするほど大きくなる。それらの効果を十分発揮させるには、Ｓｉ含有量は０．１５％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２０％以上である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、必要以上に硬さが増加して被削性が劣化するため、１．５％以下とする必要がある。好ましい上限は１．０％以下であり、より好ましい上限は０．５％以下である。
【００２２】
Ｍｎ：０．０１〜２．０％
Ｍｎは、鋼材の焼入れ性を向上させることで安定した鋼材の強度を確保することができる。こうした効果を発揮させるためには、Ｍｎは０．０１％以上含有させる必要がある。好ましくは０．０５％以上であり、より好ましくは０．１％以上である。しかしながら、Ｍｎ含有量が過剰になると、Ｍｎがオーステナイト安定化元素であるため、調質後に残留オーステナイトが生成し、強度が却って低下する。こうした観点から、Ｍｎ含有量は２．０％以下とする必要がある。好ましい上限は１．５％以下であり、より好ましい上限は１．０％以下である。
【００２３】
Ｐ：０％超、０．２０％以下
Ｐは、破断分割時における鋼材の変形を抑制し、破面の嵌合性を向上させるのに有効な成分である。こうした効果は、その含有量が増加するにつれて増大する。その効果をより有効に発揮させるためには、Ｐは０．０３％以上積極的に含有させてもよい。より好ましくは０．０５％以上である。しかしながら、過剰なＰは、連続鋳造時の鋳造欠陥を誘発する場合がある。こうした観点から、Ｐ含有量は０．２０％以下とする必要がある。好ましい上限は０．１５％以下であり、より好ましい上限は０．０８％以下である。
【００２４】
Ｓ：０％超、０．２０％以下
Ｓは、Ｍｎと反応してＭｎＳを生成し、鋼材の被削性を改善するのに有効な元素である。また前記ＭｎＳが、製造過程における圧延等で細長く伸びた形状になると、これが破断分割時の破面進展を阻害し、嵌合性を高める効果を発揮する。こうした効果は、その含有量が増加するにつれて増大する。その効果を有効に発揮させるために、Ｓを０．０１％以上積極的に含有させてもよい。より好ましくは０．０３％以上である。しかしながら、過剰なＳは、前記ＭｎＳを過剰に生成し、熱間鍛造割れや疲労強度低下の原因となるので、０．２０％以下とする必要がある。好ましい上限は０．１５％以下であり、より好ましい上限は０．１２％以下である。
【００２５】
Ｃｒ：０．０１〜２．０％
Ｃｒは、鋼材の焼入れ性を向上させることで安定した鋼材の強度を得ることができる。こうした効果を発揮させるためには、０．０１％以上含有させる必要がある。好ましくは、０．１％以上であり、より好ましくは０．３％以上である。しかしながら、Ｃｒ含有量が過剰になると、Ｃｒは低温焼戻し脆化を抑制するため、良好な破断分割性が得られない。こうした観点から、Ｃｒ含有量は２．０％以下とする必要がある。好ましい上限は１．５％以下であり、より好ましい上限は１．１％以下である。
【００２６】
本発明で用いる鋼材における基本的な化学成分組成は、上記の通りであり、残部は鉄および不可避的不純物である。該不可避的不純物として、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素（例えば、Ｏ、Ｈ等）の混入が許容され得る。
【００２７】
次に、上記のような化学成分組成の鋼材を、熱間鍛造によってコネクティングロッド形状に成形する工程を行なった後、焼入れおよび焼戻しの調質処理を行ない、その後破断分割工程を経てコネクティングロッドを製造する。以下では、摂氏温度Ｔ１、Ｔｕ、Ａ１、Ａ３を単にＴ１、Ｔｕ、Ａ１、Ａ３と略記する場合がある。尚、これらの温度はいずれも鋼材表面で管理した温度である。
【００２８】
焼入れおよび焼戻しの調質処理を行なう点においては、前記した特許文献１と同じとなる。しかし本発明の方法では、所望の組織を有するコネクティングロッドを製造するために、下記（１）式および（２）式を満足するＴ１から焼入れを行なう点で上記特許文献１と相違する。
【００２９】
下記（３）式によって求められるＡ１は、上記のように化学成分組成が調整された亜共析鋼材の共析変態温度に相当し、下記（４）式によって求められるＡ３は、上記のように化学成分組成が調整された亜共析鋼材におけるオーステナイトからフェライトが析出する温度に相当する。これらのＡ１、Ａ３を含めて下記（１）式および（２）式で規定されるＴ１の温度から焼入れを行なう。尚、下記（１）式および（２）式は、本発明者らの実験に基づいて求めたものである。
Ｔｕ＜Ｔ１＜Ａ３                                          ・・・（１）
Ｔｕ＝Ａ１＋｛（Ａ３−Ａ１）／（[Ｃ]×１００）｝×１８    ・・・（２）
但し、Ａ１は下記（３）式によって求められる摂氏温度、Ａ３は下記（４）式によって求められる摂氏温度であり、[Ｃ]、[Ｓｉ]、[Ｍｎ]および[Ｃｒ]は、夫々Ｃ、Ｓｉ、ＭｎおよびＣｒの鋼材中の質量％での含有量を示す。
Ａ１＝７５０．８−２６．６×[Ｃ]＋１７．６×[Ｓｉ]−１１．６×[Ｍｎ]＋２４．１
×[Ｃｒ]                                            ・・・（３）
Ａ３＝９３７．２−４３６．５×[Ｃ]＋５６×[Ｓｉ]−１９．７×[Ｍｎ]−４．９×
[Ｃｒ]                                              ・・・（４）
【００３０】
上述したように本発明では焼入れ温度Ｔ１が上記（１）式を満足することが必要である。Ｔ１がＴｕ以下になると、過剰なフェライトの生成によって、破断分割性が低下する。一方、Ｔ１がＡ３以上となると、フェライトが生成せず焼戻しマルテンサイトとベイナイトの過冷組織だけの混合組織となる。その結果、嵌合性が低下する。いずれにしても、本発明の効果が達成されない。
【００３１】
焼入れするときの手段は、水焼入れであっても良いし、油焼き入れであっても良い。要するに、焼入れ時の平均冷却速度が、２０℃／秒以上となるような冷却を行なえば良い。このときの平均冷却速度は、より好ましくは１００℃／秒以上である。但し、焼入れ時の平均冷却速度の上限は、通常５００℃／秒以下である。
【００３２】
上記のような焼入れ処理を行なうことによって、焼入れおよび焼戻し後の組織を、所定量のフェライトを含む、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトおよびフェライトの混合組織とすることができる（詳細は後述する）。尚、「Ｔ１から焼入れを行なう」とは、焼入れ直前の温度が、上記（１）式の関係を満足する範囲にあることを意味する。例えば本発明で用いる鋼材を、Ａ３を超える温度領域まで加熱し、熱間鍛造を行なった後に、その降温工程で上記（１）式の関係を満足するＴ１となった段階でそのまま焼入れを行なってもよい。或いは、本発明で用いる鋼材を、Ａ３を超える温度領域まで加熱し、熱間鍛造を行なった後に、一旦上記Ｔｕよりも低い温度となるまで冷却し、その後上記（１）式の関係を満足するＴ１まで加熱してから焼入れを行なってもよい。
【００３３】
尚、上記（１）式を満足する温度Ｔ１で焼入れするためには、鋼材を加熱する際に、鋼材全体を均一な温度Ｔ１に制御する目的で、予め当該温度Ｔ１で２〜３時間程度保持する均熱処理を行なうのが有効である。
【００３４】
上記のような焼入れを行なった後、２２０〜４３０℃の低い温度範囲に加熱して低温焼戻しを行なう。低温焼戻し脆化温度よりも低い温度で焼戻しを行なった場合には、脆化効果が十分得られず、破断分割時に塑性変形を起こしてしまい、破断分割性が劣化するだけでなく、変形が著しい場合は嵌合性も悪化させる可能性がある。そのため焼戻し温度は、２２０℃以上とする必要がある。好ましくは２３０℃以上であり、より好ましくは、２５０℃以上である。
【００３５】
一方、低温焼戻し脆化温度よりも高い温度で焼戻しを行なっても脆化効果が十分得られず、破断分割時に塑性変形を起こしてしまい、破断分割性の劣化のみならず、変形が著しいときは嵌合性も悪化させる可能性がある。こうした観点から、焼戻し温度の上限は４３０℃以下とする必要がある。好ましくは４１０℃以下であり、より好ましくは４００℃以下である。
【００３６】
上述した本発明の方法によって得られた破断分割型コネクティングロッドは、焼入れおよび焼戻し後の組織が、焼戻しマルテンサイトとベイナイトの過冷組織と、フェライトとの混合組織を含み、組織全体に対してフェライトを面積率で１％以上、１８％以下含む。
【００３７】
詳細には、まず焼入れおよび焼戻し後の組織は、焼戻しマルテンサイトとベイナイトの過冷組織を含む。上記過冷組織は、本発明で規定する焼戻し温度で生じる低温焼戻し脆化現象を発現し得る組織である。低温焼戻し脆化現象は、フェライトとパーライトの混合組織やパーライト主体の組織では得られないため、上記のように過冷組織を主相組織とする必要がある。全組織に対する上記過冷組織の比率は後記するフェライト等との関係で決定される。
【００３８】
更に本発明では組織中にフェライトを含む。前述したように、本発明では低温焼戻しを行なっているため、鋼材組織の粒界は脆くなっている。そのため、基本的に粒界破壊によって破面亀裂が生じることになる。鋼組織の粒界上に存在するフェライトは延性が比較的高いため、破断分割時にそれが亀裂進行を阻害し、破面亀裂の進路を変更する効果がある。これにより破面形状が大きくうねるように変化し、嵌合性を向上させる。フェライトの含有率が少ない場合、得られる亀裂の進路変更の効果が不十分となる。こうした観点から、組織全体に対するフェライトの面積率は１％以上とする。好ましくは３％以上であり、より好ましくは５％以上である。
【００３９】
一方、フェライトが過剰に析出した場合、破断分割性が低下し、塑性変形によりコネクティングロッド内径の真円度が低下する。こうした観点から、組織全体に対するフェライトの面積率は１８％以下とする。好ましくは１５％以下であり、より好ましくは１２％以下である。
【００４０】
本発明の鋼材は、上記のように焼戻しマルテンサイトとベイナイトの過冷組織と、所定量のフェライトの混合組織から構成されてもよいが、本発明の作用を損なわない範囲で、残部組織として、残留オーステナイト等を面積率でおおむね５％程度以下で含むことも許容できる。
【００４１】
例えば、前記特許文献１の技術では、鋼材をオーステナイト域温度であるＡ3変態点以上の温度になるまで加熱し、熱間鍛造を行なった後、Ａ3変態点以上の温度のままで焼入れを行なうので、所望とするフェライトは生成せず、ベイナイトとマルテンサイトの混合組織となる。その結果、嵌合性が低下する。
【００４２】
また一般的な破断分割型コネクティングロッドは、前記特許文献２に示されるように、鋼材をオーステナイト域温度であるＡ3変態点以上の温度になるまで加熱し、熱間鍛造を行なった後、空冷や風冷などを行なって冷却し、破断分割工程を経て製造される。このようにして製造される特許文献２の鍛造部品は非調質用鋼であり、その組織はフェライトとパーライトの混合組織となり、本発明における過冷組織は得られない。
【００４３】
上述したフェライトとパーライトの混合組織では、低温焼き戻し脆化現象に起因する粒界破壊が生じ難く、粒界破壊と粒内破壊と区別されることなく破面亀裂が生じる、即ち擬劈開破壊と呼ばれる現象が生じるので、比較的フラットな破面形状となる。その結果、嵌合性が低下する。
【００４４】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例によって本発明は限定されず、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で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。
【実施例】
【００４５】
下記表１に示す化学成分組成の鋼種Ａ〜Ｄを通常の溶製方法に従って溶解し、鋳造、分塊した後、開始温度：１０５０℃、終了温度：９００℃で圧延を行ない、直径：５０ｍｍの棒鋼を得た。得られた棒鋼を長手方向に対して垂直に切断し、長さ９０ｍｍの棒鋼とした。この棒鋼を、１２００℃まで加熱してから熱間鍛造により該棒鋼の長さ方向に対して垂直方向に圧縮を加え、縦：１００ｍｍ×横：７０ｍｍ×厚さ：２５ｍｍの板状に加工した後、放冷した。尚、下記表１には、各鋼種のＡ１、Ａ３およびＴｕの値も示した。また表１に示す鋼種Ｄは、Ｃ含有量が多い比較鋼であり、ＤＩＮ（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ  Ｎｏｒｍｅｎ：ドイツ工業規格）のＣ７０Ｓ６に相当する鋼である。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
熱間鍛造後の各板状部材に対して、後述する表２、３の試験Ｎｏ．１〜３５に示す各種焼入れ温度まで加熱し、２時間の均熱処理を施した後、常温の水で焼入れを行ない、同じく後述する表２、３の試験Ｎｏ．１〜３５に示す各種焼戻し温度で３時間焼戻し処理し、調質部材を製造した。
【００４８】
上記で得られた各調質部材に対し、下記の各種方法によって、破断分割性、嵌合性、組織およびフェライト分率を夫々評価した。
【００４９】
（１）破断分割性の評価方法
前記で得られた各調質部材を切削し、図１に示す試験片に加工した。図１（ａ）は破断分割試験に用いる試験片の概略上面図であり、図１（ｂ）は前記試験片の概略側面図である。試験片は、縦：６５ｍｍ×横：６５ｍｍ×厚さ：２２ｍｍの板状で、中央には直径：４３ｍｍの円筒状の孔が抜き取られている。中央の孔の端部２箇所には、曲率Ｒ：０．２ｍｍ、深さ：１．０ｍｍ、開口角６０°のノッチａが設けられている。また、試験片には圧延方向ｃに沿って、直径：８．３ｍｍのボルト孔ｂが２箇所に設けられている。
【００５０】
図２は、破断分割試験の方法を説明するための装置概略図である。図２に示すように、試験片６の中央の孔にホルダー３ａ、３ｂを通して、１６００ｔプレス試験機にセットし、プレス速度：２７０ｍｍ／秒で試験片の破断分割を行なった。尚、図２中、２は支持台である。試験片の破断分割は、プレス１で行なった。試験片６の破断速度は、くさび４および５のくさび角が３０°であるので、約１５０ｍｍ／秒と計算される。
【００５１】
そして図３に示すように、破断分割前後、即ち試験前後の孔径差（Ｌ２−Ｌ１）を寸法変化として測定し、この寸法変化が１５５μｍ以下のものを破断分割性に優れると評価した。尚、寸法変化１５５μｍ以下の基準は、ＤＩＮのＣ７０Ｓ６のものと同等である。
【００５２】
（２）嵌合性の評価方法
嵌合性は、破断分割後の破面の形状により評価を行なった。破面の形状については、粗さ測定器にて、破面の側面とボルト孔端の中央ラインのノッチａの底を起点、該中央ラインの破面終端を終点として、破断分割後の試験片の中央の孔の径方向に探針を操作し、破面上のうねり形状を評価した。
【００５３】
このうねり形状は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１に基づき、最大高さうねりＷｚを求めて評価した。最大高さうねりＷｚの評価条件は、基準長さ：２．５ｍｍ、区間数：３、カットオフ値λｆ：２５．０ｍｍ、カットオフ値λｃ：０．２５ｍｍ、フィルタ種別：Ｇａｕｓｓｉａｎとした。
【００５４】
上記測定を、破断分割後のキャップ側の試験片における二つの破面について、各破面のボルト穴を挟んだ両側の二つの測定部の合計４か所で同様に行ない、その平均値をうねりＷｚとした。そして、うねりＷｚが２８０μｍ以上のときに、合格と評価した。この合格基準は、ＤＩＮのＣ７０Ｓ６のものと同等である。
【００５５】
（３）組織およびフェライト分率の評価方法
前記にて得られた調質部材の長手方向の中央部で、且つ厚さ方向の中央部、幅方向の全長に対して１／４部を満たす部位が観察できるように、長手方向に垂直な断面から試験片を採取した。図４は組織およびフェライト分率の評価に用いた試験片の概略説明図であり、部材上面と部材断面を夫々示している。この試験片の表面を鏡面研磨した後、ナイタールで腐食させて組織観察用試験片を用意した。そして光学顕微鏡を用い、１視野の写真サイズ：９ｃｍ×７ｃｍとして４００倍で撮影し、得られた写真から、金属組織の解析とフェライト分率の測定を行なった。上記フェライト分率の測定を、試験片表面における任意の５視野で同様に行ない、その平均値をフェライト分率とした。
【００５６】
これらの結果を、焼入れ温度および焼戻し温度と共に下記表２、３の試験Ｎｏ．１〜３５に示す。このうち試験Ｎｏ．３５は、熱間鍛造後、焼入れおよび焼戻しを行わないで製造されたＣ７０Ｓ６相当鋼の鋼種Ｄを用いた実験結果である。
【００５７】
【表２】
2016089248.tif 000004
【００５８】
【表３】
2016089248.tif 000005
【００５９】
これらの結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１〜１０は鋼種Ａを用いた例である。このうち、試験Ｎｏ．７〜９は、本発明で規定する要件を満足する例であり、金属組織およびフェライト分率が適切に調整され、破断分割性と嵌合性に優れていることがわかる。
【００６０】
これに対し、試験Ｎｏ．１〜６、１０は、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない例であり、破断分割性および嵌合性の少なくともいずれかが劣化した。試験Ｎｏ．１は、焼入れ温度が高く且つ焼戻し温度が低い例であり、フェライトが生成しておらず、破断分割性および嵌合性のいずれも劣化した。
【００６１】
試験Ｎｏ．２〜４は、焼入れ温度が高い例であり、フェライトが生成しておらず、嵌合性が劣化した。試験Ｎｏ．５は、焼入れ温度および焼戻し温度が高い例であり、フェライトが生成しておらず、破断分割性および嵌合性のいずれも劣化した。試験Ｎｏ．６は、焼戻し温度が低い例であり、破断分割性が劣化した。試験Ｎｏ．１０は、焼戻し温度が高い例であり、破断分割性が劣化した。
【００６２】
試験Ｎｏ．１１〜２３は鋼種Ｂを用いた例である。このうち、試験Ｎｏ．１５〜１７、２０〜２２は、本発明で規定する要件を満足する例であり、金属組織およびフェライト分率が適切に調整され、破断分割性と嵌合性に優れていることがわかる。
【００６３】
これに対し、試験Ｎｏ．１１〜１４、１８、１９、２３は、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない例であり、破断分割性および嵌合性の少なくともいずれかが劣化した。試験Ｎｏ．１１〜１３は、焼入れ温度が高い例であり、フェライトが生成しておらず、嵌合性が劣化した。試験Ｎｏ．１４は、焼入れ温度が低い例であり、破断分割性が劣化した。
【００６４】
試験Ｎｏ．１８は、焼戻し温度が高い例であり、破断分割性が劣化した。試験Ｎｏ．１９は、焼戻し温度が低い例であり、破断分割性が劣化した。試験Ｎｏ．２３は、焼戻し温度が高い例であり、破断分割性が劣化した。
【００６５】
試験Ｎｏ．２４〜３４は、鋼種Ｃを用いた例である。このうち試験Ｎｏ．２８〜３０は、本発明で規定する要件を満足する例であり、金属組織およびフェライト分率が適切に調整され、破断分割性と嵌合性に優れている。
【００６６】
これに対し、試験Ｎｏ．２４〜２７、３１〜３４は、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない例であり、破断分割性および嵌合性の少なくともいずれかが劣化した。試験Ｎｏ．２４〜２６は、焼入れ温度が高い例であり、フェライトが生成しておらず、嵌合性が劣化した。試験Ｎｏ．２７は、焼戻し温度が低い例であり、破断分割性が劣化した。
【００６７】
試験Ｎｏ．３１は、焼戻し温度が高い例であり、破断分割性が劣化した。試験Ｎｏ．３２〜３４は、焼入れ温度が低い例であり、フェライト分率が過剰になって、破断分割性が劣化した。
【００６８】
上記結果から明らかなように、本発明で規定する化学成分組成を満足する鋼種Ａ〜Ｃのいずれを用いても、焼入れおよび焼戻し等の条件は、同様の影響を与えていることが分かる。
【００６９】
図５に、試験Ｎｏ．３５を除く全ての測定結果に基づき、フェライト分率が寸法変化とうねりＷｚに与える影響を示す。図５から明らかなように、寸法変化とうねりＷｚの両方を適正な範囲にするには、全組織に対するフェライト分率を１〜１８面積％の範囲に制御すればよいことが分かる。
【符号の説明】
【００７０】
１  プレス
２  支持台
３ａ、３ｂ  ホルダー
４、５  くさび
６  試験片
ａ  ノッチ
ｂ  ボルト孔
ｃ  圧延方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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