(57)【要約】【課題】ロッド部の強度と、大端部と小端部の被削性とを両立させた破断分離型コンロッド用成型部品、及び該コンロッド用成型部品を用いた該コンロッド、並び該コンロッドの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のコンロッド用成型部品は、所定の化学成分組成を含有し、残部が鉄、及び不可避的不純物からなり、下記式（１）〜（３）を満足する。      Ｃeq＝［Ｃ］＋０．２８［Ｍｎ］−１．０３［Ｓ］＋０．３２３［Ｃｒ］＋１．６９［Ｖ］≧１．１０％・・・（１）      フェライト分率（％）≧（（０．８０−［Ｃ］）／０．８０）×０．８０×１００％・・・（２）      ＨＶ−２５４Ｃeq≦２５・・・（３）    （式中、ＨＶはビッカース硬さ、Ｃeqは前記式（１）で求められる値）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学成分組成が、質量％で、
Ｃ  ：０．２０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．１０〜２％、
Ｍｎ：０．５〜２％、
Ｐ  ：０．００１〜０．１５％、
Ｓ  ：０．０１〜０．２％、
Ｃｒ：０．０１〜２％、
Ｖ  ：０．２７〜０．５０％、
Ａｌ：０％超〜０．１％、及び
Ｃａ：０．０００１〜０．０２０％、
を含有し、残部が鉄、及び不可避的不純物からなり、
下記式（１）を満足すると共に、
鋼の長手方向１／４位置で幅方向に垂直に切断し、該切断面の幅方向１／４位置と厚さ方向１／４位置の交点におけるフェライト分率が下記式（２）を満足し、且つ前記切断面の幅方向１／４位置と厚さ方向１／２位置のビッカース硬さが下記式（３）を満足する破断分離型コネクティングロッド用成型部品。
Ｃeq＝［Ｃ］＋０．２８［Ｍｎ］−１．０３［Ｓ］＋０．３２３［Ｃｒ］＋１．６９［Ｖ］≧１．１０％・・・（１）
フェライト分率（％）≧（（０．８０−［Ｃ］）／０．８０）×０．８０×１００％・・・（２）
ＨＶ−２５４Ｃeq≦２５・・・（３）
（式中、ＨＶはビッカース硬さ、Ｃeqは前記式（１）で求められる値である。）
【請求項２】
さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏよりなる群から選択される少なくとも１種を０％超〜０．２％含有する請求項１に記載の破断分離型コネクティングロッド用成型部品。
【請求項３】
さらに、Ｐｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から選択される少なくとも１種を０％超〜０．２％含有する請求項１または２に記載の破断分離型コネクティングロッド用成型部品。
【請求項４】
さらにＲＥＭ：０％超〜０．００５０％含有する請求項１〜３のいずれかに記載の破断分離型コネクティングロッド用成型部品。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記化学成分組成を満足し、且つ前記コネクティングロッドの大端部及び小端部は前記式（２）、及び前記式（３）を満足すると共に、前記コネクティングロッドのロッド部の０．２％耐力が８００ＭＰａ以上であるコネクティングロッド。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の前記化学成分組成を満足する鋼材を用いて１１００℃以上に加熱した後、１０２０℃以下で鍛造を終了し、その後、放冷または風冷により５００℃以下に冷却する請求項５に記載のコネクティングロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジン等の部品として用いられるコネクティングロッド（以下、「コンロッド」ということがある）の製造に好適な成型部品、及び該成型部品を用いたコネクティングロッド、並びに該コネクティングロッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼル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ンロッドが用いられている。コンロッドは、クランクシャフトに組み付けるための略円形の貫通孔を備えた部品であり、この組み付けや保守のための取り外しを容易にすべく、大端部の貫通孔部分が２つの略半円に分離するよう構成されている。分離したコンロッドのうちピストンと直結する側はコンロッド本体と称され、残りはコンロッドキャップと称される。このようにして製造されるコンロッドを、破断分離型コンロッドという。
【０００３】
このようなコンロッドは、例えばキャップとロッドが一体となった形状で熱間鍛造して成型し、その後、クランクシャフト等に組み付けるために大端部と小端部の内側に貫通孔形成加工、すなわち、穴開け加工やボルト穴加工等の機械加工を施した後、大端部の貫通孔部分が２つの略半円となるように冷間で破断分割するかち割り加工を行う。最後にクランクシャフトを挟んで破断面を嵌合し、ボルトで締結して組立てる方法が行われている。
【０００４】
近年、自動車の燃費向上などに対応するために自動車部品の軽量化が求められているが、コンロッドには軽量化と共に高負荷に対応した高強度が求められている。しかしながら鋼の高強度化により、特に大端部や小端部の成形加工性の低下、切削工具の損傷や損耗が生じるなど鋼の切削性が悪化する。そのためコンロッドに要求される強度を満足することができ、且つ被削性にも優れた破断分離型コンロッド用成型部品が求められていた。
【０００５】
例えば特許文献１には、焼入必要部分よりも広い領域をＡ１変態点以上に保持し、この状態から前記焼入必要部分のみを急冷して焼入れを行い、しかる後、空気中に放置して焼入必要部分の周辺部の保有熱により該焼入必要部分を焼戻しすることを特徴とする鋼部品の製造方法が開示されている。
【０００６】
また特許文献２には所定の化学成分組成を有し、ＭｎとＳの質量比（Ｍｎ／Ｓ）が１７．５以上であることを特徴とする破断分割性及び被削性に優れたＰｂフリー鋼が開示されている。
【０００７】
特許文献３には、所定の化学成分組成を満足し、且つフェライトとパーライトが合計で全体の９５面積％以上を占め、棒状圧延材の長手方向に対して平行な断面におけるＤ／４部（Ｄは圧延材の直径）を観察したときに、硫化物系介在物の平均アスペクト比が１０．０以下であると共に、下記式（１）で示されるＰｃが０．４１〜０．７５で、かつ下記式（２）で示されるＶｅｑが０．１８質量％以上であることを特徴とする破断分離性に優れた破断分離型コネクティングロッド用圧延材が開示されている。
Ｐｃ＝Ｃ／（１−α／１００）    …（１）
（式（１）中、Ｃは鋼中炭素含有量（質量％）を示し、αはフェライト分率（面積％）を示す）
Ｖｅｑ＝Ｖ＋Ｔｉ／２＋Ｓｉ／２０    …（２）
（式（２）中、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉは鋼中の各元素の含有量（質量％）を示す）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９７７７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１９００４９号公報
【特許文献３】特許第０４２６８１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
強度と被削性はトレードオフの関係にあり、合金元素量を増加させると強度は向上するが被削性は低下する。そのため、従来技術ではコンロッドのロッド部を高強度に維持しつつ、コンロッドの大端部と小端部の被削性を向上させることは難しかった。またロッド部と、大端部及び小端部に異なる熱処理を施して強度と被削性のバランスを図る技術も研究されているが、製造工程が煩雑になるため製造コストが上昇するという問題が生じた。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、ロッド部の強度と、大端部と小端部の被削性（以下、「強度と被削性」ということがある）とを両立させた破断分離型コンロッド用成型部品、及び該コンロッド用成型部品を用いたコンロッド、並び該コンロッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成し得た本発明の破断分離型コンロッド用成型部品とは、
化学成分組成（以下、化学成分組成は全て「質量％」である）が、Ｃ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：０．１０〜２％、Ｍｎ：０．５〜２％、Ｐ：０．００１〜０．１５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ｃｒ：０．０１〜２％、Ｖ：０．２７〜０．５０％、Ａｌ：０％超〜０．１％、及びＣａ：０．０００１〜０．０２０％、を含有し、残部が鉄、及び不可避的不純物からなり、下記式（１）を満足すると共に、鋼の長手方向１／４位置で幅方向に垂直に切断し、該切断面の幅方向１／４位置と厚さ方向１／４位置の交点におけるフェライト分率が下記式（２）を満足し、且つ前記切断面の幅方向１／４位置と厚さ方向１／２位置のビッカース硬さが下記式（３）下記式（２）、（３）を満足することに要旨を有する。
Ｃeq＝［Ｃ］＋０．２８［Ｍｎ］−１．０３［Ｓ］＋０．３２３［Ｃｒ］＋１．６９［Ｖ］≧１．１０％・・・（１）
フェライト分率（％）≧（（０．８０−［Ｃ］）／０．８０）×０．８０×１００％・・・（２）
ＨＶ−２５４Ｃeq≦２５・・・（３）
（式中、ＨＶはビッカース硬さ、Ｃeqは前記式（１）で求められる値である。）
【００１２】
さらに本発明のコネクティングロッド用成型部品は、さらに（ａ）Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏよりなる群から選択される少なくとも１種：０％超〜０．２％、（ｂ）Ｐｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から選択される少なくとも１種：０％超〜０．２％、（ｃ）ＲＥＭ：０％超〜０．００５０％を含有することも好ましい。
【００１３】
また本発明には、上記化学成分組成を満足し、且つ前記コネクティングロッドの大端部及び小端部は前記式（２）、及び前記式（３）を満足すると共に、前記コネクティングロッドのロッド部の０．２％耐力が８００ＭＰａ以上であるコネクティングロッドも含まれる。
【００１４】
更に本発明には、上記化学成分組成を満足する鋼材を用いて１１００℃以上に加熱した後、１０２０℃以下で鍛造を終了し、その後、放冷または風冷により５００℃以下に冷却することに要旨を有するコネクティングロッドの製造方法も含まれる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、化学成分組成と金属組織を適切に制御しているため、強度と被削性の両特性に優れたコンロッド用成型部品を提供できる。また本発明のコンロッド用成型部品を用いれば強度と被削性に優れたコンロッドを提供できる。そして本発明の製造方法によれば、上記特性を有するコンロッドを容易に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例における測定箇所を説明する概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は切断面図である。
【図２】図２は、実施例における降伏強度と式（１）との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例における鍛造終了温度と、強度及び被削性のバランスとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
従来はコンロッドのロッド部の強度を高めるために合金元素の含有量を増加させていたが、大端部や小端部の強度も上昇して被削性が悪化した。そこで本発明者らはロッド部の強度を高く維持したまま、大端部や小端部の被削性を向上させ、強度と被削性のバランスを図ることができるコンロッド用成型部品について鋭意検討を重ねた。その結果、従来よりもＶを積極的に添加して含有量を増加させると共に、大端部と小端部のフェライト分率をＣ含有量との関係で規定し、更に鋼の化学成分組成を適切に制御することでロッド部の強度を維持したまま、大端部と小端部の被削性を向上でき、上記課題を解決できることを見出した。
【００１８】
すなわち、本発明で規定する所定の要件を満足するロッド用成型部品は加工歪が残存しやすいため加工率が低い大端部や小端部でもフェライトを十分に析出させ、大端部や小端部のビッカース硬さを低減できる結果、被削性が向上する。したがって本発明に基づいてロッド部の強度を確保するために必要な合金元素を添加しても、ロッド部の強度と大端部と小端部の被削性を両立できる。なお、本発明においてコンロッド用成型部品とは、熱間鍛造成型部品をいう。
【００１９】
本発明者らはロッド部に要求される強度、具体的には０．２％耐力で８００ＭＰａを付与する観点から鋼の化学成分組成を制御する指標としてコンロッド用成型部品の炭素当量Ｃeqを下記式（１）で規定した。
式（１）：Ｃeq＝［Ｃ］＋０．２８［Ｍｎ］−１．０３［Ｓ］＋０．３２３［Ｃｒ］＋１．６９［Ｖ］≧１．１０％
式（１）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）を代入する。
【００２０】
本発明者らが検討した結果、式（１）によって求められる炭素当量とロッド部の降伏強度は相関性が高く、図２に示すように炭素当量が大きくなると降伏強度も大きくなることがわかった。８００ＭＰａ以上のロッド部の降伏強度を得るためには式（１）は１．１０％以上とする必要がある。式（１）の値が高くなる程、降伏強度も高くなる傾向があるため、式（１）の値は好ましくは１．１６％、より好ましくは１．２３％である。炭素当量Ｃeqの上限は限定されないが、高くなりすぎると降伏強度向上効果が飽和するため、式（１）は好ましくは１．７０％以下、より好ましくは１．５０％以下である。
【００２１】
また本発明では鋼のＶ量を高めることによって大端部及び小端部の被削性の向上を図っているが、Ｃ量に対して十分なフェライト分率を有していない場合、Ｖ添加による被削性向上効果が十分に得られないことがわかった。そこで、本発明では大端部と小端部の被削性を向上させる観点からＣ量とフェライト分率の関係を式（２）で規定した。本発明では鋼の化学成分組成を上記式（１）を満足するように調整してロッド部を高強度化しても、式（２）を満足するように大端部及び小端部のフェライト分率を高めることでロッド部の高強度化と、大端部及び小端部の被削性向上を両立できる。
式（２）：フェライト分率（％）≧（（０．８０−［Ｃ］）／０．８０）×０．８０×１００％
式中、［Ｃ］はコンロッド用成型部品のＣ量（質量％）を代入する。なお、式（２）の右辺「（（０．８０−［Ｃ］）／０．８０）×０．８０×１００％」を「ｋ１」と記載することがある。フェライト分率は大端部及び小端部のフェライト分率を表すが、コンロッド用成型部品を測定する場合は後記実施例に基づいて測定した値である。
【００２２】
また大端部及び小端部の被削性を高める観点から、大端部及び小端部のビッカース硬さは低いほうがよい。具体的には大端部、及び小端部のビッカース硬さと上記式（１）で求められる炭素当量を補正した値との関係が、下記式（３）を満足すれば、大端部と小端部は優れた被削性を有する。
式（３）：ビッカース硬さ（Ｈｖ）−２５４Ｃeq≦２５
式中、Ｃeqは上記式（１）で求められる値である。ビッカース硬さは大端部及び小端部のビッカース硬さであるが、コンロッド用成型部品を測定する場合は後記実施例に基づいて測定した値である。
【００２３】
本発明のコンロッド用成型部品は、上記式（１）〜（３）を満足することによって、ロッド部の強度を維持しながら、大端部及び小端部も優れた被削性を発揮できる。
【００２４】
そしてロッド部の強度と大端部及び小端部の被削性とのバランスに優れていることを示す指標として、本発明のコンロッド用成型部品は下記式（４）を満足することが好ましい。
【００２５】
本発明のコンロッド用成型部品は下記化学成分組成を満足する必要がある。以下、本発明の鋼の化学成分組成について説明する。
【００２６】
Ｃ：０．２０〜０．５０％
Ｃは、強度の確保、破断分離性の向上と共に靭性の低下に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＣ量は０．２０％以上、好ましくは０．２５％以上、より好ましくは０．３０％以上である。Ｃ量が過剰になると強度が高くなりすぎて被削性が低下することがある。したがってＣ量は０．５０％以下、好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３５％以下である。
【００２７】
Ｓｉ：０．１０〜２％
Ｓｉは、鋼を溶製する際の脱酸、及び鍛造品の強度向上に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＳｉ量は０．１０％以上、好ましくは０．２０％以上、より好ましくは０．４０％以上である。Ｓｉ量が過剰になると強度が高くなりすぎて被削性が低下すると共に、靭性が高くなりすぎることがある。したがってＳｉ量は２％以下、好ましくは１％以下、より好ましくは０．６％以下である。
【００２８】
Ｍｎ：０．５〜２％
Ｍｎは、固溶強化や組織強化によって鋼材の強度確保に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＭｎ量は０．５％以上、好ましくは０．８％以上、より好ましくは１．１％以上である。Ｍｎ量が過剰になるとベイナイトが生成して被削性が低下することがある。したがってＭｎ量は２％以下、好ましくは１．７％以下、より好ましくは１．４％以下である。
【００２９】
Ｐ：０．００１〜０．２０％
Ｐは、破断分離時の変形抑制、及び靭性低減に寄与する元素である。特に本発明ではＶを多量に添加しているため、Ｐは少量の添加でこれら効果を発揮する。このような効果を発揮させるためにＰ量は０．００１％以上、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０３％以上である。Ｐ量が過剰になると連続鋳造時の鋳造欠陥を誘発する場合がある。したがってＰ量は０．２０％以下、好ましくは０．１５％以下、より好ましくは０．０８％以下である。
【００３０】
Ｓ：０．０１〜０．２％
Ｓは、鋼中にほとんど固溶せず、切り屑への応力集中により被削性向上に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＳ量は０．０１％以上、好ましくは０．０３％以上である。Ｓ量が過剰になると連鋳割れや熱間鍛造割れ、疲労強度低下の原因となる。したがってＳ量は０．２％以下、好ましくは０．１５％以下、より好ましくは０．１２％以下である。
【００３１】
Ｃｒ：０．０１〜２％
Ｃｒは、固溶強化や組織強化によって鋼材の強度向上に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＣｒ量は０．０１以上、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．５％以上である。Ｃｒ量が過剰になると靭性が高くなりすぎることがある。したがってＣｒ量は２％以下、好ましくは１．５％以下、より好ましくは１．０％以下である。
【００３２】
Ｖ：０．２７〜０．５０％
Ｖは被削性向上に寄与する元素である。特に本発明ではＶを積極的に添加することで、大端部と小端部のフェライト分率を最適化、及びビッカース硬さの低減に効果を発揮する。また強度と被削性のバランスを図るために必要な元素である。このような効果を発揮させるためにＶ量は０．２７％以上、好ましくは０．２８％以上、より好ましくは０．２８５％以上である。Ｖ量が過剰になると被削性向上効果が飽和すると共にロッド部の強度が不十分になる。したがってＶ量は０．５０％以下、好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３５％以下である。
【００３３】
Ａｌ：０％超〜０．１％
Ａｌは、鋼溶製時の脱酸に寄与する元素である。またＡｌはＳｉ、Ｃａと被削性向上に有用な酸化物を形成する。このような効果を発揮させるためにＡｌは０％超、好ましくは０．００１％以上である。Ａｌが過剰になると硬質な酸化物を形成して被削性を阻害する。したがってＡｌ量は０．１％以下、好ましくは０．０２％以下である。
【００３４】
Ｃａ：０．０００１〜０．０２０％
Ｃａは被削性向上に寄与する元素である。特にＣａは工具保護膜を生成して被削性向上効果や、ＭｎＳなどの硫化物系介在物を球状化して脆化促進効果を発揮する。このような効果を発揮させるためにＣａ量は０．０００１％以上、好ましくは０．０００５％以上である。Ｃａ量が過剰になるとその効果は飽和する。したがってＣａ量は０．０２０％以下、好ましくは０．００８０％以下、より好ましくは０．００５０％以下である。
【００３５】
本発明に係るコンロッド用成型部品の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。不可避的不純物とは、原料、資材、製造設備等から混入してくる不純物を意味する。例えばＮは不可避的不純物として０％超含まれており、通常０．００５％以上含まれていることが多いが、Ｎ量が過剰になると熱間加工性が阻害されて製造性が劣化することがある。したがってＮ量は０．０３％以下、好ましくは０．０２５％以下、より好ましくは０．０２％以下である。
【００３６】
また本発明の作用を阻害しない範囲で下記成分を含んでもよい。
【００３７】
（ａ）Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏよりなる群から選択される少なくとも１種：０％超〜０．２％
Ｃｕ、Ｎｉ、及びＭｏは強度向上に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＣｕ、Ｎｉ、及びＭｏよりなる群から選択される少なくとも１種は好ましくは０％超、より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．０３％以上である。Ｃｕ量が過剰になると熱間加工性が阻害されて製造性が劣化することがある。またＮｉ量、Ｍｏ量が過剰になると靭性が高くなりすぎることがある。したがってＣｕ、Ｎｉ、及びＭｏよりなる群から選択される少なくとも１種は好ましくは０．２％以下、より好ましくは０．１５％以下、更に好ましくは０．１％以下である。なお、上記含有量はＣｕ、Ｎｉ、及びＭｏよりなる群から複数含む場合は合計量であり、単独で含む場合は単独の量である。
【００３８】
（ｂ）Ｐｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種：０％超〜０．２０％
Ｐｂ、Ｂｉ、及びＴｅは鋼中にほとんど固溶せず、溶融脆化などにより被削性向上に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＰｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種は好ましくは０％超、より好ましくは０．０１％以上、更に好ましくは０．０３％以上である。Ｐｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種は含有量が過剰になると連鋳割れ、熱間鍛造割れ、疲労強度低下などが生じることがある。したがってＰｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から選ばれる少なくとも１種は好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１５％以下、更に好ましくは０．１２％以下である。なお、上記含有量はＰｂ、Ｂｉ、及びＴｅよりなる群から複数含む場合は合計量であり、単独で含む場合は単独の量である。
【００３９】
（ｃ）ＲＥＭ：０％超〜０．００５０％
ＲＥＭは、ＭｎＳ等の硫化化合物系介在物を球状化させ、被削性向上に寄与する元素である。このような効果を発揮させるためにＲＥＭは好ましくは０％超、より好ましくは０．０００１％以上、更に好ましくは０．０００２％以上である。ＲＥＭ量が過剰になると効果が飽和する。したがってＲＥＭは好ましく０．００５０％以下、より好ましくは０．０００８％以下、更に好ましくは０．０００５％以下である。なお、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味であり、これらの中から任意に選ばれる１種または２種以上を含有してもよい。また上記含有量はＲＥＭを複数含む場合は合計量であり、単独で含む場合は単独の量である。
【００４０】
上記要件を満足する本発明のコンロッド用成型部品は、ロッド部に相当する部位は高強度であるが、大端部と小端部に相当する部位は被削性に優れている。本発明のコンロッド用成型部品を用いて得られたコンロッドは、上記化学成分組成を満足し、且つ大端部、及び小端部は上記式（２）、式（３）を満足すると共に、ロッド部は０．２％耐力が８００ＭＰａ以上の高強度を有する。
【００４１】
以下、本発明のコンロッド用成型部品、及びコンロッドの製造方法の一例を説明する。本発明のコンロッド用成型部品は、上記化学成分を満足する鋼を溶製し、鋳造、分塊圧延して所望の鋼片とした後、熱間圧延して圧延材を得る。そして該圧延材を加熱した後、熱間鍛造を行う。その後、冷却することで熱間鍛成型部品、すなわち、本発明のコンロッド用成型部品が得られる。そして得られた熱間鍛成型部品を必要に応じてトリミング処理、表面処理、切削加工処理など各種公知の成形加工、機械加工を施すことによってコンロッドを製造できる。本発明の製造方法では、後記する熱間鍛造条件、及び熱間鍛造後の冷却条件以外の製造条件については特に限定されず、公知の条件を適宜採用し得る。
【００４２】
上記本発明のコンロッド用成型部品を製造するにあたっては、上記化学成分組成を満足する圧延材を１１００℃以上に加熱した後に熱間鍛造を開始し、１０２０℃以下の温度で熱間鍛造を終了すると共に、熱間鍛造終了後、５００℃まで放冷、または空冷を行うことが必要である。
【００４３】
加熱温度：１１００℃以上
圧延材の加熱温度が低いと変形抵抗が大きくなり、鍛造時に割れが発生したり、ロッド部を十分に高強度化できない。加熱温度は好ましくは１１５０℃以上、より好ましくは１２００℃以上である。一方、加熱温度の上限は特に限定されないが、加熱温度が高くなりすぎると溶着することがある。したがって加熱温度は好ましくは１３００℃以下、より好ましくは１２６０℃以下である。
【００４４】
鍛造終了温度：１０２０℃以下
本発明のようにＶを積極的に添加している場合、鍛造終了温度を１０２０℃以下とすることで、上記（１）を満足するように化学成分組成を調整してロッド部の高強度を維持しながら、大端部及び小端部の被削性を改善できる。すなわち、本発明ではＶ添加量と鍛造終了温度を調整することで、大端部及び小端部に加工歪みが残存しやすくなるため、加工率がロッド部よりも低い大端部及び小端部のフェライト析出量が増大させてビッカース硬さを低減でき、その結果、被削性が改善する。そして図３に示すように鍛造終了温度が低い程、ロッド部は高強度を維持しつつ、被削性を向上できる。このような効果を発揮するためには鍛造終了温度は１０２０℃以下、好ましくは１０００℃以下、より好ましくは９５０℃以下である。鍛造終了温度が低すぎると２相域に入って強度が低下することがある。したがって鍛造終了温度は好ましくは８５０℃以上、より好ましくは９００℃以上である。
【００４５】
鍛造終了後５００℃までの冷却：放冷または空冷
鍛造終了後、５００℃まで放冷または空冷することによってフェライト分率を高めることができ、大端部及び小端部の被削性が向上する。このような効果を得るためには少なくとも５００℃までは放冷または風冷を行う必要がある。なお、５００℃から常温までの冷却速度、冷却方法は特に限定されず、放冷または風冷でもよく特に限定されない。
【００４６】
以上のようにして製造されたコンロッド用成型部品は本発明の化学成分組成と上記式（１）〜（３）を満足する。そのため本発明のコンロッド用成型部品は強度と被削性に優れた特性を有する。また該コンロッド用成型部品は大端部及び小端部に相当する部位の被削性に優れているため、所望のコンロッドに容易に加工できる。そして得られたコンロッドのロッド部は８００ＭＰａ以上の高強度を有する。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加え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包含される。
【００４８】
（１）ビッカース硬さ評価試験
下記表１、２に示す化学成分組成の鋼を溶解し、鋳造、分塊した後、熱間圧延を行って直径５０ｍｍの丸棒鋼を得た。得られた丸棒鋼を長手方向に対して垂直に切断し、長さ７０ｍｍの鋼片とした。この鋼片を表３、４に示す温度に加熱してから鋼片の長さ方向に対して垂直方向に圧縮を加えて厚さ１８ｍｍの板状に加工する熱間鍛造を行って表３、４に示す温度で熱間鍛造を終了した。熱間鍛造後、放冷により室温まで冷却し、コンロッドの大端部及び小端部に相当する試験片を作製した。
【００４９】
図１に示すように試験片の長手方向Ｌの１／４位置で幅方向に垂直に切断し、幅方向Ｗの１/４位置、及び厚さ方向ｔの１／４位置の交点Ｐ１をＪＩＳ  Ｚ  ２２０１（１９９８年）に基づいてビッカース硬さを測定した。測定に際しては測定荷重を１０ｋｇとした。測定結果は表３、４の「ＨＶ」欄に記載した。本発明では８００ＭＰａ以上の場合を合格と評価した。
【００５０】
（２）フェライト分率測定
上記ビッカース硬さ試験と同様にして作成した試験片について、上記ビッカース硬さ測定箇所と同じ箇所Ｐ１において観察部位を採取した。該観察部位の表面を鏡面研磨した後、３％ナイタール液で腐食し、光学顕微鏡を用いて倍率１００倍にて観察、画像撮影し、１０００μｍ×１０００μｍの範囲におけるフェライトの面積率を測定し、表３、４の「Ｆ（％）」欄に記載した。なお、表中「Ｋ１（％）」は各鋼種のＣ量を式（２）：（（０．８０−［Ｃ］）／０．８０）×０．８０×１００％に代入して算出される値であり、上記Ｆ（％）がＫ１（％）以上である場合は合格として表中に「Ｐ」と記載し、Ｆ（％）がＫ１（％）未満の場合は不合格として表中に「Ｆ」と記載した。
【００５１】
（３）降伏強度試験
表１、２に示す化学成分組成の鋼を実施例１と同様にして溶解し、鋳造、分塊した後、熱間圧延を行って２０ｍｍ角の棒鋼を得た。得られた棒鋼を長手方向に対して垂直に切断し、長さ２００ｍｍの棒鋼とした。この棒鋼を表３、４に示す温度に加熱してから棒鋼の長さ方向に対して垂直方向に圧縮を加えて厚さ８ｍｍの板状に加工する熱間鍛造を行って表３、４に示す温度で熱間鍛造を終了した。熱間鍛造後、放冷により室温まで冷却し、コンロッドのロッド部に相当する試験片を作製した。
【００５２】
図１に示すように試験片の長手方向に１／４位置で幅方向に垂直に切断し、幅方向Ｗの１/４位置、及び厚さ方向ｔの１／２位置の交点Ｐ２をＪＩＳ  Ｚ  ２２０１（１９９８年）に規定される１４Ａ号試験片を採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１（１９９８年）に従って引張試験を行い、０．２％耐力を測定した。測定結果は表３、４の「ＹＰ（ＭＰａ）」欄に記載した。なお、表中「ｋ２」は表中の「Ｃeq」を式（３）ＨＶ−２５４Ｃeqに代入して得られた値である。また該ｋ２が２５以下の場合は合格として表中に「Ｐ」と記載し、ｋ２が２５超の場合は不合格として表中に「Ｆ」と記載した。
【００５３】
また表中、「Ｃeq」は各鋼種の化学成分組成を式（１）：Ｃeq＝［Ｃ］＋０．２８［Ｍｎ］−１．０３［Ｓ］＋０．３２３［Ｃｒ］＋１．６９［Ｖ］に代入して算出される炭素当量であり、本実施例ではＣeq＝１．１０％以上を合格とした。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
【表２】
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【００５６】
【表３】
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【００５７】
【表４】
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【００５８】
本発明の要件を満たすＮｏ．４〜８、１１〜１３、１６〜２３、２５〜５８は、ロッド部が８００ＭＰａ以上の高強度を有すると共に、大端部及び小端部のビッカース硬さ、及びフェライト面積率が適切に制御されており、強度と被削性のバランスに優れていた。
【００５９】
一方、Ｎｏ．１、２はＶ量が少なかったため、大端部及び小端部のフェライト分率が十分に得られず、ビッカース硬さも十分に低減できなかったため、被削性が悪かった。また式（１）で求められる炭素当量も満足しなかったため、ロッド部に十分な強度が得られなかった。そのため、強度と被削性のバランスも悪かった。
【００６０】
Ｎｏ．３はＶ量が少なかったため、十分なフェライト分率が得られず、またビッカース硬さも十分に低減できなかった。そのため被削性が悪く、強度と被削性のバランスが悪かった。
【００６１】
Ｎｏ．９、１０は鍛造終了温度が高すぎたため、十分なフェライト分率が得られず、またビッカース硬さも十分に低減できなかった。そのため被削性が悪く、強度と被削性のバランスが悪かった。
【００６２】
Ｎｏ．１４は加熱温度が高すぎたため、十分なフェライト分率が得られず、また十分な強度が得られなかった。
【００６３】
Ｎｏ．１５はＶ量が多すぎたため、十分な強度が得られなかった。
【００６４】
Ｎｏ．２４はＭｎ量が少なく、また式（１）で求められる炭素当量も満足しなかったため、十分な強度が得られなかった。
【００６５】
上記結果からも本発明によれば、従来両立が難しいとされていたロッド部の強度と、大端部及び小端部の被削性を両立できることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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