(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性破壊によって分割可能な鋼部品を製造するための鋼であって、化学組成（重量基準）が、
０．２％≦Ｃ≦０．４％、
０．１％≦Ｓｉ≦１．５％、
０．３％≦Ｍｎ≦１．４％、
０．２％≦Ｖ≦０．５％、
Ｐ≦０．０３％、
０．００５％≦Ｎ≦０．０２％、
を含み、残りが鉄、不純物、及び製錬で生じる残留物であり、
残留物が、ニッケル、クロム及びモリブデンであり、含量が、
Ｎｉ＋Ｃｒ≦０．４５％、
Ｍｏ≦０．０６％、
であり、
該鋼が、フェライト−パーライト構造を有しており、
フェライト分率が少なくとも２０％であり、
該鋼の、引張り強度が１１００ＭＰａ未満であり、降伏応力が７００ＭＰａより大きく、Ｒｅ／Ｒｍの比が０．７３よりも大きく、室温で測定した破断エネルギーＫｃｖが７ジュール／ｃｍ２未満である、
ことを特徴とする鋼。
【請求項２】
前記鋼が０．１％以下の鉛、０．１５％以下のテルル、０．１５％以下のビスマス、０．０２％以下のセレン、０．３５％以下の硫黄及び０．００５％以下のカルシウムから選ばれる１又は２以上の元素を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼。
【請求項３】
前記鋼が０．０５％以下のチタン、０．１％以下のニオブ及び０．０７％以下のアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の元素を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼。
【請求項４】
フェライト分率が少なくとも３０％であることを特徴とする請求項１、２及び３の何れかに記載の鋼。
【請求項５】
Ｒｅ／Ｒｍの比が０．７５よりも大きいことを特徴とする請求項１、２、３及び４の何れかに記載の鋼。
【請求項６】
引張り強度Ｒｍが８５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の鋼。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の鋼からなる鋼部品。
【請求項８】
コネクティングロッドであることを特徴とする請求項７に記載の部品。
【請求項９】
少なくとも２つの分割した部分を含む鋼部品の製造方法であって、
化学組成（重量基準）が、
０．２％≦Ｃ≦０．４％、
０．１％≦Ｓｉ≦１．５％、
０．３％≦Ｍｎ≦１．４％、
０．２％≦Ｖ≦０．５％、
Ｐ≦０．０３％、
０．００５％≦Ｎ≦０．０２％、
を含み、残りが鉄、不純物、及び製錬で生じる残留物であり、残留物が、ニッケル、クロム及びモリブデンであり、含量が、
Ｎｉ＋Ｃｒ≦０．４５％、
Ｍｏ≦０．０６％、
である、鋼から成るスラグを、Ａｃ３＋１５０℃〜１３７０℃の温度に加熱し；
スラグを鍛造して、部品ブランクを得；
鍛造後、部品ブランクが７００℃に達した時点で、部品ブランクを０．４℃／ｓ〜１．５℃／ｓの速度で室温まで冷却して、フェライト−パーライト構造、少なくとも２０％のフェライト分率、１１００ＭＰａ未満の引張り強度、７００ＭＰａより大きい降伏応力、０．７３よりも大きいＲｅ／Ｒｍの比、及び７ジュール／ｃｍ２未満の室温で測定した破断エネルギーＫｃｖを得；
部品ブランクを１又は２以上の機械加工操作に供し；
得られた部品を脆性破壊によって少なくとも２つの部分に分割する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記鋼が０．１％以下の鉛、０．１５％以下のテルル、０．１５％以下のビスマス、０．０２％以下のセレン、０．３５％以下の硫黄及び０．００５％以下のカルシウムから選ばれる１又は２以上の元素を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋼が０．０５％以下のチタン、０．１％以下のニオブ及び０．０７％以下のアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の元素を更に含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は分割可能な鋼部品を製造するための鋼、特に、内燃機関のためのコネクティングロッドを製造するための鋼に関する。
【０００２】
ある種の鋼部品、例えば内燃機関のためのコネクティングロッド、は、ボルト等の固定手段によって連結された少なくとも２つの分割可能な要素からなる。これら部品は、鋳鉄、金属粉を焼結して焼結体を形成し、この焼結体を鍛造することによって得られる金属材料、又は鍛造鋼から成るものでよい。本発明は、鍛造された鋼から成る部品、特にコネクティングロッド、に関する。
【０００３】
鍛造された鋼のコネクティングロッドを製造するための鋼は、容易に鍛造及び機械加工できるものでなければならず、コネクティングロッドが使用の際に適切に作動することが保証されるように機械的特性を有していなければならない。十分な疲労強度を得るために、一般に要求される機械的物性は、２１０ＨＢ〜３６０ＨＢの硬度、及び６５０ＭＰａ〜１２００ＭＰａの破壊引張り強度である。降伏点を超えることによる変形を防ぐためには、３００ＭＰａ〜８００ＭＰａの降伏応力が要求される。いくつかのコネクティングロッドについては、降伏応力Ｒｅは７００ＭＰａよりも大きいことが必要であり、引張り強度は１１００ＭＰａ未満であることが必要である。
【０００４】
２つの分割された部分（ボディ及びキャップ）を含むコネクティングロッドは、ブランク材を鍛造することによって製造できる。次に、このブランク材は、機械加工され、そして所定の平削り盤中で脆性破壊によって少なくとも２つの部分に分割される。この技術は、分割可能な部品のためのものであり、機械加工操作を省くことによるいくつかの利点、特に、製造工程の順序がかなり簡略化できるという利点を有している。一方、上記技術は、「分割可能な」鋼の使用、即ち、脆性破壊操作を適切に行うことができる鋼の使用を要求する。
【０００５】
分割可能なコネクティングロッドを製造するために、日本国特開平８−２９１３７３号公報では、０．４％〜０．６％の炭素、０．５％〜５％のケイ素、０．１％〜０．８％のマンガン、０．１％〜０．５％のクロム、０．１％〜０．５％のバナジウム及び０．０１％〜０．２％、好ましくは０．０５％より多い燐、残余の鉄、不純物及び機械加工性を改良する目的で少量添加されることがある添加物、を含む鋼を使用することが提案されている。しかしながら、この鋼は、ほぼ完全なパーライト構造を有しているという欠点を有している。即ち、パーライト構造は、フェライト分率を限定するので、窒化炭素の析出硬化の影響やフェライトの脆化が起こる。その上、このような鋼にとって、引張り物性（Ｒｅ及びＲｍ）は、冷却条件に非常に影響される。冷却条件によっては、部品の大量生産における信頼性が低下する。
【０００６】
フランス国特許出願第２７４２４４８号にも、０．２５％〜０．５％の炭素、０．２％〜１．５％のケイ素、０．１％〜２％のマンガン、０．１５％未満のクロム、０．１５％未満のニッケル、０．０５％未満のモリブデン、０．３５％未満の銅、０％〜０．２％のバナジウム、０．０４％〜０．２％の燐、及び０．００５％〜０．０２％の窒素、残余の鉄、不純物及び機械加工性を改良する目的で少量添加されることがある添加物、を含む鋼を使用することが提案されている。この鋼は、容易に分割可能なフェライト−パーライト構造を与える。一方、この鋼は、７００ＭＰａよりも大きな降伏応力及び１１００ＭＰａ未満の引張り強度の何れも与えるものではない。その上、燐を主要な添加物とした場合にのみ分割性が得られる。このことは、機械加工を困難にする偏析が起こる危険を増大させるという点で不利である。
【０００７】
本発明の目的は、分割可能な鍛造品を製造する手段を提案することによって、これら欠点を改善することにある。この鍛造品は、降伏応力が７００ＭＰａより大きく、引張り強度が１１００ＭＰａ未満であり、良好な機械加工性を有しており、そして、満足できる工業用条件下で脆性破壊操作を行うことができる。
【０００８】
この目的のための、本発明の要旨は、脆性破壊によって分割可能な鋼部品を製造するための鋼において、化学組成（重量基準）が、
０．２％≦Ｃ≦０．４％、
０．１％≦Ｓｉ≦１．５％、
０．３％≦Ｍｎ≦１．４％、
０．２％≦Ｖ≦０．５％、
Ｐ≦０．１５０％、
０．００５％≦Ｎ≦０．０２％、
を含み、残りが鉄、不純物、及び製錬で生じる残留物であり、
該鋼が、フェライト−パーライト構造を有しており、
フェライト分率が少なくとも２０％であり、
該鋼の、引張り強度が１１００ＭＰａ未満であり、降伏応力が７００ＭＰａより大きく、Ｒｅ／Ｒｍの比が０．７３よりも大きく、室温で測定した破断エネルギーＫｃｖが７ジュール／ｃｍ2未満である、
ことを特徴とする鋼である。
【０００９】
好適には、燐含量は０．０３％未満である。また、好適には、残留物が、ニッケル、クロム及びモリブデンであり、
Ｎｉ＋Ｃｒ≦０．４５％、
Ｍｏ≦０．０６％、
である。
【００１０】
本発明はまた、この鋼から成る部品に関し、この部品は、フェライト−パーライト構造を有しており、フェライト分率が少なくとも２０％であり、引張り強度が１１００ＭＰａ未満であり、降伏応力が７００ＭＰａより大きく、Ｒｅ／Ｒｍの比が０．７３よりも大きく、室温で測定した破断エネルギーＫｃｖが７ジュール／ｃｍ2未満である。この部品は、コネクティングロッドであってもよく、分割可能である。
【００１１】
最後に、本発明は、少なくとも２つの分割した部分を含む鋼部品の製造方法において、
本発明の鋼の上記組成を有する鋼から成るスラグを、Ａｃ3＋１５０℃〜１３７０℃の温度に加熱し；
スラグを鍛造して、部品ブランクを得；
鍛造後、部品ブランクが７００℃に達した時点で、部品ブランクを０．４℃／ｓ〜１．５℃／ｓの速度で室温まで冷却して、フェライト−パーライト構造、少なくとも２０％のフェライト分率、１１００ＭＰａ未満の引張り強度、７００ＭＰａより大きい降伏応力、０．７３よりも大きいＲｅ／Ｒｍの比、及び７ジュール／ｃｍ2未満の室温で測定した破断エネルギーＫｃｖを得；
部品ブランクを１又は２以上の機械加工操作に供し；
得られた部品を脆性破壊によって少なくとも２つの部分に分割する；
ことを特徴とする方法に関する。
【００１２】
ここに、本発明は、より詳しく記載されるが、限定的に解釈されない。
本発明の鋼は、機械的構造のための炭素鋼又は低合金鋼である。この鋼の化学組成は、重量基準で、以下のとおりである。
【００１３】
Ｃ：０．２〜０．４％
十分な高機械的強度を得るために０．２％以上含有させる。しかし、含有量が０．４％を超えると、冷却条件下で機械的物性の感度が大きくなり過ぎるとともに、硬度が高すぎて機械加工が困難となる。従って、Ｃ：０．２〜０．４％とした。好ましくは、０．２１〜０．４％である。
【００１４】
Ｓｉ：０．１〜１．５％
脱酸素の元素であり、適切な脱酸素を保証するために０．１％以上含有させる。フェライトを硬化し、脆化させるので、良好な機械加工性及び脆性破壊を容易に受ける性質を得るのに有利である。しかし、含有量が１．５％を超えると、このような有利な点を得ることが困難となる。従って、Ｓｉ：０．１〜１．５％とした。好ましくは、０．６〜１．２％である。
【００１５】
Ｍｎ：０．３〜１．４％
硫化マンガンの形で硫黄を固定し、硬化性を調節するために、Ｍｎ：０．３〜１．４％とした。これにより、機械加工性を得るのに有利な、少なくとも３０％のフェライトを含むフェライト−パーライトの構造を得ることができる。好適には、この構造は、少なくとも９０％のフェライト−パーライトを含む。
【００１６】
Ｖ：０．２〜０．５％
フェライトを硬化するために、Ｖ：０．２〜０．５％とした。７００ＭＰａより大きな降伏応力、及び０．７５より大きな降伏応力／引張り強度の比を与え、脆性破壊を容易に受ける性質を得るのに有利である。好ましくは、０．２１〜０．４％である。
【００１７】
Ｐ：０．２％以下
燐含量が高すぎると脆くなり過ぎるので、Ｐ：０．２％以下とした。含有量が０．２％以下であると、脆性破壊を容易に受ける性質を得るのに有利である。好ましくは、０．１５０％以下である。偏析は機械加工性に望ましくないので、この偏析を抑制するために、更に燐含量は０．０３％未満に制限されることが好ましい。
【００１８】
Ｎ：０．００５〜０．０２％
フェライトを硬化する窒化バナジウムを形成するために、Ｎ：０．００５〜０．０２％とした。
機械加工性を向上させるために、本発明の鋼は、０．１％以下の鉛、０．１５％以下のテルル、０．１５％以下のビスマス、０．０２％以下のセレン、０．３５％以下の硫黄及び０．００５％以下のカルシウムから選ばれる１又は２以上の元素を含有することが好ましい。
【００１９】
鍛造中に結晶粒が成長するのを制限するために、本発明の鋼は、０．０５％以下のチタン、０．１％以下のニオブ及び０．０７％以下のアルミニウムから選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましい。
組成の残りの成分は、鉄、不純物、及び製錬で生じる残留物から成る。原料からもたらされる残留物は、特に、ニッケル、クロム及びモリブデンである。少なくとも２０％、好適には３０％より多いフェライトを含むフェライト−パーライト構造を得るためには、残留物の含量は制御されなければならず、好適には、Ｎｉ＋Ｃｒの合計含量が０．４５％以下を維持し、モリブデン含量が０．０６％以下、好ましくは０．０５％未満を維持するように制御する。
【００２０】
加えて、上記構造が適切に制御されるためには、マンガン及びバナジウムの含量が、Ｍｎ＋１０Ｖ≦５．２％となるものであること、即ち、マンガンの含量と、バナジウムの含量の１０倍の量との合計量が５．２％以下であることが好ましい。
脆性破壊によって分割可能な部品を製造するためには、本発明の組成を有する鋼のスラグをＡｃ3＋１５０℃〜１３７０℃の温度に加熱して、バナジウムをオーステナイト化及び溶解し、その後、加熱鍛造して部品ブランクを得、鍛造操作を８００℃以上の温度で終了する。鍛造直後、部品ブランクは、制御された方法により、例えば空気中で、室温に下がるまで冷却する。部品ブランクが７００℃に達した時点で、部品ブランクを０．５℃／ｓ〜１．５℃／ｓの冷却速度で冷却する。このようにすると、少なくとも２０％、好適には３０％より多いフェライトを含む、フェライト−パーライト（即ち、少なくとも９０％がフェライト−パーライトである）構造が得られ、７００ＭＰａより大きい降伏応力Ｒｅ、１１００ＭＰａ未満、好適には８５０ＭＰａより大きい、引張り強度Ｒｍが得られる。加えて、室温で７ジュール／ｃｍ2未満の破断エネルギーＫｃｖ及び０．７３よりも大きい、好適には０．７５より大きいＲｅ／Ｒｍの比が得られる。後者の２つの条件によって、きれいな破断面を得ることができる。その破断面の端部は変形せず、良好な分割可能性を規定するものである。こうして部品ブランクが得られ、機械加工され、脆性破壊により２つの要素に分割される。
【００２１】
最初の実施例として、本発明の鋼を使用してコネクティングロッドを製造した。鋼の化学組成は、重量基準で、
Ｃ＝０．３１９％、
Ｓｉ＝０．６１％、
Ｍｎ＝１．０２％、
Ｖ＝０．３％、
Ｎｉ＝０．２１４％、
Ｃｒ＝０．２１％、
Ｍｏ＝０．０５％、
Ｃｕ＝０．２１％、
Ｓ＝０．０５９％、
Ｐ＝０．０１７％、
Ａｌ＝０．０２％、
Ｎ＝０．００８５％、
であり、残りが鉄及び製錬で生じる不純物である。
【００２２】
鍛造前に、鋼のスラグは１２７０℃に加熱され、鍛造終了時の温度は１００５℃であった。鍛造後、ブランク材は、空気中、平均冷却速度（７００℃で０．９℃／ｓ）で冷却した。得られた物性は、次のとおりである。
【００２３】
構造：６０％フェライトを含む９８％フェライト−パーライト；
Ｒｍ＝１０５０ＭＰａ；
Ｒｅ＝８４０ＭＰａ；
Ａ％＝１４．５％；
Ｋｃｖ＝室温で４ジュール／ｃｍ2。
その後、ブランク材は機械加工され、全てのブランク材が脆性破壊により２つの要素に分割された。この脆性破壊による分割は、何の困難もなく達成された。
【００２４】
第２の例として、本発明の鋼を使用してコネクティングロッドを製造した。鋼の化学組成は、重量基準で、
Ｃ＝０．２０８％、
Ｓｉ＝０．６０５％、
Ｍｎ＝１．０２％、
Ｖ＝０．３％、
Ｎｉ＝０．２１２％、
Ｃｒ＝０．２１１％、
Ｍｏ＝０．０５％、
Ｃｕ＝０．２０５％、
Ｓ＝０．０５９％、
Ｐ＝０．０１６％、
Ａｌ＝０．０２２％、
Ｎ＝０．００７７％、
であり、残りが鉄及び製錬で生じる不純物である。
【００２５】
鍛造前に、鋼のスラグは１２７０℃に加熱され、鍛造終了時の温度は１０２５℃であった。鍛造後、ブランク材は、空気中、平均冷却速度（７００℃で０．９℃／ｓ）で冷却した。得られた物性は、次のとおりである。
【００２６】
構造：６０％フェライトを含む９８％フェライト−パーライト；
Ｒｍ＝９５０ＭＰａ；
Ｒｅ＝７４０ＭＰａ；
Ａ％＝１７％；
Ｋｃｖ＝室温で５ジュール／ｃｍ2。
【００２７】
その後、ブランク材は機械加工され、全てのブランク材が脆性破壊により２つの要素に分割された。この脆性破壊による分割は、何の困難もなく達成された。