WO2004083475A1

WO2004083475A1 - 非調質コネクティングロッド及びその製造方法

Info

Publication number: WO2004083475A1
Application number: PCT/JP2004/003439
Authority: WO
Inventors: Tatsuya Hasegawa; Zenji Iida; Kentaro Takada
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd.; Honda Motor Co. Ltd.
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2004-09-30
Also published as: EP1605071B1; TWI255859B; US8152939B2; CN100357472C; EP1605071A4; TW200426228A; EP1605071A1; DE602004017144D1; CN1761769A; US20060000088A1

Abstract

質量％で、C：0.25～0.35％、Si：0.50～0.70％、Mn：0.60～0.90％、P：0.040～0.070％、S：0.040～0.130％、Cr：0.10～0.20％、V：0.15～0.20％、Ti：0.15～0.20％及びN：0.002～0.020％を含み、残部はFe及び不純物からなり、C＋（Si／10）＋（Mo／5）＋（5Cr／22）＋1.65V−（5S／7）＜0.80の化学組成で、大端部は組織がフェライト・パーライトで全硬さがビッカース硬さで255～320であり、更に、大端部の前記フェライト・パーライト組織におけるフェライトの硬さがビッカース硬さで250以上で、且つ、前記フェライトの硬さと大端部の全硬さの比が0.80以上である非調質コネクティングロッドは、被削性に優れ、クラッキング性及び耐疲労特性にも優れる。このため、自動車エンジンなどの低コスト型のコネクティングロッドとして利用することができる。

Description

明細書非調質コネタティングロッド及ぴその製造方法技術分野

本発明は、非調質コネクティングロッド及ぴその製造方法に関し、詳しくは、自動車エンジンなどのコネタティングロッドとして好適な被削性、破断分割性及ぴ耐疲労特性に優れた非調質コネクティングロッド及びその製造方法に関する。背景技術

自動車エンジンなどの部品である図 1に示すコネクティングロッド 1 は、従来、コネクティングロッド本体 2及ぴコネクティングロッドキヤップ 3を別の工程で熱間鍛造した後、これらに「焼入れ一焼戻し」の調質処理を施し、次いで、機械加工によるボルト穴の加工と仕上げ整形加ェを施し、その後でボルト 4によって形状の複雑なクランクシャフトに結合して組み立てられていた。

しかしながら、最近の厳しい経済情勢を反映して、各種自動車部品の製造コスト低減の動きが活発化しており、この動きはエンジン部品においても例外ではなくなつてきている。このため、製造コストが嵩む「焼入れ一焼戻し」の調質処理を行う必要のないコネクティングロッド、つまり非調質コネタティングロッドに対する要望が大きくなり、一部の車種では、質量％で、 0 . 3 5 % C— 0 . 4 % S i - 0 . 9 5 % M n - 0 . 0 4 % S - 0 . 5 % C r - 0 . 1 % Vを基本の化学組成とする鋼を素材とする非調質コネクティングロッドが採用さている。しかし、この非調質コネタティングロッドも、従来と同様に別の工程で熱間鍛造されたコネクティングロッド本体 2とコネクティングロッドキャップ 3に対して、切削加工によるボルト穴の加工と仕上げ整形加工を施し、その後でボルト 4によってクランクシャフトに結合して組み立てるという工程を経る必要があり、したがって、後述の「クラッキングコネクティングロッド」ほどにはコスト低減の点で満足のいくものではない。

つまり、最近では、非調質鋼化に加えて、更に一層の製造コスト低減のために、コネクティングロッド本体 2とコネクティング口ッドキヤップ 3の両者を熱間鍛造で一体成形した後、大端部 5でコネクティング口ッド本体 2とコネクティングロッドキャップ 3に破断分割（以下、クラッキングともいう）するいわゆる「クラッキングコネクティングロッド」が検討されている。

なお、上記のクラッキングには、一体成形材の分割したい部位である大端部 5の穴（例えば図 1における N部）に治具を揷入し、応力を負荷して破断させる方法が適用される。

クラッキングされたコネクティングロッド 1 (つまり、クラッキングコネクティングロッド）は、クラッキングした際の破断面が平滑な脆性破面であれば、それをクランクシャフトと連結する際には、コネタティングロッド本体 2とコネクティングロッドキャップ 3 とでクランクシャフトを挟み込んだ後、破断面を合わせ、コネクテイングロッド本体 2とコネクティングロッドキャップ 3とをポルト 4で連結するだけでよい。したがって、クラッキングコネクティングロッドは、その破断面が平滑な脆性破面であれば、クランクシャフトを挟む部分である合わせ面の切削加工が不要になって製造コストを低減することができるし、破断面で連結が行われるため、締結剛性すなわち強度に優れるという効果も得られる。

上記のクラッキングコネクティングロッドについては、米国特許第 5 1 3 5 5 8 7号公報に開示された、質量％で 0 . 7 %程度の C (炭素）を含む非調質鋼を素材とするものが欧州で既に実用化されている。しかし、上記の欧州で実用化された非調質-ネクティングロッドは Cの含有量が高く従来の機械構造用炭素鋼を調質処理したコネタティングロッドに比べて被削性が劣る。このため、ボルト穴加工のための被削性を高めたいという産業界の要望には必ずしも応えきれていない。更に、上記欧州で実用化された非調質コネクティングロッドの疲労限度（以下、疲労限度を疲労強度といい、 a wの記号で表す）は、機械構造用炭素鋼を調質処理したコネクティングロッドの疲労強度や、前記の質量％で、 0. 3 5 % C - 0. 4 % S i - 0. 9 5 % M n - 0. 04 % S - 0. 5 % C r— 0. 1 %Vを基本の化学組成とする非調質コネタティングロッドの疲労強度と比較して劣っている。

そこで、欧州で実用化されているものと同等以上の破断分割性（以下、クラッキング性という）を有するとともに、前記の質量％で、 0. 3 5 % C - 0. 4 % S i - 0. 9 5 %Mn - 0. 04 % S - 0. 5 % C r 一 0. 1 % Vを基本の化学組成とする非調質コネクティングロッドと同等以上の耐疲労特性を有し、且つ、被削性にも優れた非調質コネクティングロッドに対する要望が極めて大きくなつている。なお、被削性を高めるための従来の最も一般的な方法は、鋼に P bを添加することであつた。しかし、最近では、地球環境の保護という点から P b非添加で被削性を高める技術が要望されている。

特開平 9一 3 5 8 9号公報、特開平 9— 3 1 5 94号公報、特開平 9 - 1 1 1 4 1 2号公報、特開平 9一 1 7 6 7 8 5号公報、特開平 9 _ 1 7 6 7 8 6号公報、特開平 9 - 1 7 6 7 8 7号公報、特開平 1 1一 5 0 1 8 4号公報、特開平 1 1— 1 9 9 9 6 7号公報、特開平 1 1— 1 9 9 9 6 8号公報、特開平 1 1— 2 3 6 64 3号公報、特開平 1 1一 2 8 6 74 6号公報、特開平 1 1— 2 8 6 7 5 0号公報、特開平 1 1— 3 0 2 7 7 8号公報及ぴ特開 2 0 0 0— 34 5 2 9 8号公報には、鋼の化学組成を制御してクラッキング性を高めた「低延性非調質鋼」、或いは、化学組成と炭硫化物を制御してクラッキング性と被削性を高めた「低延性非調質鋼」が開示されている。しかし、これらの公開特許公報で提案されたいずれの非調質鋼も、必ずしも耐疲労特性に対する配慮がなされたものではない。

特開平 1 1 _ 3 1 5 34 0号公報には、 C含有量が重量％で 0. 2〜 0. 3 5 %未満の低炭素域で、 Mnの含有量を低減するとともに高 V組成として延性の大きなフヱライトを脆化させ、更に、粗大な T i C粒子を分散させることによつて破断分離性を高めた「破断分離性と耐久強さに優れた機械構造用鋼」が開示されている。しかし、この公開特許公報で提案された機械構造用鋼は、被削性向上のために単に Sを重量％で、 0. 0 1〜 0. 2 %含有させただけのものであり、したがって、必ずしもコネクティングロッドに要求される被削性を満足できるものではない

発明の開示

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、自動車ェンジンなどのコネクティングロッドとして好適な被削性、クラツキング性及ぴ耐疲労特性に優れた、 P b非添加鋼を素材とする非調質コネクテイングロッドとその製造方法を提供することである。

本発明の要旨は、下記（ I ) の非調質コネクティングロッド及び（Π ) の非調質コネクティングロッドの製造方法にある。

( I ) 質量⁰/。で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %、 Mn : 0. 6 0〜 0. 90 %、 P ： 0. 04 0〜 0. 0 7 0 % 、 S : 0. 04 0〜 0. 1 3 0 %、 C r : 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V ： 0. 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0 2〜 0. 0 20 %を含み、残部は F e及び不純物からなり、下記（1)式で表される Ceqの値が 0. 8 0未満の化学組成で、大端部は組織がフエライト ·パーラィトで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり、更に、大端部の前記フェライト · パーライト組織におけるフェライトの硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、且つ、前記フェライトの硬さと大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネクティングロッド'。

Ceq= C + ( S i / 1 0 ) + (M n / 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1 - 6 5 V- ( 5 S/ 7 ) (1)、

ここで、（1)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。

(Π) 質量⁰ /。で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %, M n ： 0. 6 0〜 0. 9 0 %、 P ： 0. 0 4 0〜 0. 0 7 0 % 、 S ： 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %、 C r ： 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V ： 0. 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0

2〜 0. 0 2 0 %を含み、残部は F e及ぴ不純物からなり、下記（1)式で表される Ceqの値が 0. 8 0未満の化学組成で、大端部は組織がフエライト ·パーラィトで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり、更に、大端部の前記フェライト · パーライト組織におけるフェライトの硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、且つ、前記フェライトの硬さと大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネクティングロッドの製造方法であって、下記（ a ) 〜（ f ) の処理を順に含む非調質コネクティングロッドの製造方法。

( a ) 前曾己の化学組成を有する鋼を 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cに加熱する処理、

( b ) コネクティング口ッド本体とコネクティングロッドキャップがつながった一体物に成形する 9 0 0 °C以上の温度での熱間鍛造、

( c ) 8 0 0°Cを超える温度での大端部の熱間コイニング、

( d) 大端部に切り欠きを設ける処理、 ( e ) 大端部の前記切り欠きを設けた部位からコネクテイングロッド本体とコネタティングロッドキャップに破断分割する処理、

( f ) 破断分割されたコネクティングロッド本体及ぴコネクティングロッドキヤップを結合する処理、

Ceq= C + (S i / 1 0) + (M n / 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1. 6 5 V- ( 5 S / 7 ) (1)、

ここで、（1)式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。 ―

本明細書において、上記（ I ) の非調質コネクティングロッドに係る発明及ぴ（Π) の非調質コネクティングロッドの製造方法に係る発明をそれぞれ発明（ I ) 及ぴ発明（Π) という。なお、これらを総称して本発明ということがある。

なお、本発明におけるフエライト 'パーライト組織とは、フェライトとパーライトの混合組織をいう。前記した各相は、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いた観察によって確認することができる。

大端部の全硬さとは、鍛鍊軸に垂直に切断した面をランダムに 4箇所測定した場合の平均値を指し、上記大端部の全硬さとしてのビッカース硬さは、 9 8. 0 7 Nの試験力で測定した値をいう。

フェライトの硬さとしてのビッカース硬さは、 0. 0 9 8 0 7 Nの試験力で測定した値をいう。なお、本発明でいうフェライトには、セメンタイトとともにパーライトを形成するフェライトは含まない。

上述の（ a ) 〜（ c ) における温度は鋼や一体物成形材の表面における値をいう。図面の簡単な説明

図 1は、コネクティングロッドの詳細を示す図である。

図 2は、破断歪量の導出のための寸法測定箇所を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

本発明者らは、前記した目的を達成するために種々検討を行い、下記

( i ) 〜（V ) の知見を得た。

( i ) クラッキング性と被削性がともに良好になる場合の鋼の組織はフェライト ·パーライト組織である。

(ii) フェライト ·パーライト組織におけるフェライトの硬さはクラッキング性、被削性及び疲労強度に影響する。

(iii) フェライト ·パーラィト組織におけるフェライトの硬さと全硬さの比が大きい場合のクラッキング性は良好であるし、大きな疲労強度が得られ、更に、被削性も良好である。

(iv) 適正量の T i と Vとを複合添加することによってフヱライトが大幅に強化されるため、前記（1)式で表される C当量（つまり Ceq) の値が小さい場合にも大きな強度が得られる。したがって、小さい Ceqの値で大きな疲労強度が確保でき、更に、フェライトの強度が大きい分被削性は良好である。

( V ) フライト ·パーラィト変態後の析出強化を確保するには、熱間鍛造前の加熱で T iを十分素地に固溶させるとともに、鍛造後の冷却速度を適正化すればよい。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものである。

以下、本発明の各要件について詳しく説明する。

(A) 鋼の化学組成

以下の説明における各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。

C ： 0. 2 5〜0. 3 5 %、

Cは、鋼の強度を高める作用を有し、 0. 2 5 %以上含有させることで効果が得られる。しかし、その含有量が 0. 3 5 %を超えると、硬さは上がるがフェライトの割合が小さくなつて耐久比、つまり、「疲労強度（ a w) //引張強度（T S) 」が小さくなるため、硬さが上がった割には疲労強度は大きくならず、逆に硬さが上がったために被削性が低下する。したがって、 Cの含有量を 0. 2 5〜0. 3 5 %とした。

S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %

S iは、鋼の脱酸に有効であるとともに固溶強化によって鋼の強度を高める作用を有し、 0. 5 0 %以上含有させることで十分な効果が得られる。しかし、 S i の含有量が 0. 7 0 %を超えると、鋼の熱間加工性が低下し鍛造時に割れ等の欠陥が生じたり、鍛造用金型に過度の負担がかかる。したがって、 3 1 の含有量を 0. 50〜 0. 7 0 %とした。

M n ： 0. 6 0〜 0. 9 0 %

Mnは、鋼の脱酸作用を有するとともに、焼入れ性を高めて鋼の強度を向上させる作用を有する。これらの効果を十分確保するためには、 M nの含有量を 0. 6 0 %以上とする必要がある。しかし、 ] Vlnの含有量が 0. 9 0 %を超えると、鋼の熱間加工性が低下するし、ベイナイトが生成しやすくなつて、疲労強度、クラッキング性及び被削性が低下することがある。加えて成分コストも上昇する。したがって、 Mnの含有量を 0 · 6 0〜 0. 9 0 %とした。

P ： 0. 04 0〜 0. 0 7 0 %

Pは、結晶粒界に偏析して鋼を脆化させ、コネクテイングロッドのクラッキングの際の破面を平滑な脆性破面とする作用を有する。この効果を十分に得るには、 Pの含有量を 0. 04 0 %以上とする必要がある。しかし、その含有量が 0. 0 7 0 %を超えると、鋼の熱間加工性が低下することがある。したがって、 Pの含有量を 0. 040〜 0. 0 7 0 % とした。

S ： 0. 04 0〜 0. 1 3 0 %

Sは、 Mnや T i とともに硫化物を形成して鋼の被削性を高める作用を有する。この効果を得るには、 Sの含有量を 0. 04 0 %以上とする必要がある。しかし、 Sの含有量が 0. 1 3 0 %を超えると、鋼の熱間加工性が低下することがある。したがって、 Sの含有量を 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %とした。なお、 Sの含有量は 0. 0 7 0 %を超えて 0. 1 3 0 °/₀までとすることが好ましい。

C r ： 0. 1 0〜 0. 2 0 %

C rは、鋼の焼入れ性を向上させて強度を高める作用を有する。この効果を十分確保するためには、じ 1：の含有量を 0. 1 0 %以上とする必要がある。しかし、その含有量が 0. 2 0 %を超えると、ベイナイトが生成しやすくなるし、成分コストも上昇する。したがって、 C rの含有量を 0. 1 0〜 0 · 2 0 %とした。

V ： 0. 1 5〜 0. 2 0 %

Vは、本発明において重要な元素である。すなわち、 Vはフェライト中に炭窒化物として析出して強度を向上させる作用を有する他に、後述する T i と複合して添加することによってクラッキング性を高める作用を有する。こうした効果を十分に得るには、 Vの含有量を 0. 1 5 %以上とする必要がある。しかし、その含有量が 0. 2 0 %を超えると、成分コストが上昇する。したがって、 Vの含有量を 0. 1 5〜 0. 2 0 % とした。

T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %

T i は、本発明において重要な元素である。すなわち、丁丄はと同様にフェライト中に炭窒化物として析出して強度を高め、更に、 Vと複合して添加することによってフェライトを大幅に強化する作用を有する。このフェライトの強化は、フェライト 'パーライト組織における全硬さとフェライトの硬さとの差を小さくするので、良好なクラッキング性が確保でき、更に、フェライトの強化は大きな疲労強度の確保につながる。また、 T i には硫化物を形成して被削性を改善する作用もある。前記した効果を十分に得るためには、丁 1を 0. 1 5 %以上含有させる必要がある。しかし、その含有量が 0. 2 0 %を超えると、成分コストが嵩む。したがって、丁 1 の含有量を 0. 1 5〜0. 20 %とした。

N ： 0. 0 0 2〜 0. 0 2 0 %

Nは、 V及ぴ T i と炭窒化物を形成して鋼の強化に寄与する。この効果を得るには、 Nは 0. 0 0 2 %以上の含有量が必要である。しかし、 Nを 0. 0 20 %を超えて含有させても上記の効果は飽和する。したがつて、 Nの含有量を 0. 0 0 2〜0. 0 2 0 %とした。

Ceqの値： 0. 8 0未満

一般に、前記（1)式で表される Ceqの値が大きい場合にはコネクティングロッドの被削性が低下し、 CeQの値が小さい場合には強度が小さくなって疲労強度も小さくなる。しかしながら、前記した量の T i と Vを含有させた本発明に係る素材の場合には、フェライトが大幅に強化されるため前記（1)式で表される C eqの値が小さい場合にも大きな強度が得られ、更に、フヱライトの強度が大きい分被削性は良好になる。なお、前記した量の T i と Vを含有させてフェライトを強化させた本発明に係る素材の場合にも、 Ceqの値が 0. 8 0以上になると大きな疲労強度が確保できるものの被削性が低下することがある。したがって、前記（1) 式で表される Ceqの値を 0. 8 0未満とした。なお、コネクティングロッドに要求される強度にもよるが、 Ceqの下限値はほぼ 0. 6 0程度である。

(B) コネクティングロッドの大端部の組織と硬さ

(B— 1 ) 大端部の組織

本発明に係る非調質コネクティングロッドの大端部の組織は、フェライト ·パーライトとする必要がある。これは、クラッキング性と被削性をともに良好にして、大端部でのクラッキングを容易にするとともにボルト穴の加工を容易にするためである。すなわち、マルテンサイト、ベィナイトゃオーステナイトを含む組織のクラッキング性は低く、更に、フェライト · パーライト組織に比べて被削性にも劣る。したがって、本発明に係る非調質コネクティングロッドにおいては、その大端部の組織をフェライト · パーラィトとした。ここで、既に述べたように、「フエライト ' パーライト組織」とはフェライトとパーライトの混合組織を指す。

( B— 2 ) 大端部の、全硬さ、フェライト ' パーライト組織におけるフェライトの硬さ及ぴ、フライトの硬さと全硬さの比

本発明に係る非調質コネタティングロッドの大端部は、全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0、フェライト 'パーライト組織におけるフヱライトの硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上、且つ、前記フェライトの硬さと全硬さの比が 0 . 8 0以上でなければならない。

先ず、大端部の全硬さがビッカース硬さで 2 5 5未満であると疲労強度及ぴクラッキング性が低下し、一方、 3 2 0を超えると大きな疲労強度と良好なクラッキング性が確保できるものの被削性が低下することがある。

次に、フェライト · パーラィト組織におけるフェライトの硬さはクラッキング性、被削性及び疲労強度に影響し、フェライトの硬さを H v 2 5 0以上とすることが良好なクラッキング性と被削性、及ぴ大きな疲労強度を確保するための条件となる。

更に、フェライト · パーラィト組織におけるフェライトの硬さと大端部の全硬さの差を小さくすること、換言すれば、フェライトの硬さと全硬さの比を大きくすること、特に、上述の比を 0 . 8 0以上と大きくすること、によって良好なクラッキング性、大きな疲労強度及び良好な被削性を確保することができる。

したがって、本発明に係る非調質コネクティングロッドの大端部に関して、全硬さをビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0、フェライト 'パーラィト組織におけるフェライトの硬さをビッカース硬さで 2 5 0以上、且つ、前記フェライトの硬さと全硬さの比を 0. 8 0以上とした。

ここで、大端部の全硬さとは、鍛鍊軸に垂直に切断した面をランダムに 4箇所測定した場合の平均値を指し、上記大端部の全硬さとしてのビッカース硬さは、 9 8. 0 7 Nの試験力で測定した値をいうこと、フエライトの硬さとしてのビッカース硬さは、 0. 0 9 8 0 7 Nの試験力で測定した値をいうことは既に述べたとおりである。

なお、本発明でいうフェライトには、セメンタイトとともにパーライトを形成するフェライトは含まないことも既に述べたとおりである。前記の発明（ I ) は、上述の（A) 項及ぴ（B) 項の規定を満たす非調質コネクティングロッドである。

( C) コネクティングロッドの製造条件

前記の発明（ I ) に係る非調質コネクティングロッドを比較的容易に得るには、既に述べた（ a ) 〜（ f ) の処理をこの順に含む方法によつて製造するのがよい。

そこで、発明（Π) は、前記（A) 項に記載の化学組成を有する鋼を、例えば、通常の方法で溶製した後に鋼塊ゃ鋼片とし、次にその鋼塊や鋼片のままで、或いは更に通常の方法で熱間での圧延及び Z又は鍛造を施した後で、前記（ a ) 〜（ e ) の処理をこの順に含む工程でコネクテイング口ッド本体とコネクティング口ッドキャップとに分割し、その後更に、（ f ) の処理を経てクランクシャフトに結合して組み立てる製造方法とした。

前記（ a ) の処理は、コネクテイングロッド本体とコネクティングロッドキヤップがつながった一体物として熱間鍛造するための加熱処理である。鍛造のための加熱温度が 1 2 0 0°C未満の場合には素地への T i の固溶が不十分となって、たとえ T i と Vを複合添加した前記（A) 項に記載の化学組成を有する鋼であっても、フェライトの大幅な強化が達成されず、所望の良好なクラッキング性及び大きな疲労強度が得られない場合がある。一方、加熱温度が 1 3 5 0 °Cを超えると、加熱炉に過度の負担がかかることに加えてスケールロスが大きくなるためコストが嵩むことになる。このように前記（A ) 項に記載の化学組成を有する鋼の加熱温度は 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cとするのがよい。

したがって、発明（Π ) においては（ a ) の加熱処理の温度を 1 2 0 0〜： 1 3 5 0 °Cとした。

前記（b ) の処理は、コネクティングロッド本体とコネクティングロッドキヤップがつながった一体物に加工するための熱間鍛造である。鍛造温度が 9 0 0 °Cを下回る場合には、素材（被鍛造材）の変形抵抗が大きく、鍛造用金型の寿命低下を招く場合がある。更に、オーステナイト結晶粒の再結晶が十分達成されないままフェライト ·パーライト変態して組織が微細化するので、靱性が高くなってクラッキング性が低下したり、全硬さやフェライトの硬さが小さくなって疲労強度ゃクラッキング性が低下したりすることがある。このため、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がつながつた一体物に加工するための熱間鍛造は 9 0 0 °C以上の温度で行うのがよい。

したがって、発明（Π ) においては（b ) の熱間鍛造温度を 9 0 0 °C 以上とした。なお、この鍛造は 1 0 5 0 °C以上の温度で行うことがより好ましい。鍛造の上限温度については、加熱温度が前記の 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cであれば、実質的な上限温度は 1 2 5 0 °C程度となる。

前記（ c ) の処理は、規定の寸法公差を満たすために大端部に施す熱間コイニング処理である。大端部のコィニング処理は冷間で行われるのが通常であるが、 8 0 0 °C以下の低い温度で大端部のコイニングを行うと、後でクラッキングした際に、コイニング処理で生じた残留応力が解放されるため破面密着性が低下し、クランクシャフトを挟む部分である合わせ面に切削加工を施す必要が生じることがあり、切削加工を施す場合には工程が増えるとともにコストも嵩んでしまう。このため、規定の寸法公差を満たすために大端部に施すコイニング処理は 8 00 °Cを超える温度で行うのがよい。

したがって、発明（Π) においては（ c ) の大端部に施すコイニング処理を 8 0 0°Cを超える温度で行うこととした。

なお、前記（A) 項に記載の化学組成を有する鋼に、前 ' （ a ) 〜（ c ) で述べた処理を施し、（ c ) の熱間コイニングを行った後の冷却を大気中放冷とすれば、（B) 項で述べた非調質コネクティングロッドの大端部の組織と硬さが容易に得られる。

ここで、既に述べたように、上述の（a ) 〜（ c ) における温度とは鋼や一体物成形材の表面における値を指す。

なお、発明（Π) は大端部以外の部位のコイニング温度を規定するものではなく、大端部以外の部位のコイニング処理は熱間で行ってもよいし、通常行われているように冷間で行ってもよい。

クラッキングする際の亀裂発生の起点を限定するとともに、一体成形材のクラッキングをより容易且つ確実に行えるようにし、また、クラッキングした際の破断面を容易且つ確実に平滑な脆性破面とするためには大端部に切り欠きを設けるのがよい。

したがって、発明（Π) においては（d) の処理で大端部に切り欠きを設けることとした。なお、大端部に設ける切り欠きの応力集中係数は 2以上とすることが極めて好ましく、また、大端部に設ける切り欠きは、図 1における N部に設けるのが好ましい。

前記（ e ) の処理は、一体成形材をコネクティングロッド本体とコネクティングロッドキヤップに分割する処理である。この処理の方法は特に限定されるものではなく、通常行われているクラッキングコネタティングロッドの製造方法で行えばよい。

前記（ f ) の処理は、クラッキング処理で分割されたコネクティング口ッド本体とコネクティング口ッドキャップとをクランクシャフトに結合して組み立てる処理である。この処理の方法も特に限定されるものではなく、通常行われているコネクティング口ッドの製造方法で行えばよい。

なお、コネクティング口ッド本体とコネクティングロッドキャップとを結合するためのボルト穴加工は、例えば、前記（ d ) の処理の前、（ d ) の処理と同時又は（e ) のクラッキング処理の前に行えばよい。

(実施例）

次に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

表 1に示す化学組成を有する鋼を通常の方法で 3 トン電気炉を用いて溶製し、鋼塊とした。表 1において、鋼 3〜 5及ぴ鋼 1 0〜 1 2は化学組成が本発明で規定する範囲内の本発明例の鋼であり、鋼 1、鋼 2及ぴ鋼 6〜 9は成分のいずれかが本発明で規定する含有量の範囲から外れた比較例の鋼である。なお、比較例の鋼のうち鋼 1及ぴ鋼 2はそれぞれ、米国特許第 5 1 3 5 5 8 7号公報で開示され欧州で既に実用化されているクラッキングコネクティング口ッド用鋼にほぼ相当する鋼及び、一部の車種で採用されている非調質コネクティングロッド用の、 0 . 3 5 % C - 0 . 4 % S i - 0 . 9 5 % M n - 0 . 0 4 % S - 0 . 5 % C r - 0 . 1 % Vを基本の化学組成とする鋼に被削性改善の目的で P b と C aを添加した鋼である。

1

I

し eq^C (Si/10) + (Μη/δ) + (5Cr/22) +1.65V- (5SX7) *印は本発明で規定する範囲から外れていることを示す。

次いで、これらの本発明例の鋼及び比較例の鋼を通常の方法によつて鋼片とした後、熱間圧延して直径 3 5 m mの丸棒にした。

このようにして得た直径 3 5 m mの丸棒を素材として、コネクティングロッド本体とコネクティング口ッドキヤップの一体成形鍛造及び大端部のコイニング処理を行った。

表 2に、上記の一体成形鍛造及ぴ大端部のコイニング処理条件を示す。なお、大端部を熱間コイニングした後の冷却は大気中放冷とした。次いで、大端部以外の部位のコイニングを冷間で行い、更に、大端部の図 1における N部に表 2に示す応力集中係数を有する切り欠きを設けた。

2

*印は化学組成が本発明で規定する条件から外れた鋼であることを示す。

(+)印は発明 ( Π ) で規定する条件から外れていることを示す。このようにして得た切り欠きのついた一体成形材を用いてミク口組織

、ビッカース硬さ（以下、 H v硬さという）、引張特性、耐疲労特性、被削性及ぴクラッキング性を調査した。

すなわち、前記した各一体成形材の大端部から鍛鍊軸に垂直な面を観察面とするミクロ試験片を切り出し、鏡面研磨してナイタル腐食した後、倍率を 4 0 0倍とした光学顕微鏡で観察して、ミクロ組織の判定を行つた。

上記のようにして観察した組織がフェライト ·パーライトであったものについては、更に、フェライトの H v硬さを 0. 0 9 8 0 7 Nの試験力で測定した。

また、各一体成形材の大端部から鍛鍊軸に垂直な面を試験面とする試験片を切り出して鏡面研磨した後、全硬さとしての H V硬さを 9 8. 0

7 Nの試験力で測定した。

組織がフェライト ·パーラィトであったものは、一体成形材のコネクティングロッド本体 2の桿部 6 (図 1参照）から、 JIS Z 2201に記載の平行部の直径が 3. 0 mmの 1 4 A号引張試験片を切り出し、室温での引張試験も行い、引張強さ（T S) を測定した。

同様に、組織がフェライト ·パーライトであったものについては、一体成形材のコネクティングロッド本体 2の桿部 6から平行部の直径が 3 mmで、平行部の長さが 1 1 m mの疲労試験片を切り出し、電気油圧サーボ式疲労試験機を用いて、室温大気中で、応力比を _ 1、繰り返し速度を 1 0〜 2 0 H z として、荷重制御引張圧縮による疲労試験を行い、疲労強度（ a w) を測定した。この σ wと前記の T Sとから耐久比（ σ w/T S ) を求めた。

なお、前記の鋼 2を素材とする試験番号 2の a wの値（ 3 7 4MP a

) を基準性能とし、これ以上の σ wが得られた場合に耐疲労特性が良好と判断した。被削性は、ボルト穴加工を想定して、各一体成形材の大端部に貫通孔をドリルで穿孔し、孔を 3 0 0個あけた後のドリルのコーナー摩耗量（つまり、ドリル最外周部の摩耗量）を測定して評価した。なお、一部の車種で採用されている非調質コネタティングロッド用鋼に相当する鋼に被削性改善の目的で P b と C aを添加した鋼 2を素材とする試験番号 2 の場合の上記コーナー摩耗量を基準値とし、摩耗量が前記基準値の 1 1 0 %以内なら被削性は「〇」、前記基準値の 1 1 0 %を超える場合は被削性が「X」と評価した。これは、 P bや C aを含まない鋼の被削性が、 P bと C aを含む鋼 2の被削性に比べて著しく改善されるとは考え難く、摩耗量が前記基準値の 1 1 0 %以内なら工業的な規模での生産が可能と判断したことによる。

穿孔試験条件は次に示すとおりである。

ドリル： P 2 0超硬の直径 8 m mのストレートシヤンクドリル、回転数： 1 2 0 0 r p m、

送り： 0 . l a m m / r e v、

潤滑：水溶性潤滑剤。

また、大端部にボルト穴を加工した各一体成形材を、通常の落錘方式によってコネクティングロッド本体とコネクティング口ッドキャップにクラッキングすることを行った。なお、鋼 2を素材とする一体成形材だけは落錘方式によって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にクラッキングすることができなかった。

クラッキング後、破断面を観察するとともに破断歪量を測定してクラッキング性を評価し、その破断面が欧州で既に実用化されているクラッキングコネクティングロッド用鋼に相当する鋼 1を素材とする場合と同程度の破面で、且つ、破断歪量が上記鋼 1を素材とする場合の破断歪量である 0 . 1 5 m mよりも小さい場合にクラッキング性が良好であるとした。なお、破断歪量とは図 2に示す a〜 c の値を測定した場合、クラッキング後の「 a— { (b + c ) / 2 } 」の値からクラッキング前の「 a - { (b + c ) / 2 } 」の値を引いたものをいう。

表 3に上記の各試験結果をまとめて示す。

表 3において、 H vはビッカース硬さでの大端部のフェライト ' パ一ライト組織におけるフェライトの硬さを表し、 ΤΗ νはビッカース硬さでの大端部の全硬さを表す。

なお、試験番号 1においては、組織がフェライト ·パーライトではなかったため、フェライトの硬さを測定しておらず、したがって、上記の H V欄は「一」と表記した。

また、試験番号 7においては、フェライト面積率が小さいため 0. 0 9 8 0 7 Νの試験力では圧子がパーライトにもかかってフェライト単独の硬さを測定することができなかった。このため、上記の α Η ν欄は「 $ J と表記した。

更に、試験番号 1においては、組織がフェライト ·パーライトではなかったため、引張特性及ぴ耐疲労特性を調査しておらず、したがって、「T S」欄及び「び w」欄は「一」と表記した。

表 3

組織欄は「F」がライト、「P」が/ -ライトを示す。

α Ην欄の「一」は「F+PJ 以外の組織のためライトの硬さを測定していないことを、「$」は 0. 09807Nの試験力ではフェライト単独の硬さを測定することができなかつたことを示す。

破面形態欄の「一」は破断できなかったことを、「脆 +延」は一部延性破面が混ざっていることを示す。

被削性欄の「#」は判定基準であることを示す。

*印は本発明で規定する条件から外れていることを示す。

**印は目標に達していないことを示す。、

表 3から明らかなように、本発明で定める化学組成を有するとともに、大端部の、組織、全硬さ、フェライトの硬さ及ぴフェライトの硬さと全硬さの比を有する、試験番号 2 5及び試験番号 1 2の場合は、いずれも目標とする被削性、クラッキング性及ぴ耐疲労特性が得られている

上記試験番号のうちでも、試験番号 1 2の場合は応力集中係数が大きい切り欠きを設けたためクラッキング性は極めて良好である。これに対して、試験番号 6〜 9の場合は、少なくとも化学組成が本発明で規定する条件から外れているため、被削性、クラッキング性及ぴ耐疲労特性のいずれか 1つ以上において目標に達していない。

欧州で既に実用化されているクラッキングコネタティングロッド用鋼にほぼ相当する鋼である鋼 1を用いた試験番号 1の場合は、ドリルのコーナー摩耗量が前記基準値の 1 1 0 %を超え、被削性は「X」で目標に達していない。

一部の車種で採用されている非調質コネタティングロッド用鋼に相当する鋼に被削性改善の目的で P bと C aを添加した鋼 2を用いた試験番号 2の場合は、落錘方式によってコネクティングロッド本体とコネクテイングロッドキャップにクラッキングすることができず、クラッキング性に劣る。

一方、試験番号 1 0は本発明で定める化学組成を有するものの、大端部のフェライト 'パーライト組織におけるフェライトの硬さが本発明で規定する条件から外れているためクラッキング性及ぴ耐疲労特性に劣つている。

同様に、試験番号 1 1は本発明で定める化学組成を有するものの、全硬さ及ぴフェライトの硬さが本発明で規定する条件から外れており、クラッキング性及ぴ耐疲労特性に劣っている。産業上の利用可能性

本発明の非調質コネクティングロッドは、 P b非添加鋼を素材とする被削性、クラッキング性及ぴ耐疲労特性に優れたものであり、自動車ェンジンなどのコネクティングロッドとして利用することができる。この非調質コネクティングロッドは本発明の方法によって比較的容易に製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 質量％で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 %、 Mn : 0. 6 0〜 0. 9 0 %、 P ： 0. 0 4 0〜 0. 0 7 0 %、 S ： 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %、 C r : 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V : 0 . 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0 2 〜 0. 0 2 0 %を含み、残部は F e及ぴ不純物からなり、下記（1)式で表される CeQの値が 0. 8 0未満の化学組成で、大端部は組織がフェラィト ·パーライトで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり、更に、大端部の前記フェライト ·パーライト組織におけるフェライトの硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、且つ、前記フェライトの硬さと大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネタティングロッド

C eq= C + ( S i / 1 0 ) + (Mn/ 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1 . 6 5 V— （ 5 S / 7 ) (1)

2. 質量％で、 C : 0. 2 5〜 0. 3 5 %、 S i ： 0. 5 0〜 0. 7 0 % , M n ： 0. 6 0〜 0. 9 0 %、 P ： 0. 0 4 0〜 0. 0 7 0 %、 S ： 0. 0 4 0〜 0. 1 3 0 %、 C r : 0. 1 0〜 0. 2 0 %、 V ： 0 . 1 5〜 0. 2 0 %、 T i : 0. 1 5〜 0. 2 0 %及ぴ N : 0. 0 0 2

〜 0. 0 2 0 %を含み、残部は F e及ぴ不純物からなり、下記（1)式で表される Ceqの値が 0. 8 0未満の化学組成で、大端部は組織がフェラィト ·パーライトで全硬さがビッカース硬さで 2 5 5〜 3 2 0であり、更に、大端部の前記フェライト ·パーライト組織におけるフェライトの硬さがビッカース硬さで 2 5 0以上で、且つ、前記フェライトの硬さと大端部の全硬さの比が 0. 8 0以上である非調質コネタティングロッドの製造方法であって、下記（ a ) 〜（ f ) の処理を順に含む非調質コネタティングロッドの製造方法。

( a ) 前記の化学組成を有する鋼を 1 2 0 0〜 1 3 5 0 °Cに加熱する処理

( b ) コネクテイングロッド本体とコネクティングロッドキャップがつながった一体物に成形する 9 0 0 °C以上の温度での熱間鍛造

( c ) 8 0 0 °Cを超える温度での大端部の熱間コイニング

( d ) 大端部に切り欠きを設ける処理

( e ) 大端部の前記切り欠きを設けた部位からコネタティングロッド本体とコネクティング口ッドキヤップに破断分割する処理

( f ) 破新分割されたコネクティング口ッド本体及びコネクティングロッドキヤップを結合する処理

Ceq=C + ( S i / 1 0 ) + (M n / 5 ) + ( 5 C r / 2 2 ) + 1.

6 5 V- ( 5 S/7) (1)