JP5713219B2 - クラッキングコンロッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車エンジン等に使用されるコネクティングロッド（以下、コンロッドと称する）及びその製造方法に関し、特に、フェライト・パーライト型の非調質鋼からなるクラッキングコンロッド及びその製造方法に関する。

自動車などのレシプロタイプのエンジンでは、上下運動するピストンの動力をコンロッドを介してクランクシャフトに伝達し、クランクシャフトの回転運動をエンジンの外部に取り出している。このコンロッドは、ピストン及びクランクシャフトにそれぞれ係合する小端部及び大端部を有し、更にこれらの間を接続する桿部を有している。

ところで、コンロッドのうち、フェライト＋パーライトの混合組織からなる非調質鋼を使用したクラッキング（かち割り）コンロッドが知られている。このクラッキングコンロッドでは、桿部の一端部に設けられた大端部に機械加工で円孔を設け、この円孔周辺部をロッド部及びキャップ部の２つにクラッキング（かち割り）して分離し、クランクシャフトをこれらの間に挟み込んだ後に、再度、これらを組み合わせてクランクシャフトと係合させている。組み合わせ時には、クラッキングにより現れるフェライト・パーライト型非調質鋼のランダムな破面により、ロッド部とキャップ部とが互いに噛合し、その合わせ面の横滑りを防止できる。故に、従来のロッド部及びキャップ部の合わせ面を機械加工していたコンロッドに比べ、横滑り防止のリーマボルトやノックピンなどの部品を減じることができて、軽量化及びコスト削減が可能である。

例えば、特許文献１乃至３には、このようなクラッキングコンロッド及びその製造方法が開示されている。

特許文献１では、質量％で０．２５〜０．３５％のＣと、ＣｒやＶなどの炭化物生成元素とを含み、更に、Ｔｉを添加した成分組成を有するフェライト・パーライト型非調質鋼において、熱間鍛造後に大端部を温間コイニングしたクラッキングコンロッド及びその製造方法が開示されている。Ｖと複合して添加されたＴｉにより、フェライトの機械強度が強化され、クラッキングコンロッド全体の耐力及び疲れ限度が向上する。また、結果として、フェライトの硬さが上昇するから、フェライト及びパーライト相互の硬さの差を小さくできて、良好に大端部をクラッキングし得るようになった、とも述べている。

特許文献２では、質量％で０．２〜０．６％のＣと、ＣｒやＶなどの炭化物生成元素とを含むフェライト・パーライト型非調質鋼において、熱間鍛造後に桿部を冷間コイニングし、更に高周波誘導加熱による時効処理を施して、耐力及び疲れ限度を向上させたクラッキングコンロッド及びその製造方法が開示されている。

また、特許文献３では、特許文献１と同様の成分組成のフェライト・パーライト型非調質鋼において、熱間鍛造後の２００〜７００℃の温度範囲で加工率３〜４０％の温間コイニングを施して、歪み時効により耐力及び疲れ限度を向上させたクラッキングコンロッド及びその製造方法が開示されている。

特開２００４−３０１３２４号公報 特開２００５−５９０１３号公報 特開２００６−５２４３２号公報

高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッドの製造を目的として、桿部へのコイニングによる加工率を上げて、機械強度を向上させ得る。その一方で、コイニングは非調質鋼の青熱脆性温度域で施されるため、特に、Ｈ型断面をコイニングにより成形した場合などには、Ｈ型断面のコーナー部近傍などで割れが発生しやすい。そこで、コイニングの加工率を下げても桿部の機械強度を得られるよう、非調質鋼の成分を調整し得る。しかしながら、このような鋼においては、コンロッドに粗成形するための熱間鍛造が困難になってしまい易い。更に、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ及びＮｉの添加による機械強度の向上を図った場合、コストの上昇を招くのみならず、ベイナイトを生成し、クラッキングが困難になってしまう。また、大端部をロッド部及びキャップ部の２つにクラッキングして分離できたとしても、組み合わせ時にこれらが互いに噛合できなくなってしまうこともある。

本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、フェライト・パーライト型の非調質鋼からなり、高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッド及びその製造方法を提供することにある。

本発明によるクラッキングコンロッドは、必須添加元素と任意に含まれ得る任意添加元素とを添加元素とする質量％で、０．２０〜０．６０％のＣを含むフェライト・パーライト型非調質鋼からなり、少なくとも、クランクシャフト及びピストンにそれぞれ係合する大端部及び小端部とこれらの間を接続しコイニング処理された桿部とを具備するクラッキングコンロッドであって、前記必須添加元素をＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒとして、前記任意添加元素をＳｉ、Ｐ、Ｓ、Ｖ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｃａ及びＢｉとして、前記必須添加元素において、質量％で、Ｍｎを０．３０〜１．５０％の範囲内、及び、Ｃｒを０．０５〜１．００％の範囲内で添加するとともに、Ｎを０．００５〜０．０３０％且つＴｉを０．２０％以下の範囲内で、Ｔｉ≧３．４Ｎ＋０．０２を満たすように含み、前記任意添加元素において、質量％で、Ｓｉを２．０％以下、Ｐを０．２％以下、Ｓを０．２％以下、Ｖを０．５０％以下、Ｐｂを０．３０％以下、Ｔｅを０．３％以下、Ｃａを０．０１％以下、及び、Ｂｉを０．３０％以下で含み、前記大端部における０．２％耐力が６５０ＭＰａよりも小であるとともに、コイニング処理された前記桿部における０．２％耐力が７００ＭＰａよりも大であることを特徴とする。

かかる発明によれば、少なくとも必須添加元素の所定範囲内の組成によって、２５０〜６００℃の温度範囲内におけるコイニングで７％以上の加工率を与えても割れを生じず、より大なる歪み時効を与え得るため、０．２％耐力が６５０ＭＰａ以下の大端部（非コイニング部）を与えるような鋼でありながら、その桿部（コイニング部）の耐力を少なくとも０．２％耐力で７００ＭＰａ以上に上昇せしめ得て、疲れ限度を大幅に上昇させ得るのである。すなわち、大端部のクラッキングに悪影響を与えることなく、高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッドを得られるのである。また、少なくとも必須添加元素の所定範囲内の組成によって、コンロッドとしての粗鍛造を確実に行い得るのである。その上で、所定量以内の任意添加元素によれば、前記したクラッキングコンロッドとしての特徴を損なうことなく、更なる機械強度の向上及び製造工程上の利点を与え得るのである。

上記した発明において、質量％で、Ｓｉを０．０５％以上、Ｐを０．０１％以上、及び、Ｓを０．０６０％以上含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、所定量以上のＰの添加で大端部のクラッキングにより形成されるロッド部及びキャップ部の組み合わせ破面を脆的ならしめてその再密着性を高めるとともに、所定量以上のＳｉの添加で溶製時の脱酸を確実にして耐力の低下を防止できる。その一方で、Ｓの所定量以上の添加でクラッキングコンロッドとして必要とされる、特に大端部及び小端部における被削性を高められる。

上記した発明において、質量％で、Ｐｂを０．０１％以上、Ｔｅを０．００２％以上、Ｃａを０．０００４％以上、Ｂｉを０．０１％以上で、これらのうちの１つ以上を添加したことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、クラッキングコンロッドとして必要とされる、機械強度への影響を大きく与えることなく、特に大端部及び小端部における被削性を高められる。

本発明によるクラッキングコンロッドの製造方法は、必須添加元素と任意に含まれ得る任意添加元素とを添加元素とする質量％で、０．２０〜０．６０％のＣを含むフェライト・パーライト型非調質鋼からなり、少なくとも、クランクシャフト及びピストンにそれぞれ係合する大端部及び小端部とこれらの間を接続しコイニング処理された桿部とを具備するクラッキングコンロッドの製造方法であって、前記必須添加元素をＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｍｎ及びＣｒとして、前記任意添加元素をＳｉ、Ｐ、Ｓ、Ｖ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｃａ及びＢｉとして、前記必須添加元素において、質量％で、Ｍｎを０．３０〜１．５０％の範囲内、及び、Ｃｒを０．０５〜１．００％の範囲内で添加するとともに、Ｎを０．００５〜０．０３０％且つＴｉを０．２０％以下の範囲内で、Ｔｉ≧３．４Ｎ＋０．０２を満たすように含み、前記任意添加元素において、質量％で、Ｓｉを２．０％以下、Ｐを０．２％以下、Ｓを０．２％以下、Ｖを０．５０％以下、Ｐｂを０．３０％以下、Ｔｅを０．３％以下、Ｃａを０．０１％以下、及び、Ｂｉを０．３０％以下で含み、前記コイニング処理を２５０〜６００℃の温度範囲内で７％以上の加工率で行うコイニングステップを含むことを特徴とする。

かかる発明によれば、少なくとも必須添加元素の所定範囲内の組成によって、２５０〜６００℃の温度範囲内におけるコイニングで７％以上の加工率を与えても割れを生じず、より大なる歪み時効を与え得るため、大端部（非コイニング部）に比較して桿部（コイニング部）の耐力及び疲れ限度を大幅に上昇させ得るのである。すなわち、大端部におけるクラッキングに悪影響を与えることなく、高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッドを得ることが出来るのである。

上記した発明において、質量％で、Ｓｉを０．０５％以上、Ｐを０．０１％以上、及び、Ｓを０．０６０％以上含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、所定量以上のＰの添加で大端部のクラッキングにより形成されるロッド部及びキャップ部の組み合わせ破面を脆的ならしめてその再密着性を高めるとともに、所定量以上のＳｉの添加で溶製時の脱酸を確実にして耐力の低下を防止できる。その一方で、Ｓの所定量以上の添加でクラッキングコンロッドとして必要とされる、特に大端部及び小端部における被削性を高められる。

上記した発明において、質量％で、Ｐｂを０．０１％以上、Ｔｅを０．００２％以上、Ｃａを０．０００４％以上、Ｂｉを０．０１％以上で、これらのうちの１つ以上を添加したことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、クラッキングコンロッドとして必要とされる、機械強度への影響を大きく与えることなく、特に大端部及び小端部における被削性を高められる。

上記した発明において、前記コイニング処理に先だって、１１００〜１３００℃の温度範囲内で溶体化熱処理を行う溶体化ステップを含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、コイニングの行われる温度域で析出する析出物を微細に分散させ得るとともに、安定して高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッドを得られるのである。

上記した発明において、前記コイニングステップ及び前記溶体化ステップは、前記大端部における０．２％耐力が６５０ＭＰａよりも小であるとともに、前記桿部における０．２％耐力が７００ＭＰａよりも大であるように行われることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、少なくとも必須添加元素の所定範囲内の組成によって、２５０〜６００℃の温度範囲内におけるコイニングで７％以上の加工率を与えても割れを生じず、より大なる歪み時効を与え得るため、０．２％耐力が６５０ＭＰａ以下の大端部（非コイニング部）を与えるような鋼でありながら、その桿部（コイニング部）の耐力を少なくとも０．２％耐力で７００ＭＰａ以上に上昇せしめ得て、疲れ限度を大幅に上昇させ得るのである。すなわち、大端部のクラッキングに悪影響を与えることなく、高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッドを得られるのである。

本発明の実施例及び比較例に関する合金の機械強度の表である。 本発明の実施例及び比較例に関する合金の機械強度の表である。 本発明の実施例及び比較例に関する合金の成分組成及び機械特性の表である。

本願発明者においては、Ｎを多く添加することで、鋼により高い機械強度を与える一方、コンロッドとしての粗鍛造時において割れを生じないフェライト・パーライト型非調質鋼の成分組成をモディファイし、高いコイニング加工率を与え得るとともに、クラッキングコンロッドの製造特有のクラッキングのし易さと組み合わせ時の噛合に優れる成分組成を見出して本願発明に至った。すなわち、コンロッドとしての粗鍛造時の割れをＴｉをはじめとするいくつかの添加元素で防止できることをまず見出し、特に、Ｔｉの添加によれば、上記したクラッキングコンロッドの製造特有のコイニング及びクラッキングに優れることを見出したのである。

以下に、その詳細について説明する。

まず、フェライト・パーライト型非調質鋼についてコイニングの限界加工率、すなわち温間加工性の調査結果を示す。ここでは、代表的結果として、後述する図３のＮｏ．５及びＮｏ．１１１に示す各成分組成の合金についての結果を示す。これら２つの合金の成分組成の大きな差異は、Ｔｉの添加の有無である。なお、図３の成分組成については、更に不可避的不純物を含み、残部はＦｅである。

まず、これら合金のそれぞれを溶製しインゴットを造塊した。インゴットは熱間鍛造により５０ｍｍ角の鍛造素材とされ、１２００℃で６０分間保持して溶体化処理後、更に熱間鍛造にて直径２２ｍｍの丸棒に成形した。続いて、熱間鍛造の冷却過程において、クラッキングコンロッドの桿部に与えるコイニングと同様の温間加工を与えた。すなわち、２００〜６５０℃の温度範囲で加工率を３〜５０％でそれぞれ変化させて温間加工を施し、室温まで放冷した後、後述する各試験に用いる試験片形状に機械加工した。

まず、疲れ限度は、小野式回転曲げ疲労試験機によって測定した。詳細には、平行部においてφ８ｍｍの平滑試験片を作成し、ＳＮ曲線を求め、１０^７回の繰り返し数で破断しない限界応力を疲れ限度とした。

０．２％耐力は、ＪＩＳに定める金属材料引張り試験法により測定した。

これらの試験結果を図１及び図２に示す。なお、温間加工における割れの発生の有無についても図中に示した。

まず、図１には、２００〜６５０℃の各温度で１０％の一定の加工率を与えた試験片の試験結果を示す。なお、「熱間鍛造まま」の試験片は、熱間鍛造後に温間加工を施していない試験片の結果である。

Ｔｉの添加されていない組成（図３のＮｏ．１１１）の合金では、加工温度３００〜６００℃において割れが発生した。かかる温度範囲は、非調質鋼の青熱脆性温度域であるため割れが発生しやすい。一方、Ｔｉを添加した組成（図３のＮｏ．５）の合金では、全ての加工温度で割れの発生はなかった。別途詳細な観察を行ったところ、青熱脆性温度域にあっては固溶したＮの拡散速度は速いが、温間加工によって導入された大量の転位によってＮの拡散がトラップされ、転位周りに窒化物を形成して加工割れを生じやすくする。一方、合金にＴｉを添加することで、ＴｉがＮと結合して分散した窒化物を形成し、加工割れを抑制できることがわかった。

図２には、上記した試験片のうち、４００℃で一定の加工温度において、加工率を３〜５０％の範囲で変化させた試験片の試験結果を示す。なお、「熱間鍛造まま」の試験片は、冷却中の４００℃での保持を実施していない試験片の結果である。

Ｔｉを添加した組成（図３のＮｏ．５）の合金では、４０％までの加工率の上昇に伴って、０．２％耐力及び疲れ限度が上昇した。すなわち、加工率７〜４０％において７００ＭＰａ以上の０．２％耐力及び５００ＭＰａ以上の疲れ限度を得ることができた。これから判るよう、高い加工率を与えることによって、高い０．２％耐力及び疲れ限度を得られるのである。一方、Ｔｉの添加されていない組成（図３のＮｏ．１１１）の合金では、加工率７％以上では全て割れが発生してしまった。すなわち、Ｔｉを添加されていない上記したような成分組成の合金では、高い温間加工率を与えることはできず、結果として、温間コイニングのような温間加工により０．２％耐力及び疲れ限度を大きく上昇せしめることはできないのである。かかるＴｉの添加と温間加工の関係の傾向は、上記した成分組成の合金だけでなく、後述する図３の成分組成全般において確認された。

次に、図３に示す各成分組成の合金について、後述する試験を行った結果を同図中に示した。なお、図３の各試験結果の上部に表示した上限及び／又は下限として表示されている数値は、本願発明において得られるクラッキングコンロッドとして必要な機械的特性を目標値として示すものである。

ここで、試験に用いた試験片は、上記したＴｉの添加と温間加工の関係についての試験に用いた試験片と同様に、各合金を溶製・造塊→熱間鍛造→溶体化処理→熱間鍛造した後、冷却中に５００℃で保持し、１０％の加工率のコイニングを模した温間加工を施す。これを空冷して機械加工をして試験片を得ている。また、疲れ限度及び０．２％耐力についても上記したＴｉの添加と温間加工の関係についての試験と同様に測定した。

更に、硬さは、温間加工後の試験片の中心部において、ロックウェル硬度計のＣスケールにて測定した。

クラッキングコンロッドに必要とされるクラッキングによる破面の再密着性は、日本工業規格Ｚ２２０１の１４Ａ号引張り試験片の長手方向中央部に幅１ｍｍ、深さ１ｍｍの環状の切り欠きをレーザー加工により与えた試験片で引張り試験を行い、発生した伸びを測定して評価した。

ドリル加工能率は、ＳＫＨ５１からなるドリルを切削油なしで、送り速度０．１ｍｍ／ｒｅｖ．で１０ｍｍの深さの穴を繰り返しドリル加工して、ドリルが切削不能となるまでの総切削深さを測定し、図３に示すＮｏ．２の成分組成の合金における結果を１００として相対評価により得た。

更に、各試験片については組織観察を行っている。

ところで、図３のＮｏ．１〜Ｎｏ．１７に示す合金の成分組成は、上記したＴｉの添加と温間加工の関係についての試験をふまえ、Ｎｏ．５の合金の成分組成を基に成分設計した、本発明の実施例としてのクラッキングコンロッドの製造に用いられるフェライト・パーライト型の非調質鋼の一連の合金の成分組成である。これらの合金は、上記した熱処理により、フェライト＋パーライトの混合組織となる。温間加工により、硬さの目標値であるＨＲＣ２４．０〜３５．０、疲れ限度の目標値である５００ＭＰａ以上、０．２％耐力の目標値である７００ＭＰａ以上、破断伸びの目標値である０．０８ｍｍ以下が全て達成されている。すなわち、フェライト・パーライト型の非調質鋼からなり、桿部に必要な高い疲れ限度を有するクラッキングコンロッドを与えることができる。なお、良好なクラッキングを行うためには、本実施例において温間加工を付与しない状態で６５０ＭＰａ以下の０．２％耐力であることが必要であることが確認された。

上記した合金のうち、Ｎｏ．１３〜１５及びＮｏ．１７に示す合金では、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃａ及び／又はＴｅが添加されており、その結果として、０．２％耐力及び疲れ限度を低下させることなく、ドリル加工能率を向上させることが可能なことを示している。つまり、クラッキングコンロッドの大端部及び小端部に必要な機械加工において良好な切削性を与えるのである。

一方、図３のＮｏ．１０１〜１１４に示す合金は、比較例としての合金である。

Ｎｏ．１０１及び１０２に示す合金では、Ｃの添加量が本発明の合金と比べてそれぞれより少ない若しくはより多い。Ｃの添加量の少ないＮｏ．１０１の合金では、特に硬さがクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値の下限に近く、疲れ限度がやはりクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回ってしまう。一方、Ｃの添加量の多いＮｏ．１０２の合金においては、ベイナイト組織となって、ドリル加工能率がクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。なお、ドリル加工能率の低さは、硬さの上昇となって表れている。

Ｎｏ．１０３に示す合金では、Ｓｉが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、コイニングを模した温間加工において割れが発生してしまっていた。

Ｎｏ．１０４に示す合金では、Ｍｎが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、組織観察においてベイナイトが観察され、上記したＮｏ．１０２の合金と同様に、硬さが目標値の上限を超え、その結果、ドリル加工能率がクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。

Ｎｏ．１０５に示す合金では、Ｃｒが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、組織観察においてベイナイトが観察され、上記したＮｏ．１０２及び１０４の合金と同様に、硬さが目標値の上限を超えている。その結果、ドリル加工能率がクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。

Ｎｏ．１０６に示す合金では、Ｐが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、コイニングを模した温間加工において割れが発生してしまっていた。

Ｎｏ．１０７に示す合金では、Ｖが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、硬さが目標値の上限を超え、その結果、ドリル加工能率がクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。

Ｎｏ．１０８及び１０９に示す合金では、Ｎの添加量が本発明の合金と比べてそれぞれより少ない若しくはより多い。Ｎの添加量の少ないＮｏ．１０８の合金では、コイニングを模した温間加工でも十分な歪み時効を得られず、疲れ限度及び０．２％耐力においてクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。一方、Ｎの添加量の多いＮｏ．１０９の合金では、コイニングを模した温間加工において割れが発生してしまっていた。

Ｎｏ．１１０に示す合金では、Ｔｉが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、硬さが目標値の上限を超え、その結果、ドリル加工能率がクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。また、Ｎｏ．１１１に示す合金では、Ｔｉが添加されておらず、上記したＴｉの添加と温間加工の関係についての試験結果に見られるように、コイニングを模した温間加工において割れが発生してしまっていた。

Ｎｏ．１１２に示す合金では、Ｐｂが本発明の合金と比べて多く添加されている。かかる合金では、コイニングを模した温間加工において割れが発生してしまっていた。

Ｎｏ．１１３及びＮｏ．１１４に示す合金では、Ｓの添加量が本発明の合金と比べてそれぞれより多い若しくはより少ない。Ｓの添加量の多いＮｏ．１１３の合金では、コイニングを模した温間加工において割れが発生してしまっていた。一方、Ｓの添加量の少ないＮｏ．１１４の合金では、ドリル加工能率がクラッキングコンロッドとして必要とされる目標値を下回っていた。

以上のように、Ｎｏ．１０１〜１１４に示す合金では、クラッキングコンロッドとして必要な機械的特性を得ることが困難なことが判る。

なお、上記した本発明によるクラッキングコンロッドの合金組成の各成分範囲についての指針は以下の如きである。

Ｃは、クラッキングコンロッドとして必要な機械強度を得るために添加される。また、大端部のクラッキングにおいて適度な凹凸破面を得るために必要なパーライト量にも関係する。また、固溶量が多いほど桿部における炭化物の析出が大であるから、コイニングのような温間加工による機械強度の上昇量が大きくなる。その一方で、過剰に添加すると、硬さは必要以上に与えられて、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を得られなくなる。故に、質量％で、Ｃは０．２０〜０．６０％の範囲内である。

Ｎは、コイニングにより導入される転位に集積して窒化物を析出させて機械強度を向上させ得る。その一方で、過剰に添加すると、コイニングにより割れを生じさせてしまい、高い加工率を得ることが出来ない。故に、質量％で、Ｎは０．００５〜０．０３０％の範囲内である。好ましくは、０．００８〜０．０３０％の範囲内である。

Ｔｉは、固溶しているＮと窒化物を形成してＮの拡散を抑制し、青熱脆性を抑える。また、Ｎ以外にＣとも結合し、炭窒化物を形成してフェライト中に析出してフェライト硬さを向上させる。これは、脆性を高めてクラッキングコンロッドとして必要とされるクラッキングを容易にする。つまり、Ｎの含有量に対してＴｉを一定量以上添加することが好ましい。よって、下限値もＮ量によって規定される。その一方、過剰の添加は、被削性の低下に繋がる。故に、質量％で、Ｔｉは３．４Ｎ＋０．０２〜０．２０％の範囲内とする。上限は０．１５％以下とすると好ましい。

Ｓｉは、鋼の溶製時において脱酸作用を有するとともに、フェライト中に固溶することによりフェライトを強化して耐力を向上させ得る。その一方で、過剰に添加すると、硬さを不必要に高めてコイニングにおいて割れを生じさせて高い加工率を与えることが出来なくなる。また、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を得られなくなる。故に、質量％で、Ｓｉは０．０５〜２．００％の範囲内である。

Ｍｎは、Ｓと結合してＭｎＳを生成させ、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を高める。その一方で、過剰の添加はベイナイトを生成してクラッキングが困難になってしまう。また、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を得られなくなる。故に、質量％で、Ｍｎは０．３０〜１．５０％の範囲内である。

Ｐは、大端部のクラッキングにおいて脆性破面を与え、ロッド部とキャップ部の組み合わせ時の破面の密着性を高め得る。その一方で、過剰に添加すると、コイニングにおいて割れを生じさせ得て、高い加工率を与えることが出来なくなる。故に、質量％で、Ｐは０．０１〜０．２０％の範囲内である。

Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳを生成させ、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を高める。その一方で、過剰な添加はコイニングにおいて割れを生じさせて高い加工率を与えることが出来なくなる。故に、質量％で、Ｓは０．０６０〜０．２００％の範囲内である。

Ｃｒは、鍛造材の機械強度を高める。その一方で、過剰の添加はベイナイトを生成してクラッキングが困難になってしまう。また、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を得られなくなる。故に、質量％で、Ｃｒは０．０５〜１．００％の範囲内である。

Ｖは、ＣやＮと結合して微細な炭化物及び／又は炭窒化物を生成してクラッキングコンロッドとして必要な機械強度を高め得る。炭化物はフェライト相に整合析出して硬さを向上させ、大端部のクラッキングにおいて脆性破面を与え、ロッド部とキャップ部の組み合わせ時の破面の密着性を高め得る。その一方で、過剰に添加すると、クラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を得られなくなる。また高価であるためにコストをも上昇させてしまう。故に、質量％で、Ｖは０．５０％以下とする。

Ｐｂ、Ｔｅ、Ｃａ及びＢｉは、ともにクラッキングコンロッドとして必要とされる被削性を高める。その一方で、過剰に添加すると、コイニングにおいて割れを生じて高い加工率を与えることが出来なくなってしまう。故に、質量％で、Ｐｂは０．０１〜０．３０％、Ｔｅは０．００２〜０．３００％、Ｃａは０．０００４〜０．０１００％及びＢｉは０．０１〜０．３０％の範囲内である。

以上、図３に示すＮｏ．１〜１７の合金において、粗鍛造後に桿部にのみコイニングしたクラッキングコンロッドでは、その大端部においてクラッキングを良好に行うことが出来るとともに、高い疲れ限度を与えられた。なお、粗鍛造後に桿部だけでなく大端部を含めたコンロッド全体にコイニングを行った場合、大端部をクラッキングして分離できるものの、組み合わせ時の噛合に精度を欠けることが散見された。クラッキングによる歪みの開放が大きいことを一因としていると考える。

ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれら実施例及び変形例に限定されるものではなく、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

Claims (8)

1. 必須添加元素と任意に含まれ得る任意添加元素とを添加元素とする質量％で、０．２０〜０．６０％のＣを含むフェライト・パーライト型非調質鋼からなり、少なくとも、クランクシャフト及びピストンにそれぞれ係合する大端部及び小端部とこれらの間を接続しコイニング処理された桿部とを具備するクラッキングコンロッドであって、
   前記必須添加元素をＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ及びＣｒとして、
   前記任意添加元素をＶ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｃａ及びＢｉとして、
   前記必須添加元素において、質量％で、
   Ｓｉを０．０５〜２．０％の範囲内、
   Ｍｎを０．３０〜１．５０％の範囲内、
   Ｐを０．０１〜０．２％の範囲内、
   Ｓを０．０６０〜０．２％の範囲内、及び、
   Ｃｒを０．０５〜１．００％の範囲内で添加するとともに、
   Ｎを０．００５〜０．０３０％且つＴｉを０．２０％以下（ただし０．１５４％以上を除く）の範囲内で、Ｔｉ≧３．４Ｎ＋０．０２を満たすように含み、
   前記任意添加元素において、質量％で、
   Ｖを０．１４％以下、
   Ｐｂを０．３０％以下、
   Ｔｅを０．３％以下、
   Ｃａを０．０１％以下、及び、
   Ｂｉを０．３０％以下で含み、
   残部Ｆｅ及び不可避的不純物から構成された鋼からなり、
   前記大端部における０．２％耐力が６５０ＭＰａよりも小であるとともに、コイニング処理された前記桿部における０．２％耐力が７００ＭＰａよりも大であることを特徴とするクラッキングコンロッド。
2. 質量％で、Ｔｉを０．１５％以下で含むことを特徴とする請求項１記載のクラッキングコンロッド。
3. 質量％で、Ｐｂを０．０１％以上、Ｔｅを０．００２％以上、Ｃａを０．０００４％以上、Ｂｉを０．０１％以上で、これらのうちの１つ以上を添加したことを特徴とする請求項１又は２に記載のクラッキングコンロッド。
4. 必須添加元素と任意に含まれ得る任意添加元素とを添加元素とする質量％で、０．２０〜０．６０％のＣを含むフェライト・パーライト型非調質鋼からなり、少なくとも、クランクシャフト及びピストンにそれぞれ係合する大端部及び小端部とこれらの間を接続しコイニング処理された桿部とを具備するクラッキングコンロッドの製造方法であって、
   前記必須添加元素をＣ、Ｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ及びＣｒとして、
   前記任意添加元素をＶ、Ｐｂ、Ｔｅ、Ｃａ及びＢｉとして、
   前記必須添加元素において、質量％で、
   Ｓｉを０．０５〜２．０％の範囲内、
   Ｍｎを０．３０〜１．５０％の範囲内、
   Ｐを０．０１〜０．２％の範囲内、
   Ｓを０．０６０〜０．２％の範囲内、及び、
   Ｃｒを０．０５〜１．００％の範囲内で添加するとともに、
   Ｎを０．００５〜０．０３０％且つＴｉを０．２０％以下（ただし０．１５４％以上を除く）の範囲内で、Ｔｉ≧３．４Ｎ＋０．０２を満たすように含み、
   前記任意添加元素において、質量％で、
   Ｖを０．１４％以下（ただし、０．０２％未満を除く）、
   Ｐｂを０．３０％以下、
   Ｔｅを０．３％以下、
   Ｃａを０．０１％以下、及び、
   Ｂｉを０．３０％以下で含み、
   残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を用意し、
   前記大端部における０．２％耐力を６５０ＭＰａよりも小とするとともに、前記桿部における０．２％耐力を７００ＭＰａよりも大とするよう前記コイニング処理を２５０〜６００℃の温度範囲内で７％以上の加工率で行うことを特徴とするクラッキングコンロッドの製造方法。
5. 質量％で、Ｔｉを０．１５％以下で含むことを特徴とする請求項４記載のクラッキングコンロッドの製造方法。
6. 質量％で、Ｐｂを０．０１％以上、Ｔｅを０．００２％以上、Ｃａを０．０００４％以上、Ｂｉを０．０１％以上で、これらのうちの１つ以上を添加したことを特徴とする請求項４又は５に記載のクラッキングコンロッドの製造方法。
7. 前記コイニング処理に先だって、１１００〜１３００℃の温度範囲内で溶体化熱処理を行う溶体化ステップを含むことを特徴とする請求項４乃至６のうちの１つに記載のクラッキングコンロッドの製造方法。
8. 前記コイニングステップ及び前記溶体化ステップは、前記大端部における０．２％耐力が６５０ＭＰａよりも小であるとともに、前記桿部における０．２％耐力が７００ＭＰａよりも大であるように行われることを特徴とする請求項７記載のクラッキングコンロッドの製造方法。