專利名稱：斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿用軋制材，斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿用熱鍛 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿(connecting rod)用軋制材，斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿用熱鍛零件及斷裂分離型連桿，特別是涉及用于組裝到曲軸(crankshaft)上的貫通孔部分被斷裂分離成近半圓的連桿的制造所適合的軋制材，使用該軋制材而得到的熱鍛零件，此外還涉及使用該熱鍛零件而得到的斷裂分離型連桿。

背景技術(shù)：
汽油機和柴油機等的內(nèi)燃機中，作為連結(jié)活塞和曲軸之間，并將活塞的往復運動傳遞到曲軸而轉(zhuǎn)換成回轉(zhuǎn)運動的零件使用的是連桿(以下稱為“con rod”)。連桿是具有用于組裝到曲軸上的貫通孔(近圓形)的零件，為了使該組裝和用于維護的拆卸容易，其構(gòu)成為貫通孔部分發(fā)離為2個近半圓。分離的連桿之中與活塞直接連結(jié)的一側(cè)被稱為連桿，其余被稱為連桿蓋。
上述連桿歷來是通過分別熱鍛連桿實體和連桿蓋之后，再切削加工接合面而制造，根據(jù)需要為了防止偏移，有實施定位銷(knock pin)加工的情況。但是若實施這一加工，則除了材料的成品率量降低以外，因為會經(jīng)歷大量的工序，所以存在成本上升這樣的問題。
因此進行如下方法一體熱鍛連桿，實施機械加工[用于組裝到曲軸上的貫通孔形成加工(開口加工)和螺栓孔加工等]后，使貫通孔部分成為2個近半圓這樣進行冷斷裂分割。根據(jù)該方法，因為接合面具有不規(guī)則的凹凸，所以不會使連桿實體與連桿蓋的接合面產(chǎn)生間隙，從而能夠高精度地組裝到曲軸上。
作為基于上述斷裂分離加工的連桿的制造用材料，在歐洲采用DIN規(guī)格的C70S6。該材料雖然適合上述斷裂分離加工，但難以適應(yīng)更高水平的疲勞強度和耐力的要求，此外還有被削性也很難說充分這樣的問題。因此就期望疲勞強度、耐力更優(yōu)異的，此外還能夠確保良好的被削性的斷裂分離型連桿用鋼種的實現(xiàn)。
至今為止也開發(fā)有各種的鋼材，在專利文獻1中公開了關(guān)于可以斷裂分離的高強度非調(diào)質(zhì)鋼及其中間制品。在上述公報中公開的要旨是，通過控制以MnS為主體的硫化物的長寬比和珠光體的面積率，從而在在斷面中能夠得到不規(guī)則的凹凸，在契合時很難發(fā)生偏移。但是，如果上述珠光體的面積率被規(guī)定為40％以下，珠光體以外為鐵素體，則鐵素體將占60％以上。因為鐵素體為軟質(zhì)的相，所以若鐵素體面積率大，則認為存在會招致斷裂時的變形的情況。
另一方面，在專利文獻2中，公開有一種使C量為0.25～0.70％，并且將鐵素體的面積率抑制在10％以下的高強度、低延性且被削性優(yōu)異的非調(diào)質(zhì)鋼。但是在該技術(shù)中，形成韌性高的硬質(zhì)層，破裂分離時的載荷變高變形大。
在專利文獻3中，公開了使C量為0.5～0.7％，并且，使鐵素體面積率為5～15％，確保連桿制造中使用的熱鍛用鋼的切削性和低延展性的技術(shù)。另外，在專利文獻4中，公開了使C量為0.2～0.6％，添加V和Ti確保破裂分離性的技術(shù)。另外，在專利文獻5～7中公開了抑制C量并且抑制鐵素體分率，由此確保切削性和嵌合性的破裂分離性連桿用鋼。但是，在上述專利文獻3～7的技術(shù)中，不能控制MnS等硫化物系夾雜物的形態(tài)，不能充分抑制破裂時的變形。還有，在上述專利文獻4～7中，雖然有在MnS的形態(tài)控制中Ca的添加有效的記載，但是并沒有公開該具體的方法，也不能說控制以MnS為主體的硫化物系夾雜物的形態(tài)能夠充分提高破裂分離性。
另一方面，在專利文獻8中，公開了通過將硫化物系夾雜物的長寬比控制在10以下從而改善破裂分離性的熱非調(diào)質(zhì)鋼。但是，S量比較多時，例如即使MnS球狀化以該MnS為起點的空孔在破裂時也大量發(fā)生。而且，以其為起因鐵素體的延展性破壞容易發(fā)生，連桿主體和連桿蓋的破面不匹配，因此，破裂時的變形變大。
專利文獻1特開2003-342671號公報
專利文獻2特開2002-356743號公報
專利文獻3特開2004-35916號公報
專利文獻4特開2004-277817號公報
專利文獻5特開2002-275578號公報
專利文獻6特開2004-277848號公報
專利文獻7特開2003-193184號公報
專利文獻8特開2000-73141號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其目的在于，提供用于組裝到曲軸上的貫通孔部分被斷裂分離成近半圓的連桿的制造所適合的軋制材，使用該軋制材而得到的熱鍛零件，以及使用該熱鍛零件而得到的斷裂分離型連桿。
本發(fā)明的破裂分離性優(yōu)異的破裂分離型連桿用軋制材，化學成分以質(zhì)量％計(以下，對于成分相同)含有C0.25～0.60％、Mn0.5～2％、S0.05～0.2％、Si0.05～1.5％、V0.05～0.3％、P0.010～0.15％、Al0.0010～0.06％、N0.03％以下、和Cr0.1～2％，還含有從Zr0.005～0.2％、Ti0.005～0.1％、Mg0.0003～0.01％、Ca0.0005～0.01％、Te0.0010～0.1％和REM0.0005～0.3％中選出的至少一種，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且，鐵素體和珠光體合計占全體的95面積％以上，在觀察棒狀軋制材的相對于縱長方向的平行截面的D/4部(D是軋制材的直徑)時，硫化物系夾雜物的平均長寬比為10.0以下，并且，由下式(1)表示的Pc為0.41～0.75，并且，由下式(2)表示的Veq為0.18質(zhì)量％以上。
Pc＝C/(1-α/100) (1) (式(1)中，C表示鋼中碳含量(質(zhì)量％)，α表示鐵素體分率(面積％)) Veq＝V+Ti/2+Si/20 (2) (式(2)中，V、Ti、Si表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)) 另外，在上述軋制材中，以下式(3)表示的Ceq為0.80質(zhì)量％以上，并且，以下式(4)表示的PM為500質(zhì)量％以下。
Ceq＝C+0.28Mn-1.0S-0.32Cr+1.7V+1.3Ti(3) PM＝554C+71Mn-262S+82Cr+429V(4) (式(3)、(4)中，C、Mn、S、Cr、V、Ti表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)) 上述軋制材作為其他元素還含有(a)Se0.0010～0.1％、和/或Bi以及Pb合計為0.01～0.2％，(b)B0.0005～0.004％。
本發(fā)明也包括對上述軋制材實施熱鍛而得到的斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿用熱鍛零件，還包括使用該熱鍛零件得到的斷裂分離型連桿。
還有，上述硫化物系夾雜物的平均長寬比指的是以后述實施例所示的方法測定的值。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)⑦B桿的貫通孔部分良好地斷裂分離成近半圓，因此能夠降低分離加工的成本，并且與歐洲采用的C70S6相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高強度，并且還發(fā)揮出優(yōu)異的被削性的連桿用軋制材，使用該軋制材得到的熱鍛零件，還能夠?qū)崿F(xiàn)使用熱鍛零件得到的斷裂分離型連桿。



圖1是表示Pc與因斷裂分離而產(chǎn)生的應(yīng)變(分離應(yīng)變)的關(guān)系的曲線圖。
圖2是表示硫化物系夾雜物的平均長寬比(L/W)與因斷裂而產(chǎn)生的應(yīng)變(分離應(yīng)變)的關(guān)系的曲線圖。
圖3是表示Veq與因斷裂分離而產(chǎn)生的應(yīng)變(分離應(yīng)變)的關(guān)系的曲線圖。
圖4是用于說明硫化物系夾雜物的觀察部位的概略立體圖。
圖5是模式化地表示用于斷裂分離性的評價的試驗片的形狀的(a)頂視圖和(b)側(cè)視圖。
圖6是模式化地表示擠壓試驗機下的斷裂分離的狀態(tài)的剖面?zhèn)纫晥D。
圖7是表示用于斷裂分離的評價的試驗片的斷裂分離前后(試驗前后)的狀態(tài)的頂視圖。
符號說明 1沖壓機 2支承臺 3、3’支架(holder) 4、5楔子 6試驗片
具體實施例方式 本發(fā)明者們?yōu)榱说玫皆趯⒂糜诮M裝到曲軸上的貫通孔部分分離成2個近半圓形時，能夠良好地使之斷裂分離的連桿用軋制材，以能夠確保加工性(特別是被削性)的低C量且提高了S量的鋼材為對象進行了銳意研究。其結(jié)果是基于如下立意發(fā)現(xiàn)此具體方法如果控制鐵素體分率和上述C量的關(guān)系，并且控制硫化物系夾雜物的長寬比，則在斷裂分離下易產(chǎn)生大的應(yīng)變的上述低C量且高S量的鋼材中，能夠?qū)崿F(xiàn)被削性優(yōu)異并且斷裂分離性被充分提高的連桿用軋制材。以下，對于本發(fā)明進行詳述。
(Pc＝0.41～0.75 其中，Pc＝C/(1-α/100) …(1) (式(1)中，C表示鋼中碳含量(質(zhì)量％)，α表示鐵素體分率(面積％)) 在S量比較高的鋼材中，即使控制MnS等的硫化物系夾雜物的形態(tài)，仍存在在斷裂分離時發(fā)生延性破壞的情況。若延性破壞發(fā)生，則連桿實體和連桿蓋的斷面無法接合，在組裝到曲軸上時不能將它們高精度的契合。另外，若不能高精度地契合，從而在連桿實體和連桿蓋的接合面產(chǎn)生間隙，則也難以確保連桿的強度。因此在本發(fā)明中，為了防止上述延性破壞，而對于會對該延性破壞帶來影響的因素進行各種研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在規(guī)定C量的范圍中，如果使表示全部組織中所占的鐵素體分率和鋼中的C量的關(guān)系的PcC/(1-α/100)在一定范圍內(nèi)即可。
圖1是表示因斷裂分離而產(chǎn)生的應(yīng)變與上述Pc的關(guān)系的曲線圖，是整理了后述的實施例的實驗結(jié)果(硫化和的系夾雜物的長寬比均在規(guī)定范圍內(nèi))，(還有，在圖1中，對于C量為0.33％的情況引出表示傾向的線)。由圖1可知，通過不僅僅將硫化物系夾雜物控制在后述的規(guī)定范圍內(nèi)，而且通過控制Pc，能夠確實地抑制分離應(yīng)變。具體來說，無論C量為什么情況，只要Pc在0.5附近，斷裂分離時的應(yīng)變均可取得極小值，為了將分離應(yīng)變抑制在200μm以下(由于前述C70S6的分離應(yīng)變最大為200μm左右，因此以200μm以下為目標)，可知需要使Pc的下限為0.41。為了使分離應(yīng)變進一步減小至150μm以下，優(yōu)選使Pc為0.45以上。另外關(guān)于Pc的上限則需要為0.75。為了使分離應(yīng)變進一步減小至100μm以下，優(yōu)選使Pc為0.47～0.60。
在本發(fā)明中，通過控制后述的硫化物系夾雜物的形態(tài)而促進斷裂分離時的斷面進展，并且如上述控制鐵素體分率和C量的關(guān)系，則能夠確保優(yōu)異的斷裂分離性，此外還能夠抑制硫化物系夾雜物量增加時產(chǎn)生的缺口附近的孔穴，因此也能夠確保被削性。
(在觀察棒狀軋制材的相對于縱長方向的平行截面的D/4部(D是軋制材的直徑)時，硫化物系夾雜物的平均長寬比10.0以下) 由制造過程中的延伸形成的長寬比大的硫化物系夾雜物會阻礙斷裂分離時的龜裂進展。其結(jié)果是，施加于分離斷裂的負荷變大，因此斷裂分離時的變形(應(yīng)變)變大。
圖2是表示由斷裂分離而產(chǎn)生的應(yīng)變(分離應(yīng)變)與硫化物系夾雜物的平均長寬比的關(guān)系的曲線圖，是整理了后述的實施例的實驗結(jié)果(上述Pc均在規(guī)定范圍內(nèi))。由圖2可知，為了將分離應(yīng)變抑制在200μm以下，需要使上述硫化物系夾雜物的平均長寬比在10.0以下。為了使分離應(yīng)變進一步減小至150μm以下，優(yōu)選上述長寬比在9.5以下。
還有，本發(fā)明中的所謂“硫化物系夾雜物”雖然主要意思是MnS，但除了Mn、Zr、Ti、Mg、Ca、Se、Te、REM等的各硫化物以外，還包括它們的復合硫化物，和以氧化物為核的上述硫化物和復合硫化物的復合化合物。
(Veq≥0.18 其中，Veq＝V+Ti/2+Si/20 …(2) (式(2)中，V、Ti、Si表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)) 即使像MnS等這樣的夾雜物不存在，仍會有孔穴發(fā)生，招致斷裂分離時的延性破壞的情況，但是作為其原因，認為是鐵素體的硬度過低的情況。因此本發(fā)明者們對于會對鐵素體的硬度造成影響的元素進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，V、Ti、Si是對鐵素體的硬度有影響的元素，根據(jù)各種實驗，含有該V、Ti、Si的上述Veq與鐵素體的硬度相關(guān)。
圖3是表示上述Veq與因斷裂分離而產(chǎn)生的應(yīng)變的關(guān)系的曲線圖，雖然是整理了后述的實施例的實驗結(jié)果，但由該圖3可知，為了將分離應(yīng)變抑制在200μm以下，以確保優(yōu)異的斷裂分離性，需要使Veq在0.18質(zhì)量％以上。優(yōu)選為0.22質(zhì)量％以上。還有，即使使Veq為0.40質(zhì)量％以上效果也是飽和，因此從成本的觀點出發(fā)，優(yōu)選使上述Veq為0.40質(zhì)量％以下。
(Ceq≥0.80 其中，Ceq＝C+0.28Mn-1.0S-0.32Cr+1.7V+1.3Ti…(3) (式(3)中，C、Mn、S、Cr、V、Ti表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)) Ceq是與鋼材的硬度相關(guān)的珠光體，為了確保作為連桿可以使用的強度，優(yōu)選將Ceq控制在0.80質(zhì)量％以上(更優(yōu)選為0.90質(zhì)量％以上)。另一方面，Ceq過高被削性也會劣化，因此其上限優(yōu)選為1.50質(zhì)量％。
(PM≤500 其中，PM＝554C+71Mn-262S+82Cr+429V…(4) (式(4)中，C、Mn、S、Cr、V表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)) PM是與被削性相關(guān)的珠光體，為了確?？闪慨a(chǎn)水平的切削性，優(yōu)選500質(zhì)量％以下(更優(yōu)選為400質(zhì)量％以下)。
其次，以下詳述本發(fā)明的各化學成分等的限定理由。
(C0.25～0.60％) C是強度的確保以及減小斷裂時的應(yīng)變所需要的元素。另外，也有形成珠光體等的組織，抑制以鐵素體部分中的硫化物為核的孔穴的生成的效果。因此，C量需要為0.25％以上。優(yōu)選為0.30％以上。但是，若C量過剩，則被削性劣化，因此其為0.60％以下。優(yōu)選為0.55％以下。
(Mn0.5～2％) Mn提高鋼材的強度，同時使淬火性提高，當碳含量高時在激光加工的切口底生成脆的熱影響層，容易進行斷裂分離。為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選使Mn為0.5％以上。但是若Mn量過剩，則在鍛造后生成貝氏體，硬度顯著增加，被削性降低。另外，因此貝氏體大量含有可動位錯，所以連桿中作為重要的特性的耐力降低。因此在本發(fā)明中Mn量為2％以下。優(yōu)選為1.5％以下。
(S0.05～0.2％) S與Mn生成硫化物(MnS)，對于改善被削性是有效的元素。在本發(fā)明中，為了發(fā)揮該效果而使S量在0.05％以上。優(yōu)選為0.08％以上，更優(yōu)選為0.10％以上。上述MnS若通過制造過程中的軋制等變成細長延伸的形狀，則其成為阻礙斷裂分離時的斷面擴展的原因。在本發(fā)明中，雖然通過使硫化物系夾雜物球狀化可解決上述問題，但是若S量過剩，則該硫化物系夾雜物也過剩，鐵素體部的孔穴發(fā)生的起點增加，延性破壞將容易發(fā)生。因此S量為0.2％以下。優(yōu)選為0.12％以下。
(Si0.05～1.5％) Si作為鋼熔煉時的脫氧元素有用，并且固于鐵素體中，使作為斷裂分離時的塑性變形的主要原因的軟質(zhì)相(鐵素體)的強度提高，也是使耐力和疲勞強度提高有效的元素。另外，對于抑制斷裂分離時的變形(真圓度變化)，的高斷裂面的契合性也有效。為了充分地發(fā)揮這些效果，優(yōu)選Si量為0.05％以上。更優(yōu)選為0.15％以上。但是若Si量過多，則不必要的硬度增加，被削性劣化，因此使其為1.5％以下。優(yōu)選為0.5％以下。
(V0.05～0.3％) V與Si一樣，具有的高鐵素體的強度，抑制斷裂分離時的變形的效果。為了充分發(fā)揮該效果，優(yōu)選使V量為0.05％以上。另一方面，即使過剩地含有V，上述效果也是飽和，因此其上限為0.3％。
(P0.010～0.15％) 在本發(fā)明中，P對于抑制斷裂時的變形，使斷裂面的契合性提高有效，為了發(fā)揮該效果，也可以積極地使之含有0.010％以上。優(yōu)選為0.02％以上。但是，因為P也是容易誘發(fā)連續(xù)鑄造時的鑄造缺陷的元素，所以為0.15％以下(優(yōu)選為0.08％以下)。
(Al0.0010～0.06％) Al是在鋼熔解時發(fā)揮脫氧作用的元素，因為鋼水中的氧濃度降低，硫化物系夾雜物容易球狀化，所以其也是有助于硫化物系夾雜物的球狀化的元素。為了發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選使之含有0.0010％以上。更優(yōu)選為0.010％以上。但是即使Al等過剩其效果也是飽和，鋼水中的氧濃度過度降低，硫化物系夾雜物的球狀化反而被阻礙。因此Al量為0.06％以下(更優(yōu)選為0.020％以下)。
(N0.03％以下) N是在鋼中不可避免被含有的元素，若大量含有則成為鑄造缺陷的原因，因此抑制在0.03％以下(更優(yōu)選為0.02％以下)。
(Cr0.1～2％) 如果添加Cr，則與上述Mn一樣，在提高鋼材的強度的同時使淬火性提高，另外，當碳含量高時，其使激光加工的切口底生成脆的熱影響層，容易進行斷裂分離。為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選使之含有0.1％以上(更優(yōu)選為0.15％以上)。然而，若Cr大量被含有，則在鍛造后生成貝氏體，硬度顯著增加而被削性降低。另外，因此貝氏體大量含有可動位錯，所以連桿中作為重要的特性的耐力降低。因此在本發(fā)明中將Cr量抑制在2％以下(更優(yōu)選為1.0％以下)。
(從Zr0.005～0.2％、Ti0.005～0.1％、Mg0.0003～0.01％、Ca0.0005～0.01％、Te0.0010～0.1％及REM0.0005～0.3％中選出的至少一種) 這些元素具有控制硫化物系夾雜物的形狀，抑制斷裂分離時的變形的效果。Zr對于硫化物系夾雜物的球狀化是有效的元素，為了期待該效果，優(yōu)選使Zr量為0.005％以上。更優(yōu)選為0.05％以上。但是若Zr量過多，則變得過硬而被削性劣化，因此優(yōu)選為0.2％以下(更優(yōu)選為0.10％以下)。
Ti有助于硫化物系夾雜物的球狀化，并且與Si、V一樣，也有具有提高鐵素體的強度，抑制斷裂分離時的變形的效果。為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選Ti量為0.005％以上。更優(yōu)選為0.05％以上。但是若Ti量變得過剩，則被削性降低，因此優(yōu)選以0.1％為上限。更優(yōu)選為0.08％以下。
Mg在使硫化物系夾雜物微細化上是有用的元素。若硫化物系夾雜物存在，則機械的性質(zhì)受損，但是通過微細化能夠抑制機械的性質(zhì)的劣化。為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選使Mg量為0.0003％以上。但是若Mg量過多，則氧化物過剩存在，機械的性質(zhì)反而受損，因此為0.01％以下(更優(yōu)選為0.0040％以下)。
Ca具有使硫化物系夾雜物球狀化的效果。為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選使Ca含有0.0005％以上。還有，添加Ca時，為了抑制Ca氧化物形成，使硫化物系夾雜物中固溶Ca而實現(xiàn)硫化物系夾雜物的球狀化，優(yōu)選在Ca添加之前添加Al等，降低鋼水中的氧量之后再添加Ca。
另一方面，若Ca量過剩，則與Mg一樣，氧化物大量形成，機械的性質(zhì)反而受損。因此，Ca量優(yōu)選為0.01％以下(更優(yōu)選為0.0030％以下)。
Te也是具有硫化物系夾雜物的球狀化效果的元素，為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選使之含有0.0010％以上。但是若大量含有，則熱變形能劣化，因此為0.1％以下(優(yōu)選為0.01％以下)。
REM(稀土類元素例如混合稀土)與Mg一樣，也具有使硫化物系夾雜物微細化的效果，有助于機械的性質(zhì)的改善效果。期待該效果而添加REM時，其優(yōu)選為0.0005％以上。更優(yōu)選為0.0010％以上。但是若大量過度添加，則氧化物大量形成，機械的性質(zhì)反而受損。因此REM優(yōu)選為0.3％以下(更優(yōu)選為0.010％以下)。
本發(fā)明規(guī)定的含有元素如上所述，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，作為該不可避免的雜質(zhì)，能夠允許因原料、物資、制造設(shè)備等的狀況而攙入的元素的混入。另外，為了進一步提高斷裂分離性，也可以在規(guī)定范圍內(nèi)積極地含有下述元素。
(Se0.0010～0.1％)和/或Bi以及Pb合計0.01～0.2％) Se、Bi、Pb均是具有被削性改善的效果的元素。為了發(fā)揮該效果，Se的情況是優(yōu)選使之含有0.0010％以上。另外，含有Bi和/或Pb時，優(yōu)選合計0.01％以上。但是若大量含有Se，則熱形變能劣化，因此優(yōu)選為0.1％以下(更優(yōu)選為0.03％以下)。另外，若大量含有Bi和/或Pb，則誘發(fā)鋼材的鑄造缺陷、軋制時的瑕疵，因此優(yōu)選Bi和/或Pb合計0.2％以下(更優(yōu)選為0.15％以下)。
(B0.0005～0.004％) B具有改善淬火性，降低鐵素體分率，抑制由硫化物系夾雜物造成的孔穴的發(fā)生的效果。為了發(fā)揮該效果，優(yōu)選B量為0.0005％以上。但是若B大量被含有，則產(chǎn)生與鐵的共晶溶液，熱變形能降低，因此為0.004％以下。更優(yōu)選為0.002％以下。
本發(fā)明的軋制材，組織是鐵素體和珠光體的2相組織，鐵素體和珠光體合計占總體的95面積％以上。鐵素體和珠光體以外的組織(例如貝氏體)以面積率計如果在5％以下則能夠允許。
本發(fā)明雖然沒有對上述軋制材的制造方法進行規(guī)定，但是如果使熱軋時進行的加熱溫度在950℃以上，則能夠容易地使上述硫化物系夾雜物的平均長寬比在規(guī)定范圍內(nèi)，因此優(yōu)選。另一方面，若上述溫度過高，則氧化皮帶來的不良和瑕疵發(fā)生，因此優(yōu)選為1200℃以下。另外，為了控制硫化物系夾雜物的形態(tài)，如上述添加Ca、Zr和Te等有效，但為了添加該元素，在熔煉階段，優(yōu)選在添加上述Ca等之前添加Al等的脫氧元素以降低鋼水中的氧量之后，再添加上述Ca等。
為了控制上述Pc，需要調(diào)整C量，并且控制鐵素體分率。鐵素體分率可以通過鍛造之后的鋼材溫度和鍛造后的冷卻速度的調(diào)整、C以外的合金元素量的調(diào)整等的公知手段進行調(diào)整。具體來說可列舉如下方法。即，以適當?shù)臈l件實施鍛造，測定鐵素體分率，計算Pc。當Pc不在本發(fā)明規(guī)定的范圍時，例如通過降低鐵素體分率而能夠使Pc在規(guī)定的范圍內(nèi)時，則實施降低冷卻速度、降低鍛造之后的鋼材溫度、另外在規(guī)定的范圍內(nèi)降低Mn等的合金成分等的調(diào)整。這樣通過使Pc大體在0.5附近而反復嘗試，可以進行Pc的調(diào)整。
還有，本發(fā)明的軋制材，在使用了該軋制材的熱鍛造零件的制造中，在鍛造后，為了確保機械的性質(zhì)的特性，不需要實施淬火和回火這樣的熱處理，其是能夠在冷卻的狀態(tài)下使用的非調(diào)質(zhì)鋼。上述軋制材的形狀為棒狀即可，其大小沒有特別限定，但是一般的為直徑25～50mm左右。
本發(fā)明的斷裂分離型連桿用熱鍛零件，能夠通過使用上述軋制材，以公知的方法進行熱鍛，形成連桿的外形而得到。另外，為了得到斷裂分離型連桿，能夠通過對上述鍛造零件實施成形加工等的加工，形成用于組裝到曲軸上的貫通孔，其后使貫通孔部分分離成2個近半圓，如此進行斷裂分離而取得。
實施例 以下，例舉實施例更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明當然不受下述實施例限制，也可以在能夠符合前后述宗旨的范圍適當加以變更實施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
棒鋼制造例 遵循通常的熔煉方法熔解、鑄造表1、2所示的化學成分的鋼后，進行開坯、軋制，得到

的棒鋼。其次，通過熱鍛將其鍛造至25mm厚。還有，在上述制造方法中，Pc的調(diào)整通過調(diào)整成分和熱鍛后的800～600℃的平均冷卻速度來進行。另外，硫化物系夾雜物的平均長寬比通過變化軋制之前的鋼材溫度，使硫化物系夾雜物球狀化的Ca和Zr、Te等的添加來進行控制。這些元素全部在Al添加后進行添加。
使用得到的棒鋼，按下述的要領(lǐng)進行鐵素體分率的測定、硫化物系夾雜物的平均長寬比的測定和斷裂分離性的評價。
(鐵素體分率(α)的測定) 以使取得的棒鋼的D/4部能夠觀察到的方式，從與縱長方向平行的截面提取試樣(參照圖4)，對表面進行鏡面研磨后，用硝酸乙醇腐蝕液使之腐蝕以準備組織觀察用試驗片。然后使用光學顯微鏡以100倍進行拍攝(1個視野的照片尺寸9cm×7cm)，進行獲得的照片的圖像分析而求得。在度樣表面的任意的3個視野中同樣地進行上述測定，將其平均值作為鐵素體分率(面積％)。
另外基于前述圖像分析，求得鐵素體和珠光體的面積率的合計。
(硫化物系夾雜物的長寬比(L/W)的測定) 用光學顯微鏡觀察相對于棒鋼的縱長方向平行的截面的D/4部(參照圖4)的1平方毫米。然后，針對寬1μm以上的夾雜物，測定各夾雜物的長徑L和寬W(寬是相對于長徑最寬的幅度)，求得L/W，計算其算術(shù)平均值。在上述夾雜物中，不僅包含硫化物系夾雜物，也會包含只由氧化物構(gòu)成的夾雜物，但因為其可能性非常小，所以將根據(jù)上述方法求得的L/W視為硫化物系夾雜物的平均長寬比。
(斷裂分離性的評價) 對于上述

的棒鋼，沿與棒鋼的軋制方向垂直的方向?qū)嵤徨懚蔀?5mm厚后，加工成圖5所示的試驗片。圖5中，(a)表示試驗片的頂視圖，(b)表示試驗片的側(cè)視圖，a表示切口，b表示孔穴，c表示顯示軋制方向的箭頭。試驗片為65mm×65mm×厚22mm的板狀，中央被抽出成

的圓筒狀。在抽出部的端部設(shè)有切口。另外，在試驗片上沿軋制方向設(shè)有孔穴b
使用上述試驗片，按圖6所示的要領(lǐng)，設(shè)置在擠壓試驗機上(1600t壓力，擠壓速度270mm/s[夾具接觸時(夾具高度110mm)的速度，楔子4和楔子5的楔角為30°，因此TP斷裂速度約150mm/s])，進行試驗片的斷裂分離。然后，按圖7所示的要領(lǐng)將斷裂分離前后的孔徑差(L2-L1)作為分離應(yīng)變進行測定，該分離應(yīng)變?yōu)?00mm以下的評價為斷裂分離性優(yōu)異。
這些結(jié)果顯示在表3、4中。
[表1]
※1余量，F(xiàn)e和不可避免的雜質(zhì) ※2Veq＝V+Ti/2+Si/20 ※3Ceq＝C+0.28Mn-1.0S+0.32Cr+1.7V+1.3Ti ※4PM＝554C+71Mn-262S+82Cr+429V [表2]
※1余量是鐵和不可避免的雜質(zhì) ※2Veq＝V+Ti/2+Si/20 ※3Ceq＝C+0.28Mn-1.0S+0.32Cr+1.7V+1.3Ti ※4PM＝554C+71Mn-262S+82Cr+429V [表3]
※1800～600℃的平均冷卻速度 ※2Pc＝C/(1-α/100) [表4]
※1800～600℃的平均冷卻速度 ※2Pc＝C/(1-α/100) 由表1～4能夠進行如下考察(還有，下述記號表示表1～4的實驗記號)。a01～a12是使軋制后的冷卻速度變化而變動鐵素體分率，另外使C量變化而使Pc變動。其中，Pc不在本發(fā)明的規(guī)定范圍內(nèi)的，其分離應(yīng)變大，斷裂分離性差。
b01～b03是改變軋制之前的鋼材溫度和鍛造之后的鋼材溫度而控制硫化物系夾雜物的平均長寬比的例子。由這些示例可知，即使添加Ca這樣的使硫化物系夾雜球狀化的元素，長寬比也未必處于規(guī)定范圍內(nèi)，其仍會受到軋制之前的鋼材溫度和鍛造之后的鋼材溫度的影響。如b03若長寬比超過10.0，則分離應(yīng)變超過200μm，因此不能確保優(yōu)異的斷裂分離性。
c01以后是使各化學成分變動。其中c01～c05使C量變動，c01為C量不足，Pc低于下限值，因此斷裂分離性差。另外由c05可知，為了確保被削性，優(yōu)選使PM在規(guī)定范圍內(nèi)。
e01～e04是使Mn變動，e01其Mn量比較少，鐵素體的生成得到促進，Pc高于規(guī)定范圍。另外e04其Mn量比較多，鐵素體沒怎么生成，Pc低于規(guī)定范圍。因此e01和e04其斷裂分離性差。
g01～g07是使S量變動的例子，可知即使提高S量至0.2％，仍能夠確保優(yōu)異的斷裂分離性。另一方面，由g01～g03可知，為了提高斷裂分離性，優(yōu)選含有一定量的Cr。
i01～i04是使V量變動的例子，i01其硫化物系夾雜物的平均長寬比被抑制在10.0以下，并且鐵素體分率處于規(guī)定范圍內(nèi)，但是因為Veq低，所以有孔穴發(fā)生，斷裂分離性差。
m01～m16是添加了Ti、Zr等所謂選擇元素的例子，m01與上述i01同樣，因為Veq低，所以有孔穴發(fā)生，斷裂分離性差。M04是添加了B的例子，可知即使像這樣添加B，也不會對斷裂分離性造成不利影響。M10其Ca比較少，另外沒有進行用于使硫化物系夾雜物球狀化的其他的元素的添加和制造條件的控制，因此硫化物系夾雜物的平均長寬比變大，分離應(yīng)變變大。
滿足本發(fā)明的條件的軋制材，分離應(yīng)變處在歐洲使用的C70S6的最大應(yīng)變200μm以下，適合斷裂分離型連桿的制造。特別是因為C量比上述C70S6低，且能夠充分地添加S量，所以也能夠兼?zhèn)鋬?yōu)異的被削性。
連桿的制造例 遵循通常的熔煉方法熔解、鑄造表1的a01～07所示的化學成分的鋼后，進行開坯、軋制(軋制之前的鋼材溫度為950℃)，得到

的棒鋼。其次，以表5所示的條件對其進行熱鍛，再通過進行機械加工，得到具有連桿的外形的熱鍛零件(厚18mm)。該熱鍛零件為連桿實體部和連桿蓋部為一體的形態(tài)，連桿實體部具有與活塞相連結(jié)的連結(jié)軸和用于組裝到曲軸上的半圓部，連桿蓋具有與該連桿實體部一起形成貫通孔的半圓部，所述連結(jié)軸沿軋制方向被形成。以激光對該熱鍛造零件切入切口，使機械力作用而造成斷裂，由此分離成連桿實體部和連桿蓋。切口其形成是使斷裂面與軋制方向直交的方式。
對于得到的斷裂分離型連桿，與前述同樣測定鐵素體分率和硫化物系夾雜物的平均長寬比。另外將斷裂分離前后的貫通孔的孔徑差(L2-L1)作為分離應(yīng)變進行測定。
結(jié)果顯示在表5中。
[表5]
※1800～600℃的平均冷卻速度 ※2Pc＝C/(1-α/100) 由表5可知，Pc的值適當?shù)睦?x01、x02)比Pc的值不適當?shù)睦?x03)其分離應(yīng)變小。
權(quán)利要求
1.一種斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿用軋制材，其特征在于，化學成分組成以質(zhì)量％計含有C0.25～0.60％、Mn0.5～2％、S0.05～0.2％、Si0.05～1.5％、V0.05～0.3％、P0.010～0.15％、Al0.0010～0.06％、N0.03％以下和Cr0.1～2％，還含有從Zr0.005～0.2％、Ti0.005～0.1％、Mg0.0003～0.01％、Ca0.0005～0.01％、Te0.0010～0.1％和REM0.0005～0.3％中選出的至少一種，余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
鐵素體和珠光體合計占全體的95面積％以上，
在觀察棒狀軋制材的相對于縱長方向平行的截面的D/4部(D是軋制材的直徑)時，硫化物系夾雜物的平均長寬比為10.0以下，并且，由下式(1)表示的Pc為0.41～0.75，并且，由下式(2)表示的Veq為0.18質(zhì)量％以上，
Pc＝C/(1-α/100)…(1)
式(1)中，C表示鋼中的碳含量(質(zhì)量％)，α表示鐵素體分率(面積％)，
Veq＝V+Ti/2+Si/20…(2)
式(2)中，V、Ti、Si表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷裂分離型連桿用軋制材，其特征在于，由下式(3)表示的Ceq為0.80質(zhì)量％以上，并且，由下式(4)表示的PM為500質(zhì)量％以下，
Ceq＝C+0.28Mn-1.0S-0.32Cr+1.7V+1.3Ti…(3)
PM＝554C+71Mn-262S+82Cr+429V…(4)
式(3)、(4)中，C、Mn、S、Cr、V、Ti表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷裂分離型連桿用軋制材，其特征在于，以質(zhì)量％計還含有從0.0010～0.1％的Se和合計為0.01～0.2％的Bi以及Pb中選出的至少1種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷裂分離型連桿用軋制材，其特征在于，以質(zhì)量％計還含有B0.0005～0.004％。
5.一種斷裂分離性優(yōu)異的斷裂分離型連桿用熱鍛零件，對權(quán)利要求1～4中任一項所述的斷裂分離型連桿用軋制材實施熱鍛而得到。
6.一種斷裂分離型連桿，其使用權(quán)利要求5所述的熱鍛零件而得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于被組裝到曲軸上的貫通孔部分被斷裂分離成近半圓的連桿的制造所適合的、斷裂分離性優(yōu)異的軋制材。滿足規(guī)定的成分，在觀察棒狀軋制材的相對于縱長方向的平行截面的D/4部(D是軋制材的直徑)時，硫化物系夾雜物的平均長寬比為10.0以下，并且，由下式(1)表示的Pc為0.41～0.75，并且，由下式(2)表示的Veq為0.18質(zhì)量％以上。Pc＝C/(1-α/100)…(1)，(式(1)中，C表示鋼中碳含量(質(zhì)量％)，α表示鐵素體分率(面積％))，Veq＝V+Ti/2+Si/20…(2)，(式(2)中，V、Ti、Si表示鋼中的各元素的含量(質(zhì)量％))。
文檔編號C21D8/00GK101405418SQ20078000937
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者阿南吾郎, 椎橋慶太 申請人:株式會社神戶制鋼所