专利名称：：裂解连杆用钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及适合被用于制造作为汽车发动机等部件所使用的连杆(以下简称为“连杆(conrod)”)的钢。
背景技术：
：在汽油机和柴油机等的内燃机中，作为对活塞和曲轴之间加以连接，将活塞的往复运动传递给曲轴而转换成旋转运动的部件使用连杆。连杆是具有用于装配到曲轴上的近圆形的贯通孔的部件，为了使其装配和在维修时的拆卸容易，贯通孔部分的构成方式为分离(分割)成两个近半圆。分离的连杆之中与活塞直接连接一侧被称为连杆本体，其余称为连杆盖。这样的连杆能够通过如下方式制造例如分别对连杆本体和连杆盖进行热锻后，再通过切削实施接合面(matingface)的加工。还有在此情况下，根据需要为了防止滑动，还会实施定位销(knockpin)加工。但是若实施这一加工，则除了材料的产量(yieldquantity)降低以外，还要历经大量的工序，因此有成本上升这样的问题。因此所实行的方法是，一体热锻连杆，实施机械加工(用于装配到曲轴上的贯通孔形成加工(开孔加工)和螺栓孔加工等)后，以使贯通孔部分成为两个近半圆的方式进行冷裂解(裂解加工(fracturesplittingprocess))，最后夹紧曲轴并嵌合断裂面(fracturesurface)，以螺栓紧固而进行组装。根据该方法，不需要对断裂面实施通过切削进行的接合面的加工。另外，对于连杆用钢的切削性(machinability)改善要求有所提高。但是，切削性和裂解性的并立一般很困难。为了使切削性提高而考虑减少合金成分，降低钢的硬度，但若减少合金成分，则钢的延性提高，裂解性降低。两者处于此消彼长(trade-off)的关系，很难并立。例如，作为裂解性优异的连杆用钢，已知有专利文献13。专利文献1提出，控制Si、V、P、N、Al、Ti、Nb、N、B等的量来促进脆性破坏(brittlefracture)，专利文献2提出，控制Si、V、P等的量来促进脆性破坏，专利文献3提出，控制Al、N等的量来促进脆性破坏。此外这些专利文献13还指出，若添加Ti则能够促进脆性破坏。但是这些连杆用钢切削性差。例如就专利文献1而言，在实施例中，C量比0.5%多，V和Cr等合金元素被过剩地使用。另外，C等的含量受到抑制时，反之要使用Ti超过0.10%，由此来确保裂解性。另外，专利文献2和3在实施例中使用Ti也超过0.10%，切削性差。专利文献1专利第3235442号公报专利文献2专利第3416868号公报专利文献3专利第3416869号公报
发明内容本发明着眼于上述的情况而做，其目的在于，提供一种能够使裂解性和切削性并立的裂解连杆用钢。在C量为0.250.5%的钢中，若不添加Ti等合金元素，则裂解性极差(参照图1的Ti量0.002%的例子)。为了提高钢的脆性而提高裂解性，合金元素的添加有效(参照图1的Ti量0.125%的例子)。但是，若大量添加Ti，则切削性降低。如果从现有技术考虑，则裂解性和切削性处于此消彼长的关系，用于使两者并立的具体对策尚未提出。可是本发明者们为了解决前述课题而反复锐意研究，其结果发现，从有效Ti(没有形成氮化物的Ti)的观点出发，在整理Ti量时，极微量的有效Ti就可以使裂解性急剧提高，其后效果立即饱和，另一方面，切削性的降低平缓，当有效Ti量(f值)极微量时，切削性几乎不会降低(参照图2)，因此从有效Ti量(f值)的观点出发，如果控制Ti量则能够使裂解性和切削性并立(参照图1)，从而完成本发明。S卩，本发明的裂解连杆用钢具有如下几点要旨含有C:0.250.5%(质量％的意思，下同)、Si0.012.0%,Μη:0·502.0%,Ρ:0·0150.080%,S:0·010.2%,V:0.020.20%,Cr0.051.0%,Ti0.010.10%,N0.01%以下，余量由铁和不可避免的杂质(inevitableimpurities)构成，由下式(1)表示的f值为0.003以上、0.04以下，在距钢表面D/4(D为钢的厚度或直径)的位置的纵截面中，宽1μm以上的硫化物系夹杂物每Imm2存在1004000个，并且该宽1μm以上的硫化物系夹杂物的平均长宽比(aspectratio长度/宽度)为15以下。f=[Ti]_[N]X48/14...(1)[式中，[Ti]和[N]分别表示钢中的Ti和N的含量(质量％)。]所述钢也可以还含有&0.15%以下、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、Te0.以下、REM0.3%以下、Al0.05%以下、Nb0.05%以下、Cu1.0%以下、Ni:1.0%以下、Mo以下、Bi0.以下的一种以上等。还有，含有Ca时，推荐Al为0.01%以下。本发明的钢，其优选的方式为(a)Ti为0.08%以下，和/或(b)V:0.10%以下。根据本发明，在C量为0.250.5%的钢中，因为适当地控制了Ti量、N量、有效Ti量(f值)等，所以能够提高连杆用钢的裂解性和切削性这两方面的特性。图1是表示使有效Ti量(f值)变化时的裂解性和切削性的关系的曲线图。图2是表示有效Ti量(f值)与裂解性或切削性的关系的曲线图。图3(a)是用于裂解性试验的试验片的概略顶视图，图3(b)是所述试验片的概略侧视图。图4是用于说明裂解试验的方法的装置概略图。图5是断裂试验前后的试验片的概略顶视图。符号说明1压力机2支承台3a、3b夹具(holder)4、5楔子6试验片具体实施例方式就本发明的钢，首先从其化学成分组成进行说明。本发明的钢的化学成分组成如下。C:0·250.5%C是用于确保强度以及用于提高裂解性所需要的元素。因此将C量的下限定为0.25%。C量优选为0.30%以上，更优选为0.35%以上。但是若C量过剩，则切削性降低。因此将C量定为0.5%以下。C量优选为0.48%以下，更优选为0.45%以下。Si:0·012.0%Si作为熔炼钢时的脱氧元素(deoxidationelement)有用。为了充分地发挥该效果，Si量优选为0.01%以上，更优选为0.05%以上，进一步优选为0.10%以上。但是若Si量过剩，则切削性和热加工性降低。因此将Si量定为2.0%以下。Si量优选为以下，更优选为0.7%以下。Mn:0.502.0%Mn在熔炼时(produce)作为脱氧和脱硫元素(desulfurizingelement)发挥作用，并且是防止铸造时的裂纹的元素。此外，Mn与S结合而形成硫化物系夹杂物(例如MnS等)，在裂解时发挥切口效应(notcheffect)，使裂解性提高。为了充分发挥这些效果，将Mn量定为0.50%以上。Mn量优选为0.70%以上，更优选为0.90%以上。但是若Mn量过剩，则在金属组织中生成贝氏体(bainite)，切削性和裂解性降低。因此将Mn量定为2.0%以下。Mn量优选为1.8%以下，更优选为1.5%以下。P:0·0150.080%P在晶界偏板(segregate)而使韧性延性(toughnessandductility)降低，因此在使裂解性提高上是有效的元素。因此，为了充分发挥其效果，将P定定为0.015%以上。P量优选为0.020%以上，更优选为0.030%以上。另外，若P过剩，则钢的热加工性降低。因此将P量定为0.080%以下。P量优选为0.070%以下，更优选为0.060%以下。S:0·010.2%S形成硫化物系夹杂物(sulfidesysteminclusion，例如MnS等)，发挥裂解时的切口效应，使裂解性提高，并且也是使切削性提高的元素。为了充分地发挥这些效果，将S量定为0.01%以上。S量优选为0.020%以上，更优选为0.030%以上。但是若S量过剩，则热加工性降低。因此将S量定为0.2%以下。S量优选为0.以下，更优选为0.07%以下。V:0·020.20%V在用于确保钢的强度以及用于使裂解性提高上是有用的元素。为了充分地发挥此效果，V量优选为0.02%以上，更优选为0.05%以上。但是若V量过多，则其效果饱和，另外过剩添加会招致切削性的降低和成本上升。因此将V量定为0.20%以下。V量优选为0.19%以下，更优选为0.17%以下。关于V最优选的方式是V:0.10%以下。即使V在0.10%以下，也能够确保充分的裂解性，并且不过多地添加V可防止切削性的降低，因此，即使不添加Ca等切削性提高元素也能够确保充分的切削性。V量更优选为0.08%以下，特别优选为0.06%以下。Cr:0·051.0%Cr是有助于耐力和疲劳强度等的强度上升的元素。为了充分地发挥其效果，Cr量优选为0.05%以上，更优选为0.10%以上，进一步优选为0.13%以上。但是若Cr量过剩，则钢的切削性降低。因此将C量定为1.0%以下。Cr量优选为0.90%以下，更优选为0.70%以下。Ti:0·010.10%Ti在用于使钢的裂解性提高上是重要的元素。为了充分发挥其效果，将Ti量定为0.01%以上。Ti量优选为0.018%以上，更优选为0.020%以上。但是若增多Ti量，则钢的切削性降低。此外如果使后述的有效Ti量(f值)提高，则只要稍稍添加Ti裂解性就会急剧提高，此外即使增加添加量，裂解性也不会提高。因此Ti以能够确保后述的有效Ti量(f值)为限，优选极力减少。因此将Ti定为0.10%以下。Ti量优选为0.08%以下，更优选为0.07%以下，特别优选为0.06%以下。Ν:0·01%以下本发明为了改善切削性而降低Ti的添加量，另一方面是有效地利用此少量的Ti而使裂解性得到有效地改善。通过限制钢中的N量，能够抑制TiN的形成，能够有效地利用少量的Ti。因此将N量定为0.01%以下。N量优选为0.009%以下，更优选为0.007%以下。还有，关于N量的下限没有特别限定，但可以为0.002%以上。本发明的连杆用钢的基本成分组成如上所述，余量实质上是铁。但是当然允许因原料、物资、制造设备等的状况而混入的不可避免的杂质包含在钢中。此外本发明的连杆用钢，也可以根据需要含有以下的任意元素。从Zr0.15%以下、Ca0.005%以下、Mg0.005%以下、Te0.1%以下、REM0.3%以下所构成的群中选出的至少一种Zr、Ca、Mg、Te和REM使硫化物系夹杂物(MnS等)球状化，是对提高裂解性有用的元素，可以根据需要使钢中含有。特别是Mn越多裂解性越容易降低，因此为了极力避免其影响，推荐添加Zr、Ca、Mg、Te或REM等。为了充分发挥此效果，&量优选为0.01%以上，更优选为0.05%以上，Ca量优选为0.0001%以上，更优选为0.001%以上，Mg量优选为0.0001%以上，更优选为0.001%以上，Te量优选为0.0001%以上，更优选为是0.001%以上，REM量优选为0.0001%以上，更优选为0.001%以上。但是，这些元素的含量过多，其效果饱，并招致成本上升。另外，若Ir量过剩，则切削性降低。另一方面，若Ca量、Mg量、Te量过剩，则氧化物系夹杂物增加，钢的疲劳强度降低。因此含有这些元素时，以如上方式规定其上限。&量更优选为0.13%以下(特别优选为0.12%以下)，Ca量更优选为0.004%以下(特别优选为0.003%以下)，Mg量更优选为0.004%以下(特别优选为0.003%以下)，Te量更优选为0.05%以下(特别优选为0.03%以下)，REM量更优选为0.以下(特别优选为0.05%以下)。还有，Zr、Ca、Mg、Te和REM可以分别单独添加，也可以组合添加。Al0.05%以下和Nb0.05%以下的至少一个Al、Nb在脱氧和晶粒细化(grainrefining)方面是有效的元素，有助于强度提高。为了充分地发挥该效果，Al量优选为超过0.01%，更优选为0.02%以上，Nb量优选为0.01%以上，更优选为0.02%以上。但是添加过多其效果也是饱和，因此以上述方式规定其上限。Al量更优选为0.04%以下(特别优选为0.035%以下)，Nb量更优选为0.045%以下(特别优选为0.040%以下)。还有，在本发明中如上述，有在钢中添加Ca的情况。若添加Ca，则浇口容易堵塞，因此添加Ca时，Al量优选为0.01%以下，更优选为0.007%以下。从Cu1.0%以下、Ni1.0%以下、Mo:1.0%以下所构成的群中选出的至少一种Cu、Ni和Mo是有助于钢的强度提高的元素，可以根据需要使钢中含有。为了充分发挥其效果，Cu量优选为0.01%以上，更优选为是0.05%以上，Ni量优选为0.01%以上，更优选为是0.以上，Mo量优选为0.01%以上，更优选为0.以上。但是，若Cu量过剩，则制造时钢表面发生瑕疵(mark)。另外，Ni量过多其效果也是饱和，过剩添加会招致成本上升。此外，若Mo量过剩，则钢的切削性降低。因此含有这些元素时，以上述方式规定其上限。Cu量更优选为0.5%以下，Ni量更优选为0.5%以下，Mo量更优选为0.7%以下。Bi:0.1%以下Bi是有助于切削性提高的元素。为了充分地发挥其效果，Bi量优选为0.001%以上，更优选为0.01%以上。但是Bi的添加量过多其效果也是饱，因此以上述方式规定其上限。Bi量更优选为0.08%以下。而且本发明的特征在于，将钢组成调制(drawup)到所述范围后，学要适当地控制有效Ti量(f值)。所谓有效Ti量，意思是从钢中的Ti量中减去TiN所剩余的Ti量，在本说明书中也有称f值的情况。从有效Ti量的观点出发整理裂解性，则极微量的有效Ti就可以使裂解性急剧提高，其后效果立即饱和。另一方面，切削性的降低平缓，当有效Ti量(f值)极微量时，切削性几乎不会降低。因此，在最低限度的需要范围内，将尽可能确保裂解性急剧提高所需要的有效Ti量(f值)的Ti加以利用，能够提高裂解性和切削性双方。有效Ti量(f值)由下式⑴给出。为了确实地改善裂解性，有效Ti量(f价值)为0.003以上，优选为0.005以上，更优选为0.008以上。但是若有效Ti量(f值)变大，则Ti的添加量增大，切削性容易降低。因此有效Ti量(f值)优选为0.04以下，更优选为0.02以下，特别优选为0.015以下。f=[Ti]-[N]X48/14...(1)[式中，[Ti]和[N]分别表示钢中的Ti和N的含量(质量％)。]在最优选的方式中，在确实地满足有效Ti量(f值)的所述下限值，确保裂解性的基础上，尽可能专注于有效Ti量(f值)的上限和钢中Ti含量的上限。如此便能够既确实地提高裂解性，又能够使切削性达到最高。有效Ti量(f值)和钢中Ti含量最低时，有效Ti量(f值)为0.015以下，钢中Ti含量为0.06%以下。此外，在本发明的连杆用钢中，需要减小硫化物系夹杂物(例如MnS等)的长宽比。硫化物系夹杂物经过轧制和热锻会向轧制方向和锻造方向延性。若该延伸的硫化物系夹杂物在钢的裂解时在纵向(longitudinaldirection在相对于裂解面垂直的方向上延伸)存在，则随着裂纹的进展，硫化物系夹杂物和金属基体之间剥离，发生应力的缓和。其结果是，脆性的断裂受到阻碍，韧性延性值提高，带来裂解性的降低。相对于此，如此抑制硫化物系夹杂物的延伸，缩小长宽比使之球状化，则纵向裂解时，在硫化物系夹杂物的周边发生的裂纹前端的应力增大，脆性的断裂得到促进。其结果是能够降低塑性变形量，钢的裂解性提高。另外，该硫化物系夹杂物的球状化带来的裂解性提高效果在硫化物系夹杂物的宽度为Iym以上时得到发挥。若硫化物系夹杂物的宽度过小，则硫化物系夹杂物自身断裂，不能促进钢的脆性的断裂。若定量地表现用于发挥这样的裂解性提高效果的硫化物的大小和形态，则为如下，即在本发明的钢中，在距钢表面D/4(D为钢的厚度或直径)的位置的纵截面中，宽Iym以上的硫化物系夹杂物每Imm2存在100个以上，该宽Ιμπι以上的硫化物系夹杂物的平均长宽比(长度/宽度)的算术平均值(arithmeticaverage，平均长宽比)为15以下。平均长宽比优选为10以下，更优选为8以下，特别优选为6以下。平均长宽比越接近1越为优选，下限没有特别限定，可以为2以上(或3以上)。宽1μm以上的硫化物系夹杂物的个数每Imm2优选为300个以上，更优选为400个以上。但是若硫化物系夹杂物的个数变多，则在轧制时和热锻时容易产生裂纹等的弊病。因此推荐宽ιμm以上的硫化物系夹杂物每Imm2为4000个以下。优选每Imm2为3000个以下，更优选为2500个以下。还有，本发明中的所谓“硫化物系夹杂物”主要是指MnS，但是也包括其他硫化物和复合硫化物(complexsulfide)。另外硫化物系夹杂物的宽度和平均长宽比(长度/宽度)及其个数的值，是在距钢表面D/4(D为钢的厚度或直径)的位置的纵截面中，以1000倍的观察倍率对Imm2的观察视野进行光学显微镜观察而求得的值。还有，根据MruS和夹杂物球状化元素(Zr、Ca、Mg、Te和REM等)的添加量而适当设定轧制条件，能够将硫化物系夹杂物的大小和形态控制在规定范围内。就轧制条件而言，推荐从1000°C以上的范围选择轧制开始温度，从850°C以上的范围选择轧制结束温度。越是提高轧制开始温度和轧制结束温度，硫化物系夹杂物的长宽比越容易变小，越容易满足规定值，另外，因为硫化物系夹杂物容易以TiC和TiN等的Ti的析出物为核析出，所以钢含有Ti时，长宽比小的硫化物系夹杂物大量析出。实施例以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明当然不受下述实施例限制，在能够符合前后述的宗旨的范围当然也可以加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。实验例1遵循通常的熔炼方法熔解表1所示的化学组成的钢，进行铸造、开坯(slabbing)后，进行开始温度1050°C、结束温度900°C的轧制，得到q>50mm的棒钢。以如下方式调查所得到的棒钢的特性。(1)硫化物系夹杂物在距棒钢表面D/4(D为直径)的位置的纵截面中，用光学显微镜(1000倍)观察Imm2的视野，计数宽Iym以上的硫化物系夹杂物的个数。另外测定该宽度为1μm以上的硫化物系夹杂物的长宽比，求得其算术平均值。(2)裂解性(尺寸变化)将实验例中所得到的棒多切割成适当的长度后，加热至温度1200°C，平压至厚25mm而进行锻造加工后，实施空冷处理。切削所得到的平板体，加工成图3所示的试验片。图3中，(a)表示试验片的顶视图，(b)表示试验片的侧视图。a为切口，b为螺栓孔，c是表示轧制方向的箭头。试验片为65mmX65mmX厚22mm的板状，中央冲压出的圆筒状的孔。在中央的孔的端部设有切口a(R0.2mm，深0.5mm)。另外，在试验片上沿轧制方向设有螺栓孔b((p8.3mm)。如图4所示，在试验片6的中央的孔中有夹具3a、3b通过而设置在压力试验机(1600t压力机)上，以挤压速度270mm/s进行试验片的裂解。还有，因为楔子4和5的楔角为30°，所以试验片的断裂速度被计算为大约150mm/s。然后如图5所示，使裂解前后的孔径差(differenceofholediameter,L2-L1)发生尺寸变化，该尺寸变化为0.15mm以下的评价为裂解性优异。还有尺寸变化0.15mm以下这一标准等同于欧洲使用的DIN规格的C70S6。(3)切削性(工具寿命)对实验例中得到的棒钢的切割面进行铣刀加工后，在该铣刀加工面上以下述条件进行开孔加工，进行加工直至工具破损(breakage)或熔损(meltingdamage)并测定加工的距离(合计长度)。切削工具SKH51(φ10直柄钻头)切削速度30m/min进给量0·15mm/rev孔深度30mm润滑状态干式开孔位置D/4(D为棒钢的直径)以表1的钢种Al的加工距离Lai为标准，以此时的值为相对值整理各棒钢的加工距离L，评价工具寿命。工具寿命=L/LA1结果显示在表1和图1、图2中。[表1]*A10.01%以下为不可避免的量，记为“_”由表1、图1、图2可知，如果一边确保有效Ti量(f值)一边降低Ti添加量，则能够提高裂解性和切削性双方。实验例2除了使用表2、3所示的化学组成的钢以外，均与实验例2相同。关于工具寿命，在BH、J的各组中，将不添加Ti的钢种的工具寿命作为1，以此时的相对值表示工具寿命。结果显示在表47中。还有，在表7中，也一并显示了以钢种Jl的工具寿命作为1时的钢种Al的工具寿命，从而能够与含有较多V达0.160%左右的A群的工具寿命进行对比。[表2][表5][表6][表7]适当控制了C、Si、Mn等各成分组成和有效Ti量(f值)的钢种B4、B5、B7、C24、D2、E2、E3、F2、G24、H2裂解后的尺寸变化为0.15mm以下，裂解性优异，并且工具寿命也优异。另外作为本发明的优选方式的、在0.10%以下的范围含有V的J3JlO显示出良好的裂解性，并且即使不含Ca等切削性提高元素，工具寿命也优异。实验例3使用表2所示的钢种H2，使轧制开始温度和轧制结束温度如下述表8所示，除此以外均与实验例1相同。结果显示在表8中[表8]由表8可知，越提高轧制开始温度和轧制结束温度，越能够缩小硫化物系夹杂物的长宽比。权利要求一种裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计含有C0.25～0.5％、Si0.01～2.0％、Mn0.50～2.0％、P0.015～0.080％、S0.01～0.2％、V0.02～0.20％、Cr0.05～1.0％、Ti0.01～0.10％、N0.01％以下，余量是铁和不可避免的杂质，由下式(1)表示的f值为0.003以上0.04以下，在距钢表面D/4的位置的纵截面中，宽度为1μm以上的硫化物系夹杂物每1mm2存在100～4000个，并且，该宽度为1μm以上的硫化物系夹杂物的平均长宽比即长度/宽度为15以下，其中，D为钢的厚度或直径，f＝[Ti]-[N]×48/14…(1)式中，[Ti]和[N]分别表示钢中的Ti和N的质量百分比含量。2.根据权利要求1所述的裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计Ti为0.08%以下。3.根据权利要求1所述的裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计V0.10%以下。4.根据权利要求1所述的裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计还含有从&0.15%以下、Ca0.005%以下、Mg0.005%以下、Te0.以下、REM0.3%以下中选出的至少一种元素。5.根据权利要求1所述的裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计还含有Al0.05%以下和Nb0.05%以下中的至少一种元素。6.根据权利要求1所述的裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计还含有从Cu1.0%以下、Ni以下、Mo以下中选出的至少一种元素。7.根据权利要求1所述的裂解连杆用钢，其特征在于，以质量％计还含有Bi:0.以下。全文摘要提供一种裂解连杆用钢，其含有C0.25～0.5％(质量％的意思，下同)、Si0.01～2.0％、Mn0.50～2.0％、P0.015～0.080％、S0.01～0.2％、V0.02～0.20％、Cr0.05～1.0％、Ti0.01～0.10％、N0.01％以下，由下式(1)表示的f值为0.003以上、0.04以下，另外硫化物系夹杂物的平均长宽比为15以下。f＝[Ti]-[N]×48/14，[式中，[Ti]和[N]分别表示钢中的Ti和N的含量(质量％)。]。文档编号C22C38/00GK101883873SQ20088011857公开日2010年11月10日申请日期2008年11月28日优先权日2007年12月3日发明者松迫亮广,椎桥庆太,阿南吾郎申请人:株式会社神户制钢所