[发明专利]钢、机械部件及连杆

说明书

本发明的一方案所涉及的钢的化学成分以单位质量％计含有C：0.25～0.55％、Si：0.20～1.30％、Mn：0.50～1.50％、P：0.010～0.200％、S：0.010～0.100％、Cr：0～1.20％、V：0.25～0.40％、Ti：0.010～0.070％、Mo：0～0.15％、N：0.0010～0.0060％、Al：0～0.200％、Ca：0～0.005％、Zr：0～0.005％、Mg：0～0.005％、Bi：0～0.0050％、Pb：0～0.50％、Nb：0～0.05％、Cu：0～0.05％及Ni：0～0.05％，剩余部分包含Fe及杂质，且满足0.002Ti‑3.4×N0.050。

技术领域

本发明涉及钢、机械部件及连杆。

本申请基于2018年4月20日在日本申请的特愿2018-081536号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

就汽车发动机用部件及行驶用部件而言，通过热锻造进行成形、接着进行淬火回火之类的热处理(以下将进行热处理的部件称为调质钢部件)或者在不应用热处理的情况下(以下将不进行热处理的部件称为非调质钢部件)来确保对于应用的部件所需的机械特性。最近，从制造工序中的经济效率性的观点出发，省略调质而制造的部件即非调质钢部件在大量普及。

作为汽车发动机用部件的实例，可列举出连杆(connecting rod)。该部件是在发动机内在将活塞的往复运动转换成利用曲轴而进行的旋转运动时传递动力的部件。连杆通过将曲轴的被称为销部的偏芯部位用连杆的盖部和杆部夹入并进行紧固、且销部和连杆的紧固部进行旋转滑动的机构来传递动力。为了使该盖部与杆部的紧固高效化，近年来，大多采用断裂分离型连杆。

所谓断裂分离型连杆采用了下述方法：在通过热锻造等将钢材成形为盖部与杆部成为一体的形状之后，在相当于盖部与杆部的边界的部分施以切口，进行断裂分离。在该方法中，由于在盖部及杆部的接合面处使断裂分离而得到的断裂面彼此嵌合，因此不需要接合面的机械加工，而且为了对位而实施的加工也可以根据需要而省略。由于这些，能够大幅削减部件的加工工序，部件制造时的经济效率性大幅提高。对于通过这样的工艺而制造的断裂分离型连杆，要求断裂面的破坏形态是脆性的、且因断裂分离而引起的断裂面附近的变形量小即断裂分离性良好。

作为供于断裂分离型连杆的钢材，在欧美已经普及的是DIN标准的C70S6，包含0.7质量％的C。为了抑制断裂分离时的尺寸变化，该高碳非调质钢连杆将其金属组织制成延展性及韧性低的珠光体组织。C70S6由于断裂时的断裂面附近的塑性变形量小，因此断裂分离性优异，另一方面，由于与现行的中碳非调质钢连杆的铁素体/珠光体组织相比组织粗大，因此屈服比(＝0.2％屈服强度/抗拉强度)低，存在无法应用于要求高压曲强度的高强度连杆的问题。

为了提高钢材的屈服比，需要降低碳量、使铁素体分率增加。然而，若使铁素体分率增加则钢材的延展性提高，在断裂分离时塑性变形量变大，产生紧固于曲轴的销部的连杆滑动部的形状变形增大、连杆滑动部的圆度降低这样的部件性能上的问题。

作为适合于高强度的断裂分离型连杆的钢材，提出了几种钢。例如，在专利文献1及专利文献2中记载了一种技术，其通过在钢材中大量地添加Si或P那样的脆化元素，使材料自身的延展性及韧性降低，从而改善断裂分离性。在专利文献3～5中记载了一种技术，其通过利用第二相粒子的析出强化而使铁素体的延展性及韧性降低，从而改善钢材的断裂分离性。进而，在专利文献6～8中记载了一种技术，其通过控制Mn硫化物的形态来改善钢材的断裂分离性。

另一方面，近年来，伴随着由大输出功率柴油发动机或涡轮发动机的普及引起的发动机输出功率增大，连杆的高强度化需求提高。作为该高强度化手段之一，例如在专利文献1～7中记载的技术中，大量添加V，利用了由微细的V碳化物带来的钢的析出强化。生成合金碳化物的元素中的V在热锻造前的加热(1250℃前后)中向钢材中的固溶量多，得到许多析出强化量。然而，在钢材中V的固溶量有限，仅通过增大V的含量，难以更进一步高强度化。