特許 6695570 時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6695570

(24)【登録日】2020年4月24日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C21D 8/00 20060101AFI20200511BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20200511BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20200511BHJP

【ＦＩ】

   C21D8/00 A

   C22C38/00 301A

   C22C38/60

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-191188(P2016-191188)

(22)【出願日】2016年9月29日

(65)【公開番号】特開2018-31068(P2018-31068A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2019年7月22日

(31)【優先権主張番号】特願2015-196645(P2015-196645)

(32)【優先日】2015年10月2日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-160290(P2016-160290)

(32)【優先日】2016年8月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131048

【弁理士】

【氏名又は名称】張川 隆司

(72)【発明者】

【氏名】田中 優樹

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 貴大

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 歩見

(72)【発明者】

【氏名】吉見 勇祐

(72)【発明者】

【氏名】寺田 紘樹

(72)【発明者】

【氏名】針谷 誠

【審査官】 本多 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５３２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００７０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｄ ８／００−８／１２

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、
Ｃ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．１０〜３．００％、
Ｐ：０．００１〜０．１５０％、
Ｓ：０．００１〜０．２００％、
Ｃｕ：０．００１〜２．００％、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｃｒ：０．１０〜３．００％、
を含有し、さらに
Ｍｏ：０．０２〜２．００％、
Ｖ：０．０２〜２．００％、
Ｔｉ：０．００１〜０．２５０％、
Ｎｂ：０．０１０〜０．１００％、
の何れか１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつ所定の化学成分の含有質量％が下記式（１）及び（２）を満たす時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法であって、
熱間鍛造による非調質鍛造工程と、
５００〜７００℃の範囲内にある所定の時効温度下での時効硬化処理工程と、
前記時効温度よりも低く、かつ２００〜６００℃の範囲内にある所定の加工温度下で加工率を３〜３５％に設定したひずみ時効硬化処理工程と、
を含むことを特徴とする時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法。
３×［Ｃ］＋１０×［Ｍｎ］＋２×［Ｃｕ］＋２×［Ｎｉ］＋１２×［Ｃｒ］
＋９×［Ｍｏ］＋２×［Ｖ］≧２０ …式（１）
３２×［Ｃ］＋３×［Ｓｉ］＋３×［Ｍｎ］＋２×［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］
＋１１×［Ｍｏ］＋３２×［Ｖ］＋６５×［Ｔｉ］＋３６×［Ｎｂ］≧２４．０…式（２）

【請求項2】

質量％で、さらに下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法。
３２１×［Ｃ］−３１×［Ｍｏ］＋２１３×［Ｖ］＋５４５×［Ｔｉ］
＋２８０×［Ｎｂ］≧１００ …式（３）

【請求項3】

質量％で、
Ｂ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｐｂ：０．００１〜０．３００％、
Ｂｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｔｅ：０．００１〜０．３００％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、
のうち１種又は２種以上をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法に関し、特に従来のものに比して高強度となるように高強度値をコントロールした部品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

時効硬化型ベイナイト非調質鋼は、加工時は柔らかく、加工後に変態点以下の温度に加熱（時効硬化処理）することで熱処理歪みを生じさせずに高強度化を図るようにした鋼の一種である。このため、強度と被削性を両立させた非調質鋼として開発が進められており、例えば下記特許文献１、２には、上記のように強度と被削性を両立させた時効硬化型ベイナイト非調質鋼が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２３６４５２号公報

【特許文献2】特開２０１５−１８０７７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、非調質鋼と言えば、Ｖを添加したフェライト＋パーライト型鋼がその主流であり、現在、自動車用のコンロッド等に使用されている。そして、近年の小型化ニーズに伴い、コンロッド等に使用される非調質鋼に対し、さらなる高強度化、特に高耐力化が要求されている。
しかしながら、上記したフェライト＋パーライト型鋼では、高価なＶを多量に含有させることで高い耐力が得られるものの、８５０ＭＰａ程度が限界であり、近年の要求レベルからすると不十分である。また、上記特許文献１，２に記載の時効硬化型ベイナイト非調質鋼では、フェライト＋パーライト型よりもさらに高い１１００ＭＰａ程度の耐力が得られるが、これによっても近年の要求レベルからすると、必ずしも十分とは言えない。
一方、自動車用コンロッドでは、製造コスト低減を目的に、クラッキング（かち割り）する破断分離加工により製造される、いわゆるクラッキングコンロッドが主流になりつつある。このようなクラッキングコンロッドの場合、破断分離を容易にするため、その使用される鋼材に対してより低靭性（低衝撃値特性）が要求される。

【0005】

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、より一層の高強度を有する、時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法、さらに高強度だけでなく、低靭性値（低衝撃値）をも有する、同非調質鋼を用いた部品の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び発明の効果】

【0006】

上記目的を達成するために本発明の時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０１〜２．００％、Ｍｎ：０．１０〜３．００％、Ｐ：０．００１〜０．１５０％、Ｓ：０．００１〜０．２００％、Ｃｕ：０．００１〜２．００％、Ｎｉ：０．４０％以下、Ｃｒ：０．１０〜３．００％を含有し、さらにＭｏ：０．０２〜２．００％、Ｖ：０．０２〜２．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．２５０％、Ｎｂ：０．０１０〜０．１００％、の何れか１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、かつ所定の化学成分の含有質量％が下記式（１）及び（２）を満たし、
熱間鍛造による非調質鍛造工程と、５００〜７００℃の範囲内にある所定の時効温度下での時効硬化処理工程と、時効温度よりも低く、かつ２００〜６００℃の範囲内にある所定の加工温度下で加工率を３〜３５％に設定したひずみ時効硬化処理工程と、を含むことを特徴とする。
３×［Ｃ］＋１０×［Ｍｎ］＋２×［Ｃｕ］＋２×［Ｎｉ］＋１２×［Ｃｒ］
＋９×［Ｍｏ］＋２×［Ｖ］≧２０ …式（１）
３２×［Ｃ］＋３×［Ｓｉ］＋３×［Ｍｎ］＋２×［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］
＋１１×［Ｍｏ］＋３２×［Ｖ］＋６５×［Ｔｉ］＋３６×［Ｎｂ］≧２４．０…式（２）
この場合、例えば質量％で、さらに下記式（３）を満たす、同非調質鋼を用いた部品の製造方法とすることができる。
３２１×［Ｃ］−３１×［Ｍｏ］＋２１３×［Ｖ］＋５４５×［Ｔｉ］
＋２８０×［Ｎｂ］≧１００ …式（３）
また、例えば質量％で、Ｂ：０．０００１〜０．０１００％、Ｐｂ：０．００１〜０．３００％、Ｂｉ：０．００１〜０．３００％、Ｔｅ：０．００１〜０．３００％、Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、のうち１種又は２種以上をさらに含む、同非調質鋼を用いた部品の製造方法とすることもできる。

【0007】

本発明の発明者らは、時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品において所定の高強度を達成するための成分間の含有関係を上記式（１）及び（２）に示すように定式化し得ることを見出した。さらに、ひずみ時効硬化処理を製造方法の一つに加えると、より一層の高強度を有することを見出した。具体的には、ひずみ時効硬化処理後の硬さが３３ＨＲＣ以上、かつ耐力が９００ＭＰａ以上である、時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品を得ることができる。
また、本発明の発明者らは、低靭性を達成するための成分間の含有関係を上記式（３）に示すように定式化し得ることを見出した。つまり、上記式（１）〜（３）を満たす時効硬化型ベイナイト非調質鋼に、ひずみ時効硬化処理を加えることで、ひずみ時効硬化処理後の硬さが３３ＨＲＣ以上、耐力が９００ＭＰａ以上であることに加え、室温におけるシャルピー衝撃値（２ｍｍＵ）が３０Ｊ／ｃｍ^２以下である、時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造工程図。

【図2】ひずみ時効硬化処理で用いる試験片の一例を示す正面図。

【図3】ひずみ時効硬化処理における加工温度と硬さの関係を示すグラフ。

【図4】ひずみ時効硬化処理における加工率と硬さの関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の部品を構成する時効硬化型ベイナイト非調質鋼における各元素の組成限定理由及び限定条件について説明する。

【0010】

（１）Ｃ：０．１０〜０．４０％
Ｃは強度を確保するために必要な元素である。Ｃは時効硬化処理によりＭｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂの炭化物を析出させて鋼を高強度化する。また、Ｃはひずみ時効硬化時の強度アップにも寄与する。その働きのために０．１０％以上が必要である。一方、０．４０％を超えて過剰に含有させると、被削性の悪化を招くため、０．４０％を上限とする。好ましくは０．１５〜０．３５％である。

【0011】

（２）Ｓｉ：０．０１〜２．００％
Ｓｉは鋼の溶製時の脱酸剤として、また強度向上のために加えられる。その働きのために０．０１％以上含有させる必要がある。一方、２．００％を超えて過剰に含有させると、熱間鍛造時の金型寿命を低下させ、製造コストを上昇させてしまうため、２．００％を上限とする。好ましくは０．１０〜１．００％である。

【0012】

（３）Ｍｎ：０．１０〜３．００％
Ｍｎは焼入れ性の確保（ベイナイト組織の確保）、強度向上、及び被削性の向上（ＭｎＳの晶出）のために有効な元素であり、０．１０％以上が必要である。ただし、３．００％を超えて過剰に含有させると、マルテンサイトの生成を促進し、被削性劣化を招くため、３．００％を上限とする。好ましくは０．５０〜２．５０％である。

【0013】

（４）Ｐ：０．００１〜０．１５０％
Ｐは不可避に鋼中に存在し、その含有が許容される。ただし、０．１５０％を超えて過剰に含有させると、低衝撃値化のコントロールが困難となるため、０．１５０％を上限とする。なお、ベイナイト組織において、Ｐの添加量が０．０５０％以下であれば衝撃特性に影響を与えないことを確認している。

【0014】

（５）Ｓ：０．００１〜０．２００％
Ｓは被削性確保のために０．００１％以上含有させる必要がある。ただし、０．２００％を超えて過剰に含有させると、製造性悪化の要因となるため、０．２００％を上限とする。好ましくは０．０１０〜０．１２０％である。

【0015】

（６）Ｃｕ：０．００１〜２．００％
Ｃｕは焼入れ性の確保（ベイナイト組織の確保）、及び強度向上のために含有させる。２．００％を超えて過剰に含有させると、コストの増大をもたらし、製造性悪化の要因となるため、２．００％を上限とする。好ましくは０．０５〜１．００％、更に好ましくは０．１０〜０．５０％である。

【0016】

（７）Ｎｉ：０．４０％以下
ＮｉはＣｕと同様、焼入れ性の確保（ベイナイト組織の確保）、及び強度向上のために含有させてもよい。ただし、Ｎｉはコストの増加を招くため、０．４０％以下に含有量を調整する必要がある。好ましくは０．０５〜０．２０％である。

【0017】

（８）Ｃｒ：０．１０〜３．００％
Ｃｒは焼入れ性の確保（ベイナイト組織の確保）、及び強度向上のために含有させる。その働きのために０．１０％以上含有させる必要がある。ただし、３．００％を超えて過剰に含有させると、コストの増大をもたらし、またマルテンサイトの生成を促進し、被削性劣化を招くため、３．００％を上限とする。好ましくは０．２０〜１．５０％である。

【0018】

Ｍｏ：０．０２〜２．００％、
Ｖ：０．０２〜２．００％、
Ｔｉ：０．００１〜０．２５０％、
Ｎｂ：０．０１０〜０．１００％、の何れか１種又は２種以上

【0019】

（９）Ｍｏ：０．０２〜２．００％
Ｍｏは時効硬化処理によりＭｏ炭化物を析出させる。ＭｏはＭｏ炭化物の析出強化による高強度化のために含有させる。その働きのために０．０２％以上含有させる必要がある。ただし、２．００％を超えて過剰に含有させると、コストの増大をもたらすため、２．００％を上限とする。好ましくは０．１０〜２．００％、更に好ましくは０．３０〜１．００％である。

【0020】

（１０）Ｖ：０．０２〜２．００％
Ｖは時効硬化処理によりＶ炭化物を析出させる。ＶはＶ炭化物の析出強化による高強度化のために含有させる。その働きのために０．０２％以上含有させる必要がある。ただし、２．００％を超えて過剰に含有させると、コストの増大をもたらすため、２．００％を上限とする。好ましくは０．１０〜２．００％、更に好ましくは０．２０〜１．００％である。

【0021】

（１１）Ｔｉ：０．００１〜０．２５０％
Ｔｉは時効硬化処理によりＴｉ炭化物を析出させる。ＴｉはＴｉ炭化物の析出強化による高強度化のために含有させる。その働きのために０．００１％以上含有させる必要がある。ただし、０．２５０％を超えて過剰に含有させると、被削性の悪化を招くため、０．２５０％を上限とする。好ましくは０．００５〜０．２００％、更に好ましくは０．０１〜０．１０％である。

【0022】

（１２）Ｎｂ：０．０１０〜０．１００％
Ｎｂは時効硬化処理によりＮｂ炭化物を析出させる。ＮｂはＮｂ炭化物の析出強化による高強度化のために含有させる。その働きのために０．０１０％以上含有させる必要がある。ただし、０．１００％を超えて過剰に含有させると、コストの増大をもたらすため、０．１００％を上限とする。好ましくは０．０２０〜０．０７０％である。

【0023】

さらに、本発明において以下の元素を添加することも可能である。

【0024】

（１３）Ｂ：０．０００１〜０．０１００％
Ｂは成形時にＦｅ炭化物を析出させる。ＢはＦｅ炭化物の析出により靭性を低下させる効果を有するため、低衝撃値の観点から含有させてもよい。その働きのためには０．０００１％以上含有させる。ただし、０．０１００％を超えて過剰に含有させると、コストの増大をもたらすため、０．０１００％を上限とする。好ましくは０．００１０〜０．００５０％である。

【0025】

（１４）Ｐｂ：０．００１〜０．３００％
Ｂｉ：０．００１〜０．３００％、
Ｔｅ：０．００１〜０．３００％、
Ｃａ：０．００１〜０．０１０％、
これらの元素は、快削元素として必要に応じて含有させることができる。ただし、含有量が多すぎると強度や熱間加工性の低下をもたらすので、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅについては０．３００％を上限とし、Ｃａについては０．０１０％を上限とする。

【0026】

（１５）残部：Ｆｅ及び不可避不純物
なお、表１ではＦｅ及び不可避不純物の記載を省略してある。

【0027】

（１６）下記式（１）を満たすこと
３×［Ｃ］＋１０×［Ｍｎ］＋２×［Ｃｕ］＋２×［Ｎｉ］＋１２×［Ｃｒ］
＋９×［Ｍｏ］＋２×［Ｖ］≧２０ …式（１）
式（１）はベイナイト面積率の指標となる条件式を示したものである。式（１）を満たすようにＣ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖの成分量（質量％）を規定することにより、時効硬化処理前における鋼組織のベイナイト面積率を８５％以上に設定することができる。本発明では、熱間鍛造後の鋼組織がほぼベイナイト単相であることが前提となっている。

【0028】

（１７）下記式（２）を満たすこと
３２×［Ｃ］＋３×［Ｓｉ］＋３×［Ｍｎ］＋２×［Ｎｉ］＋３×［Ｃｒ］
＋１１×［Ｍｏ］＋３２×［Ｖ］＋６５×［Ｔｉ］＋３６×［Ｎｂ］≧２４．０…式（２）
式（２）は時効硬化処理後の硬さの指標となる条件式を示したものである。時効硬化処理により炭化物を析出させるＭｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂの含有量が多いほど、時効硬化処理後の硬さは高くなる。式（２）を満たすようにＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂの成分量（質量％）を規定することにより、時効硬化処理後の硬さを３０ＨＲＣ以上に設定することができる。

【0029】

（１８）さらに、本発明において、下記式（３）を満たすようにすることも可能である。
３２１×［Ｃ］−３１×［Ｍｏ］＋２１３×［Ｖ］＋５４５×［Ｔｉ］
＋２８０×［Ｎｂ］≧１００ …式（３）
式（３）はシャルピー衝撃値の指標となる条件式を示したものである。時効硬化処理により炭化物を析出させる元素であっても、Ｍｏは高靭性化に寄与し、一方でＶ，Ｔｉ，Ｎｂは低靭性化に寄与するように作用する。式（３）を満たすようにＣ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂの成分量（質量％）を規定することにより、シャルピー衝撃値（２ｍｍＵ）を３０Ｊ／ｃｍ^２以下に設定することができる。

【0030】

（１９）５００〜７００℃の範囲内にある所定の時効温度下での時効硬化処理
５００〜７００℃の温度にて例えば０．５〜４時間の条件下で時効処理を施すことにより、３０ＨＲＣ以上の硬さを有する部品を得ることができる。より好ましい時効温度は５５０〜６７５℃であり、より好ましい時効時間は２〜３時間である。

【0031】

（２０）時効温度よりも低く、かつ２００〜６００℃の範囲内にある所定の加工温度下でのひずみ時効硬化処理
加工温度を時効温度よりも低くするのは、加工温度が時効温度よりも高いと、硬さの低下を招くおそれがあるからである。また、加工温度が２００℃を下回ると、部品に割れが発生するおそれがある一方、加工温度が６００℃を上回ると、３３ＨＲＣ以上の硬さを得ることが困難となるからである（図３参照）。より好ましい加工温度は３００〜５００℃である。

【0032】

（２１）加工率を３〜３５％に設定したひずみ時効硬化処理
加工率が３％を下回ると、３３ＨＲＣ以上の硬さを得ることが極めて困難となる一方、加工率が３５％を上回っても、硬化量に対する加工の寄与度が飽和するからである（図４参照）。より好ましい加工率は７〜２５％である。

【実施例】

【0033】

以下、図１を参照して本発明の実施例について説明する。
まず、表１に示す化学組成（残部はＦｅ及び不可避不純物）の鋼材１５０ｋｇを真空誘導溶解炉にて溶解し（Ｓ１工程）、１２５０℃でφ５０ｍｍの丸棒に鍛伸した（熱間鍛造：Ｓ２工程）。

【0034】

【表1】

【0035】

次に、上記したφ５０ｍｍの丸棒を、１２５０℃加熱・１１００℃鍛造の条件下でφ３０ｍｍの丸棒に鍛造した後、室温まで空冷（例えば冷却速度１．０℃／ｓ）した（非調質鍛造：Ｓ３工程）。Ｓ３工程後、４８０〜７２０℃の範囲内にある所定の時効温度にて２時間の条件下で時効硬化処理を行った（Ｓ４工程）。この時効硬化処理では、上記時効温度にて２時間加熱処理した後、室温まで空冷した。Ｓ４工程後、４００℃の加工温度にて加工率１５％の条件下でひずみ時効硬化処理を行った（Ｓ５工程）。

【0036】

ひずみ時効硬化処理（Ｓ５工程）では、例えば図２に示されるような試験片を用いた。この試験片は、例えば上記丸棒から切り出したφ２２ｍｍ×１００ｍｍ程度の円柱体に、中心を挟んだ両側面に背切り面１１，１２を形成したものである。背切り面１１，１２間の距離は１８ｍｍに設定した。その後、両背切り面１１，１２を鍛造により圧縮した。なお、この試験片を加工率１５％で加工した場合、加工後の各背切り面１１，１２間の距離は１５．３ｍｍ（＝１８ｍｍ×（１−０．１５））となる。

【0037】

そして、上記したＳ３工程後の鋼材を硬さ試験とミクロ組織観察に供し、Ｓ４工程後の鋼材を硬さ試験とシャルピー衝撃試験に供し、Ｓ５工程後の鋼材を硬さ試験に供した。硬さ試験、ミクロ組織観察及びシャルピー衝撃試験は、それぞれ以下の要領で行った。

【0038】

（硬さ試験）
硬さ試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４５に準拠し、ロックウェル硬度計にて荷重１５０ｋｇｆダイヤモンド円錐圧子で実施した。硬さは試験片の半径１／２の個所で測定を行った。

【0039】

（ミクロ組織観察）
ミクロ組織観察では、ナイタール腐食後、光学顕微鏡（倍率４００倍）にて観察し、ベイナイト組織の面積率（以下、ベイナイト面積率という）を測定した。表２では、ベイナイト面積率が８５％以上であった場合を「○」、ベイナイト組織とフェライト組織の混合（フェライト組織の面積率が１５％以上）であった場合を「×Ｆ」、ベイナイト組織とマルテンサイト組織の混合（マルテンサイト組織の面積率が１５％以上）であった場合を「×Ｍ」とする評価を行った。なお、表２ではこれらの評価と併せて、かっこ書きで実測されたベイナイト面積率を表示してある。

【0040】

（引張試験）
引張試験については、ひずみ時効処理後の供試材より、Φ５ｍｍの平行部とＭ１０のネジ部を備えたＪＩＳ Ｚ２２０１ １４Ａ号試験片を作製して、０．２％耐力（以下、単に耐力という）を測定した。そして、耐力値が９００ＭＰａ以上の条件を満たしているかを確認した。

【0041】

（シャルピー衝撃試験）
シャルピー衝撃試験では、ＪＩＳ Ｚ ２２０２ ２ｍｍＵノッチ試験片を作製し、当該試験を室温で実施してシャルピー衝撃値（以下、衝撃値という）を測定した。そして、衝撃値が３０Ｊ／ｃｍ^２以下の条件を満たしているかを確認した。

【0042】

【表2】

【0043】

【表3】

【0044】

また、ひずみ時効硬化処理（Ｓ５工程）による硬化量に対する加工温度及び加工率のそれぞれの有効範囲を求めるために、実施例１の鋼材により作成した図２の試験片を用いて、加工率を１５％に設定したときの加工温度と硬さの関係を調べるとともに、加工温度を４００℃に設定したときの加工率と硬さの関係を調べた。

【0045】

また、上記のように時効硬化処理（Ｓ４工程）の完了後（加熱処理＋室温までの冷却処理）、ひずみ時効硬化処理（Ｓ５工程）を行う製造パターン（プロセス１）とは別に、時効硬化処理の加熱処理完了直後の冷却途中に４００℃になった時点で、加工率１５％のひずみ時効硬化処理（Ｓ５工程）を行う製造パターン（プロセス２）についても実施した。

【0046】

表２及び表３に、各鋼種（実施例１〜３９、比較例１〜６、参考例１，２）に対応する式（１）〜（３）の計算結果と測定結果を示す。実施例１〜３９のうち、実施例１〜３６が上記プロセス１に対応し、実施例３７〜３９が上記プロセス２に対応しており、実施例３７〜３９は、それぞれ実施例８、１５、２２と同じ成分のものである。なお、実施例３７〜３９では、実施例１〜３６とは異なり時効後硬さの測定ができないため、これに関連する時効硬化量、ひずみ時効硬化量と共に、表２及び表３中の該当欄を「−」の記載とした。
実施例１〜３６に示されるように、各化学成分が所定の範囲にあり、しかも式（１）及び（２）を満たすことにより、より一層高強度の時効硬化型ベイナイト非調質鋼、すなわちベイナイト面積率が８５％以上、時効硬化処理後の硬さが３０ＨＲＣ以上、ひずみ時効硬化処理後の硬さが３３ＨＲＣ以上であり、しかもひずみ時効硬化処理後の硬さが時効硬化処理後の硬さに比べて２ＨＲＣ以上高く、ひずみ時効硬化処理後の硬さが時効硬化処理前の硬さに比べて５ＨＲＣ以上高く、かつ耐力が９００ＭＰａ以上となる鋼、ひいてはその鋼材を用いることで上記特性を具備した部品を得ることができる。また、実施例１２〜３６は、式（３）の成分範囲をも満たす鋼材であるが、これらは、ひずみ時効硬化処理後、一層の高強度だけでなく、低靭性値をも有しており、具体的には、室温におけるシャルピー衝撃値（２ｍｍＵ）が３０Ｊ／ｃｍ^２以下である。
また、実施例３７〜３９では、それぞれ対応する実施例８、１５、２２と同等の耐力、衝撃値が得られた。

【0047】

他方、比較例１は式（２）を満たさないため、時効硬化処理後の硬さが３０ＨＲＣを下回り（２６．７ＨＲＣ）、ひずみ時効硬化処理後の硬さも３３ＨＲＣ以下であり（３０．１ＨＲＣ）、耐力も９００ＭＰａ以下であった（７９１ＭＰａ）。また、比較例２は式（１）及び（２）を満たすものの、Ｃの含有量が０．１０％の下限よりも低位である。このため、Ｃによる、ひずみ時効硬化処理時の耐力向上効果が十分に得られないことから、硬さは３３ＨＲＣを上回っている（３３．７ＨＲＣ）ものの、耐力が９００ＭＰａ以下であった（８９６ＭＰａ）。また、比較例３は式（２）を満たさないため、比較例１と同様、ひずみ時効硬化処理後の硬さが３３ＨＲＣ以下であり（３２．１ＨＲＣ）、耐力も９００ＭＰａ以下であった（８７８ＭＰａ）。

【0048】

また、比較例４は式（１）を満たさないため、ベイナイト面積率が８５％を下回り（ベイナイト面積率７０％）、フェライト組織の生成に起因して時効硬化処理後の硬さが３０ＨＲＣを下回り（２８．９ＨＲＣ）、ひずみ時効硬化処理後の硬さも３３ＨＲＣ以下であり（３１．９ＨＲＣ）、耐力も９００ＭＰａ以下であった（８９７ＭＰａ）。

【0049】

比較例５は、Ｍｎの含有量が３．００％の上限を超えている（３．５０％）ため、ベイナイトとマルテンサイトの混合組織となった。また、比較例６はＣｒの含有量が３．００％の上限を超えている（３．４０％）ため、ベイナイトとマルテンサイトの混合組織となった。これらについては、ひずみ時効硬化処理後に高い強度が得られるが、マルテンサイトが混在しているために、被削性が劣位であった。

【0050】

なお、参考例１，２に示されるように、各化学成分が所定の範囲にあり、式（１）〜（３）を満たす場合であっても、時効温度が５００〜７００℃の範囲内になければ（参考例１：４８０℃、参考例２：７２０℃）、時効硬化処理後の硬さが３０ＨＲＣを下回り（参考例１：２７．４ＨＲＣ、参考例２：２８．２ＨＲＣ）、いずれもひずみ時効硬化処理後の硬さが３３ＨＲＣ以下であり（参考例１：３０．８ＨＲＣ、参考例２：３１．１ＨＲＣ）、耐力も９００ＭＰａ以下であった（参考例１：８２１ＭＰａ、参考例２：８３４ＭＰａ）。

【0051】

図３に加工温度と硬さの関係を示し、図４に加工率と硬さの関係を示す。上記実施例では、ひずみ時効処理の条件として、加工温度を４００℃、加工率を１５％に設定して各種の試験等を実施したが、図３及び図４から明らかなように、加工温度が２００〜６００℃の範囲内、加工率が３〜３５％の範囲内にあれば、ひずみ時効硬化処理後の硬さが３３ＨＲＣ以上となることを十分に推測することができる。

【0052】

以上の説明から明らかなように、本発明の時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品によれば、より一層の高強度化が可能である。したがって、車両用のコンロッド等に適用することで、部品の小型化を図ることができる。さらに、成分を所定の範囲とした鋼材（式（１）〜（３）の全てを満たす）について、本発明を適用した部品では、一層の高強度だけでなく、低靭性値をも有したものとすることができる。したがって、これらの部品をクラッキングコンロッドに適用した場合においても、部品の小型化を図ることができる。

【0053】

また、時効硬化処理（加熱処理＋室温までの冷却処理）を行った後にひずみ時効硬化処理を行うプロセス１と、時効硬化処理の加熱処理完了直後の冷却途中にひずみ時効硬化処理を行うプロセス２とで、同様の高強度化効果を得ることができ、しかもこのプロセス２によれば、製造工程全体の時間の短縮化を図ることができる。したがって、本発明の時効硬化型ベイナイト非調質鋼を用いた部品の製造方法における「時効硬化処理工程」には、少なくとも時効硬化処理の加熱処理が完了した工程のものを含ませることができる。

【0054】

なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えた態様で実施することが可能である。例えば本発明は、時効硬化処理後更にひずみ時効硬化処理を施す第１の部位と、時効硬化処理後はひずみ時効硬化処理を施さない第２の部位とを備える部品の他、例えば時効硬化処理を施した全ての部位にひずみ時効硬化処理を施す部品に適用することもできる。前者の場合には、第２の部位の硬さが３０ＨＲＣ以上、第１の部位の硬さが３３ＨＲＣ以上であり、かつ第１の部位の硬さが第２の部位の硬さに比べて２ＨＲＣ以上高くなるよう、つまり強度が必要な部位のみを高強度化した部品を得ることができる。他方、後者の場合には、全ての部位の硬さが３３ＨＲＣ以上となるような部品を得ることができる。

【符号の説明】

【0055】

１０ 試験片
１１，１２ 背切り面
Ｓ１工程 溶解
Ｓ２工程 鍛造
Ｓ３工程 非調質鍛造
Ｓ４工程 時効硬化処理
Ｓ５工程 ひずみ時効硬化処理

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】