JP5370281B2 - 鍛造クランクシャフト - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトに関し、さらに詳しくは、熱間鍛造後に調質処理を施されず、また表面硬化熱処理も施されずに用いられる、鍛造クランクシャフトに関する。

最近、調質処理が省略された鍛造クランクシャフトが提供されている。調質処理とは、強度等の鋼の機械的特性を改善する焼入れ処理及び焼戻し処理である。以降、調質処理が省略された鍛造クランクシャフトを、非調質の鍛造クランクシャフトともいう。

非調質の鍛造クランクシャフトを構成する鋼材は通常、バナジウム（Ｖ）を含有する。非調質鋼を熱間鍛造し、大気中で放冷することにより、非調質の鍛造クランクシャフトが製造される。非調質の鍛造クランクシャフトを構成する鋼材の組織は、フェライト・パーライト組織である。鋼中のＶは、微細な炭化物を形成し、鋼の強度及び硬度を向上する。要するに、調質処理が省略されても、Ｖを含有する非調質の鍛造クランクシャフトは、優れた強度及び硬度を有する。しかしながら、Ｖは高価なため、非調質の鍛造クランクシャフトの製造コストは高くなる。したがって、Ｖを含有しなくても、優れた強度及び硬度を有する非調質の鍛造クランクシャフトが求められている。

また、鍛造クランクシャフトの表面には、耐摩耗性が要求される。鍛造クランクシャフトのクランクピンは、コンロッドの大端部に挿入される。クランクシャフトが回転するとき、クランクピンは、コンロッドの大端部の内面とすべり軸受を介して回転する。そのため、クランクピンの表面は、優れた耐摩耗性が要求される。

特開２０００−３２８１９３号公報（特許文献１）及び特開２００２−２５６３８４号公報（特許文献２）は、Ｖを含有せず、耐摩耗性の向上を目的とした非調質鋼を開示する。

特許文献１に開示された熱間鍛造用非調質鋼は、フェライト・パーライト組織である。さらに、特許文献１に開示された熱間鍛造用非調質鋼は、ＳｉやＭｎがフェライトに固溶することによりフェライトを強化する。これにより、耐摩耗性の向上が図られている。

特許文献２に開示された非調質のクランクシャフト用鋼は、初析フェライト分率が３％未満のパーライト主体の組織を有し、かつ、厚みが２０μｍ以下の硫化物系介在物を含有する。さらに、Ｓｉ含有量は０．６０％以下であり、Ａｌ含有量は０．００５％未満である。これにより、耐摩耗性及び被削性の向上が図られている。

特開２０００−３２８１９３号公報 特開２００２−２５６３８４号公報

ところで、鍛造クランクシャフトの耐摩耗性を向上するために、通常、鍛造クランクシャフトには、表面硬化熱処理が実施される。表面硬化熱処理とはたとえば、高周波焼入れ処理や、窒化処理である。高周波焼入れ処理により、鍛造クランクシャフトの表面には、焼入れ層が形成される。また、窒化処理により、鍛造クランクシャフトの表面には、窒化層が形成される。焼入れ層や窒化層は、高い硬度を有する。そのため、鍛造クランクシャフトの表面の耐摩耗性は向上する。

しかしながら、表面硬化熱処理を実施すれば、製造コストが高くなる。したがって、Ｖを含有せず、かつ、表面硬化熱処理を省略しても、優れた耐摩耗性を有する非調質の鍛造クランクシャフトが求められる。

特許文献１及び特許文献２に開示された非調質鋼を利用して製造された鍛造クランクシャフトでは、表面硬化熱処理が省略された場合、耐摩耗性が低下する可能性がある。

本発明の目的は、熱間鍛造後に調質処理を施されず、また表面硬化熱処理も施されずに用いても、優れた耐摩耗性を有する非調質の鍛造クランクシャフトを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の一実施の形態による鍛造クランクシャフトは、初析フェライトの面積率が１０％未満であるフェライト・パーライト組織、又はパーライト組織の非調質鋼材からなる。非調質鋼材は、質量％で、Ｃ：０．４５〜０．７０％、Ｓｉ：０．７５〜１．３０％、Ｍｎ：１．００〜２．００％、Ｓ：０．０３〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％及びＮ：０．００５〜０．０２０％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす。
１．１Ｃ＋Ｍｎ＋０．２Ｃｒ＞２．０ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。

この場合、鍛造クランクシャフトは、Ｖを含有せず、高周波焼入れ処理や窒化処理等の表面硬化熱処理が省略されても、優れた耐摩耗性を有する。

上述の鍛造クランクシャフトを構成する非調質鋼材の化学組成は、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．０３％以下を含有してもよい。

好ましくは、鍛造クランクシャフトは、表面硬化熱処理が省略されたクランクピンを備える。

本発明の実施の形態による鍛造クランクシャフトの要部を示す図である。 図１に示した鍛造クランクシャフトを構成する非調質鋼材のＣ量、Ｍｎ量及びＣｒ量と、初析フェライトの面積率との関係を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［本実施の形態による鍛造クランクシャフトの概要］
本発明者らは、表面硬化熱処理が省略された非調質の鍛造クランクシャフトの耐摩耗性、強度及び硬度を向上するために、調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは、以下の知見を得た。

（Ａ）鍛造クランクシャフトを構成する非調質鋼材は、初析フェライトの面積率が１０％未満のフェライト・パーライト組織又はパーライト組織からなる。ここで、「初析フェライト」とは、鋼を冷却するとき、共析変態に先立ってオーステナイトから析出するフェライトを意味する。また、「フェライト・パーライト組織」とは、初析フェライトとパーライトからなる組織を意味し、「パーライト組織」とは、初析フェライトの面積率が０％の、実質的にパーライト単相の組織を意味する。以降の説明では、初析フェライトの面積率を、「初析フェライト率」という。

初析フェライトは、パーライトと比較して軟らかく、初析フェライトの耐摩耗性は低い。初析フェライト率が１０％未満であれば、表面硬化熱処理が省略されても、鍛造クランクシャフトは、優れた耐摩耗性を有する。

（Ｂ）フェライト・パーライト組織内の初析フェライト率が１０％未満、又はパーライト組織とするために、鍛造クランクシャフトを構成する非調質鋼材の化学組成は、以下の式（１）を満たす必要がある。
１．１Ｃ＋Ｍｎ＋０．２Ｃｒ＞２．０ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。

炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）はいずれも、初析フェライトの析出を抑制する。これらの元素の含有量が式（１）を満たせば、熱間鍛造後に放冷された鍛造クランクシャフト１の初析フェライト率は１０％未満となり、優れた耐摩耗性が得られる。

（Ｃ）Ｓｉ含有量を０．７５〜１．３０％にする。Ｓｉは、パーライト内のフェライトを強化する。そのため、Ｖを含有しなくても、非調質の鍛造クランクシャフトの強度及び硬度が向上する。

以上の知見に基づいて、本発明者らは、本実施の形態による鍛造クランクシャフトを完成した。以下、本実施の形態による鍛造クランクシャフトについて詳述する。

［鍛造クランクシャフトの構成］
図１は、本実施の形態による鍛造クランクシャフト１の要部を示す図である。鍛造クランクシャフト１は、クランクピン２と、クランクジャーナル３と、クランクアーム４とを備える。クランクアーム４は、クランクピン２とクランクジャーナル３との間に配置され、クランクピン２とクランクジャーナル３とにつながる。鍛造クランクシャフト１はさらに、フィレット部５を備える。フィレット部５は、クランクピン２とクランクアーム４とのつなぎ目部分に相当する。

クランクピン２には、図示しないコンロッドに対して回転可能に取り付けられる。クランクピン２は、鍛造クランクシャフト１の回転軸からずれて配置される。クランクジャーナル３は、鍛造クランクシャフト１の回転軸と同軸に配置される。

クランクピン２は、コンロッドの大端部の内面とすべり軸受を介して回転する。そのため、クランクピン２の表面には、耐摩耗性が求められる。

上述のとおり、通常の鍛造クランクシャフトでは、表面硬化熱処理が実施される。表面硬化熱処理はたとえば、高周波焼入れ処理や窒化処理である。表面硬化熱処理により、クランクピンの表面が硬化し、耐摩耗性は向上する。

しかしながら、本実施の形態による鍛造クランクシャフト１は、表面硬化熱処理が省略されたクランクピン２を備える。つまり、クランクピン２は、表面硬化熱処理を実施されない。これにより、製造コストが低減する。なお、クランクピン２とともに、クランクジャーナル３に対しても、表面硬化熱処理が省略されてもよいし、鍛造クランクシャフト１全体に対して、表面硬化熱処理が省略されてもよい。

鍛造クランクシャフト１は、以下に説明する非調質鋼材を熱間鍛造することにより製造される。これにより、鍛造クランクシャフト１は、表面硬化熱処理を省略されても、優れた耐摩耗性を有する。また、Ｖを含有しなくても、鍛造クランクシャフト１は、優れた強度及び硬度を有する。以下、鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材の化学組成、組織、及びその非調質鋼材の製造方法について詳述する。

［化学組成］
鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材は、以下の化学組成からなる。以降、元素に関する％は質量％を意味する。

Ｃ：０．４５〜０．７０％
炭素（Ｃ）は、鋼中の初析フェライト率を低減し、鋼中のパーライトの面積率を増大する。これにより、鋼の強度及び硬度は向上し、耐摩耗性も向上する。Ｃ含有量が少なすぎれば、鋼の組織において、初析フェライト率が１０％を超える。一方、Ｃ含有量が多すぎれば、鋼が過剰に硬化し、鋼の被削性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．４５〜０．７０％である。好ましいＣ含有量は、０．４８〜０．６０％であり、さらに好ましくは、０．５０〜０．５８％である。

Ｓｉ：０．７５〜１．３０％
シリコン（Ｓｉ）は、パーライト内のフェライトに固溶してフェライトを強化する。Ｓｉはさらに、初析フェライトにも若干固溶して初析フェライトを強化する。したがって、Ｓｉは鋼の強度及び硬度を向上する。Ｓｉはまた、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が少なすぎれば、鋼の強度及び硬度が低くなる。一方、Ｓｉ含有量が多すぎれば、熱間鍛造時に鋼が脱炭される。したがって、Ｓｉ含有量は、０．７５〜１．３０％である。好ましいＳｉ含有量は、０．９０〜１．２０％である。

Ｍｎ：１．００〜２．００％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼に固溶して鋼の強度及び硬度を向上する。Ｍｎはさらに、初析フェライトの生成を抑制する。Ｍｎ含有量が少なすぎれば、初析フェライト率が１０％を超える。一方、Ｍｎ含有量が多すぎれば、ベイナイトが生成される。ベイナイトは鋼の耐摩耗性及び被削性を低下する。そのため、ベイナイトが生成されることは好ましくない。したがって、Ｍｎ含有量は１．００〜２．００％である。好ましいＭｎ含有量は、１．２０〜１．７０％であり、さらに好ましくは、１．３０〜１．５０％である。

Ｓ：０．０３〜０．３０％
硫黄（Ｓ）は、ＭｎＳ等の硫化物を生成し、鋼の被削性を向上する。一方、Ｓ含有量が多すぎれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓ含有量は、０．０３〜０．３０％である。好ましいＳ含有量は、０．０４〜０．０６％である。

Ｃｒ：０．０５〜０．３０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼の強度及び硬度を向上する。Ｃｒはさらに、鋼中の初析フェライトの生成を抑制する。Ｃｒ含有量が少なすぎれば、初析フェライト率が１０％を超える。一方、Ｃｒ含有量が多すぎれば、ベイナイトが生成される。ベイナイトは、鋼の耐摩耗性及び被削性を低下するため、ベイナイトが生成されることは好ましくない。したがって、Ｃｒ含有量は０．０５〜０．３０％である。好ましいＣｒ含有量は、０．０８〜０．２０％である。

Ａｌ：０．００５〜０．０５０％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、窒化物を生成し結晶粒を微細化する。結晶粒が微細化されることにより、鋼の強度、硬度及び靭性が向上する。一方、Ａｌ含有量が多すぎれば、Ａｌ_２Ｏ_３介在物が生成される。Ａｌ_２Ｏ_３介在物は、鋼の被削性を低下する。したがって、Ａｌ含有量は、０．００５〜０．０５０％である。好ましいＡｌ含有量は、０．０１０〜０．０４０％である。本実施の形態におけるＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（Ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量である。

Ｎ：０．００５〜０．０２０％
窒素（Ｎ）は窒化物や炭窒化物を生成する。窒化物や炭窒化物は結晶粒を微細化し、さらに、析出強化により鋼の強度、硬度及び靭性を向上する。一方、Ｎ含有量が多すぎれば、鋼中にボイド等の欠陥が発生しやすくなる。したがって、Ｎ含有量は、０．００５〜０．０２０％である。好ましいＮ含有量は、０．００８〜０．０２０％であり、さらに好ましくは、０．０１２〜０．０１８％である。

鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、あるいは製造過程の環境等から混入する元素をいう。不純物はたとえば、燐（Ｐ）や酸素（Ｏ）等である。

本発明の鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉを含有してもよい。

Ｔｉ：０．０３％以下（０％を含まない）
Ｔｉは、窒化物及び炭窒化物を形成し、鋼の結晶粒を微細化する。そのため、鋼の強度、靭性及び疲労強度が向上する。一方、Ｔｉ含有量が多すぎれば、窒化物が多量に生成され、鋼の被削性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０３％以下（０％を含まない）である。Ｔｉ含有量が０．００５％以上であれば、上述の効果が顕著に得られる。

鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材は、実質的にＶを含有しない。要するに、鍛造クランクシャフト１に用いる非調質鋼材において、Ｖは不純物であり、好ましくは、Ｖは含有されない。Ｖを含有しなくても、Ｓｉ含有量が多いため、非調質鋼材の強度及び硬度は高い。

［組織］
鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材の化学組成はさらに、式（１）を満たす。
１．１Ｃ＋Ｍｎ＋０．２Ｃｒ＞２．０ （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。

上述のとおり、Ｃ、Ｍｎ及びＣｒはいずれも、初析フェライトの生成を抑制する。鋼の化学組成が、式（１）を満たすことにより、鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材の組織は、初析フェライト率が１０％未満であるフェライト・パーライト組織又はパーライト組織になる。

鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材の組織の初析フェライト率は０％で、すなわち、パーライト単相の組織であってもよい。以下、式（１）と初析フェライト率との関係について説明する。

図２は、式（２）で示されるＦ値と、初析フェライト率との関係を示す図である。
Ｆ＝１．１Ｃ＋Ｍｎ＋０．２Ｃｒ （２）
式（２）は、非調質鋼材中のＣ含有量、Ｍｎ含有量及びＣｒ含有量の関係式であり、式（１）の左辺である。図２は、以下の方法により得られた。

Ｃ含有量、Ｍｎ含有量及びＣｒ含有量が異なる複数の鋼を溶製し、５０ｋｇのインゴットを製造した。製造された複数のインゴットを１２５０℃に加熱した。加熱された複数のインゴットを熱間鍛造して、５０ｍｍの外径を有する複数の丸棒の鍛造品を製造した。以下、丸棒の鍛造品を単に「丸棒」という。

製造された各丸棒において、中心軸と表面との間の中間位置（以下、Ｒ／２という）から組織観察用の試料（以下、ミクロ試料という）を採取した。採取されたミクロ試料を用いて、各丸棒の組織を観察した。具体的には、各ミクロ試料の表面を鏡面研磨した。そして、研磨されたミクロ試料の表面をナイタル腐食液で腐食した。腐食されたミクロ試料の表面を光学顕微鏡で観察した。

製造された丸棒はいずれも、フェライト・パーライト組織、またはパーライト組織であった。そこで、各丸棒の初析フェライト率を測定した。具体的には、４００倍の光学顕微鏡により、任意の２０視野について各々（１５０μｍ×２００μｍ/視野）０．０３ｍｍ^２の領域を観察した。各領域の顕微鏡写真（倍率４００倍）を画像処理し、各領域中に占める初析フェライトの面積率を求めた。求められた２０個の初析フェライトの面積率の平均値を、初析フェライトの面積率（つまり、初析フェライト率、単位は％）と定義した。

以上の方法により得られた初析フェライト率に基づいて、図２が得られた。図２の横軸は、式（２）で定義されたＦ値を示す。図２の縦軸は初析フェライト率（％）を示す。図２を参照して、Ｆ値が１．４よりも大きく２．０以下である場合、初析フェライト率は１０％以上である。そして、Ｆ値が増大しても、初析フェライト率は大きく変動しない。一方、Ｆ値が２．０を超えると、初析フェライト率は１０％未満となる。そして、Ｆ値の増大に伴って初析フェライト率が急速に低下する。さらに、Ｆ値が２．２５％を超えると、初析フェライト率は０％になる。要するに、図２中の曲線「Ｃ」は、Ｆ値＝２．０近傍で変曲点を有する。

したがって、非調質鋼材の化学組成が式（１）を満たせば、非調質鋼材の組織は、初析フェライト率が１０％未満のフェライト・パーライト組織又はパーライト組織になる。鍛造クランクシャフト１は、熱間鍛造して製造されるため、鍛造クランクシャフト１の組織も、初析フェライト率が１０％未満のフェライト・パーライト組織又はパーライト組織となる。

非調質鋼材の組織をこのような組織とすることにより、鍛造クランクシャフト１は、優れた耐摩耗性を有する。そのため、クランクピン２の表面に対して表面硬化熱処理が省略されても、クランクピン２の耐摩耗性は高い。

また、鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材は、Ｖを含有せず、かつ、調質処理が省略される。しかしながら、上述の化学組成を有し、式（１）を満たすことにより、鍛造クランクシャフト１は、高い強度及び硬度を有する。

［製造方法］
鍛造クランクシャフト１の製造方法の一例を説明する。

上記化学組成の溶鋼を製造する。溶鋼を連続鋳造法により鋳片にする。溶鋼を造塊法によりインゴット（鋼塊）にしてもよい。鋳片又はインゴットを熱間加工して、ビレット（鋼片）や棒鋼にしてもよい。

次に、鋳片、インゴット、ビレット又は棒鋼を熱間鍛造し、大気中で放冷して、クランクシャフトの粗形状の中間品を製造する。クランクシャフトの中間品は、調質処理を実施されない。つまり、クランクシャフトの中間品は非調質である。クランクシャフトの中間品を機械加工により所定の形状に切削加工して、鍛造クランクシャフト１を製造する。

製造された鍛造クランクシャフト１のクランクピン２及び／又はクランクジャーナル３は、表面硬化熱処理を省略される。つまり、クランクピン２及び／又はクランクジャーナル３の表面は、高周波焼入れ処理や窒化処理を実施されない。なお、フィレット部５は、フィレットロール加工を実施され、加工硬化によりフィレット部５の表面硬度が改善されてもよい。フィレットロール加工では、鍛造クランクシャフト１を回転しながら、フィレット部５の表面にローラを押しつける。これにより、フィレット部５の表面は塑性加工され、加工硬化する。フィレット部５は、フィレットロール加工を実施されなくてもよい。

以上の工程により製造された鍛造クランクシャフト１を構成する非調質鋼材の組織は、初析フェライト率が１０％未満であるフェライト・パーライト組織又はパーライト組織からなる。そのため、Ｖを含有せず、調質処理及び表面硬化熱処理が省略されても、鍛造クランクシャフト１の表面は優れた耐摩耗性を有し、かつ、鍛造クランクシャフト１は優れた強度及び硬度を有する。

表１に示す化学組成のマーク１〜１０の鋼を真空誘導加熱炉で溶解し、溶鋼にした。溶鋼を造塊して、柱状のインゴットを製造した。製造されたインゴットは、５０ｋｇの重量を有し、１００ｍｍの外径を有した。

表１中の「Ｆ値」欄は、式（２）に基づいて算出された各マークの鋼のＦ値を示す。表１を参照して、マーク１〜４の鋼の化学組成は、本実施の形態によるクランクシャフト用非調質鋼材の化学組成の範囲内であった。また、マーク１〜４の化学組成はいずれも、Ｖを含有しなかった。マーク１〜４の化学組成はさらに、式（１）を満たした。つまり、マーク１〜４のＦ値は、２．０を超えた。

マーク５の鋼の化学組成は、本実施の形態による非調質鋼材の化学組成の範囲内であった。しかしながら、マーク５の化学組成は、式（１）を満たさなかった。つまり、マーク５のＦ値は２．０未満であった。
また、マーク６〜１０の鋼の化学組成は、本実施の形態による非調質鋼材の化学組成の範囲外であり、かつ、式（１）を満たさなかった。

各マークのインゴットを熱間鍛造して鍛造品を製造した。具体的には、各インゴットを周知の加熱炉で１２５０℃に加熱した。加熱されたインゴットを熱間鍛造して５０ｍｍの外径を有する丸棒の鍛造品（以下、単に丸棒という）を製造した。熱間鍛造時の仕上げ温度は１０００℃であった。熱間鍛造後、丸棒を大気中で放冷した。放冷後、丸棒に対して、調質処理を実施しなかった。また、丸棒の表面に対して、高周波焼入れ処理や窒化処理等の表面硬化熱処理を実施しなかった。

［ミクロ組織調査］
各マークの丸棒からミクロ試料を採取し、組織を観察した。丸棒のＲ／２位置から組織観察用のミクロ試料を採取した。採取されたミクロ試料の表面を鏡面研磨した。研磨後、ミクロ試料の表面をナイタル腐食液で腐食した。腐食後、４００倍の光学顕微鏡で、腐食された表面の組織を観察した。

観察した結果、マーク１〜マーク９の丸棒の組織はいずれも、フェライト・パーライト組織又はパーライト組織であった。一方、マーク１０の組織は、実質的にマルテンサイト単相であった。そこで、マーク１〜マーク１０の丸棒の組織内における初析フェライト率を、上述の方法に基づいて、求めた。具体的には、４００倍の光学顕微鏡により、任意の２０視野について各々（１５０μｍ×２００μｍ/視野）０．０３ｍｍ^２の領域を観察した。各領域の顕微鏡写真（倍率４００倍）を画像処理し、各領域中に占める初析フェライトの面積率を求めた。求められた２０個の初析フェライトの面積率の平均値を、初析フェライト率（％）と定義した。

［表面硬さ調査］
マーク１〜マーク１０の丸棒の表面の硬度を調査した。具体的には、ＪＩＳＺ２２４５に準拠して、Ｃスケールを用いたロックウェル硬さ試験を実施した。

［耐摩耗性調査］
ピンオンディスク試験を実施し、マーク１〜マーク１０の丸棒の耐摩耗性を調査した。具体的には、１．５ｍｍ×２．０ｍｍ×３．７ｍｍの試験片を、各丸棒から採取した。各試験片の２．０ｍｍ×３．７ｍｍの表面（以下、主面という）は、丸棒の横断面と平行であった。つまり、各試験片の主面の法線は、丸棒の中心軸と平行であった。試験前の試験片の重量を測定した。

ピンオンディスク試験機の回転ディスクの表面に、番号（grit）８００のエメリーペーパを貼り付けた。そして、エメリーペーパ上に試験片の主面を２６ｇｆ／ｍｍ^２の面圧で押しつけたまま、回転ディスクを、周速３９．６ｍ／ｍｉｎで５０分間回転した。

５０分間回転した後、試験片の重量を測定した。そして、試験前及び試験後の試験片の重量の差分を、摩耗量（ｇ）と定義した。

［調査結果］
表２に調査結果を示す。

表２中の「組織」欄は、各マークの組織を示す。「初析フェライト率（％）」は、ミクロ組織試験により得られた、各マークの初析フェライト率（％）を示す。「ＨＲＣ」欄は、スケールＣを用いたロックウェル硬さ試験により得られた、各マークの表面硬さ（ＨＲＣ）を示す。「摩耗量（ｇ）」は、ピンオンディスク試験により得られた、各マークの摩耗量（ｇ）を示す。

表２を参照して、上述のとおり、マーク１〜マーク３及びマーク５〜マーク９の丸棒はいずれも、フェライト・パーライト組織であり、マーク４の組織はパーライト組織であった。一方、マーク１０の丸棒は、Ｃｒ含有量が高かったため、マルテンサイト組織であった。

マーク１〜マーク４の化学組成は、本実施の形態による非調質鋼材の化学組成の範囲内であり、かつ、式（１）を満たした。そのため、初析フェライト率が１０％未満であった。マーク１〜マーク４の摩耗量はいずれも０．０１００ｇ未満であり、優れた耐摩耗性が示された。さらに、マーク１〜マーク４のロックウェル硬度ＨＲＣは２３．０以上であり、マーク１〜マーク４は高い強度及び硬度を有した。

一方、マーク５の化学組成は、本実施の形態による非調質鋼材の化学組成の範囲内であったものの、式（１）を満たさなかった。そのため、初析フェライト率が１０％以上であった。そして、マーク５のロックウェル硬さＨＲＣは２３．０未満であり、摩耗量は０．０１００ｇを超えた。
マーク６〜マーク９の化学組成は、本実施の形態による非調質鋼材の化学組成の範囲から外れ、さらに、式（１）を満たさなかった。そのため、マーク６〜マーク９の組織内の初析フェライト率は１０％以上であった。そして、マーク６〜マーク９の摩耗量は、０．０１００ｇを超えた。

マーク１０の丸棒は、マルテンサイト組織を有したため、ロックウェル硬度ＨＲＣは高かった。しかしながら、摩耗量は０．０１００ｇを超えた。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

１ 鍛造クランクシャフト
２ クランクピン
３ クランクジャーナル
４ クランクアーム
５ フィレット部

Claims (3)

1. 質量％で、Ｃ：０．４５〜０．７０％、Ｓｉ：０．７５〜１．３０％、Ｍｎ：１．００〜２．００％、Ｓ：０．０３〜０．３０％、Ｃｒ：０．０５〜０．３０％、Ａｌ：０．００５〜０．０５０％及びＮ：０．００５〜０．０２０％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たし、初析フェライトの面積率が１０％未満であるフェライト・パーライト組織、又はパーライト組織の非調質鋼材からなる、鍛造クランクシャフト。
   １．１Ｃ＋Ｍｎ＋０．２Ｃｒ＞２．０ （１）
   ここで、式（１）中の各元素記号には、各元素の含有量（質量％）が代入される。
2. 請求項１に記載の鍛造クランクシャフトであって、
   前記非調質鋼材の化学組成は、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ：０．０３％以下を含有する、鍛造クランクシャフト。
3. 請求項１又は請求項２に記載の鍛造クランクシャフトであって、
   表面硬化熱処理が省略されるクランクピンを備える、鍛造クランクシャフト。
   

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